《赤道-低緯電離層中電漿不穩定性的電磁特徵研究》是依託武漢大學，由羅偉華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：赤道-低緯電離層中電漿不穩定性的電磁特徵研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：羅偉華
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
電離層不規則結構對各種通信和導航定位系統及空間活動有重要影響，其生成機制一直是電離層物理和空間天氣學研究的熱點問題。本項目擬基於衛星數據分析和理論分析，研究伴隨不規則結構出現的磁場擾動和電漿不穩定性的電磁特徵，發展導致不規則結構生成和演化的電磁不穩定性的線性理論和非線性演化的數值模擬。研究內容包括：(1)衛星和地面數據的統計分析，獲得伴隨不規則結構出現的磁場擾動信息；(2)通過電磁不穩定性的線性理論分析，研究導致電離密度耗盡/密度增強生成的電漿電磁不穩定性的觸發機制；(3)基於數值模擬，研究電磁不穩定性非線性演化過程；(4)結合電漿電磁不穩定性分析，初步探討與不規則結構出現相關的赤道F層中場向電流及其效應。本項目的研究有助於深入了解赤道電離層中的電動力學過程，所發展的電漿不穩定性電磁理論也可為電離層閃爍預報系統以及無線電波傳播模型提供理論支撐，具有重要的科學意義和套用價值。
結題摘要
電離層不規則結構的生成和發展機制一直是電離層物理和空間天氣的研究熱點之一。本項目主要通過理論分析和數值計算，結合少量數據分析，研究導致低緯電離層不規則結構生成和發展的電漿不穩定性的電磁擾動特徵，以及電離層磁南北半球不對稱對電漿不穩定性的影響，並基於電漿不穩定性線性分析，初步建立不規則結構出現率的理論模型。本項目按照項目計畫較好的完成了既定項目內容，主要結果可總結為三部分，(1) 電漿不穩定性的電磁擾動特徵分析。假定Rayleigh-Taylor不穩定性為電磁不穩定性，分析與不規則結構有關的磁擾動特徵。利用傅立葉分析方法，分析發現伴隨不規則結構出現的磁擾動會很快消散，與磁擾動有關的擾動電場很難發展起來；與電離層不規則結構生成和發展有關的Rayleigh-Taylor不穩定性可看作靜電不穩定性；(2) 基於電漿不穩定性分析，構建電離層不規則結構的理論模型。假定Rayleigh-Taylor不穩定性為靜電不穩定性，計算分析廣義Rayleigh-Taylor不穩定性三維線性增長率隨地方時、月份、地理經度、太陽活動以及逐日變化特徵，比較分析線性增長率的變化特徵與觀測到的不規則結構和閃爍出現率的變化特徵，構建不規則結構出現率的理論模型，發現三維線性增長率能較好地反映不規則結構和閃爍出現率隨地方時、季節、太陽活動、地理經度以及逐日變化特徵；(3) 背景電離層磁南北半球不對稱特徵分析以及半球不對稱對Rayleigh-Taylor不穩定性的影響。利用通量管積分方法，分別計算磁南北半球的積分電子密度、Pedersen電導率，發現背景電離層存在顯著的半球不對稱，半球不對稱強度還存在隨季節和太陽活動的變化；Rayleigh-Taylor不穩定性線性增長率存在顯著的磁南北半球不對稱，背景電離層的半球不對稱對Rayleigh-Taylor不穩定性的生成和發展存在一定的影響；磁偏角和中性風場是影響Rayleigh-Taylor不穩定性隨經度變化的重要因素。本項目的研究可促進深入理解電離層不規則結構的生成和發展機制和影響不規則結構出現的背景因素，以及了解低緯電離層中的電動力學過程，初步建立的不規則結構的理論模型可用於構建電離層閃爍模型和閃爍預報系統，具有重要的科學意義和套用價值。
