极区中层顶区域“过冲”现象若干问题研究

论文摘要

“过冲”现象是指人们利用电离层加热实验装置,研究PMSE区域的性质对电子温度变化的效应时观测到的一种现象,观测发现在加热阶段,雷达回波强度大幅削弱或者消失,当停止加热的瞬间雷达回波强度将出现明显的阶跃反弹而强度更大,随即缓慢衰减。目前对“过冲”现象中尘埃粒子的充电研究不仅实验测量比较少,而且理论研究也非常匮乏,因此在理论方面研究加热状态下尘埃粒子是否被充电具有重要的科学意义。作为开展论文研究的基础,本文首先介绍了PMSE的相关知识,PMSE发生的背景条件,中层顶带电冰晶粒子形成的客观条件:中层大气的温度和湿度,介绍了PMSE出现率的规律性变化,以及火箭探测到的PMSE环境特征。然后根据Shukla的尘埃等离子体充电理论,建立尘埃充电方程,并推导出每个尘埃粒子所带电荷与尘埃半径比值的表达式,另外根据发生PMSE现象时进行的火箭探空ECT02实验,得到电子密度、尘埃电荷数密度和温度等参量的数据。当我们研究加热状态下的PMSE现象时,假定电子温度远高于离子温度,计算出尘埃粒子的带电荷数与半径的比值;然后和电子温度没有升高前每个尘埃粒子所带电荷与尘埃半径的比值做了比较,结果表明尘埃粒子在“过冲”现象中带电荷数增多,受到电子的充电再充电。最后通过欧姆加热理论结合ECT02试验反演得到加热时的温度、电子密度和尘埃电荷数密度的变化,重新对每个尘埃粒子所带电荷数与半径的比值作了计算,发现两种算法的结论趋于一致,均发现加热使尘埃粒子所带电荷数增多。最后我们根据加热时推算出来的电子数密度剖面和尘埃粒子带电荷数的变化,定性分析了“吞噬”效应对“过冲”现象的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 论文工作安排
• 第二章 高纬地区大气层
• 2.1 电离层简介
• 2.1.1 电离层的形成
• 2.1.2 电离层的结构特点
• 2.1.3 电离层的变化规律
• 2.1.4 电离层的基本物理过程
• 2.1.5 电离层的分层结构
• 2.2 中层大气介绍
• 2.2.1 中层大气的温度
• 2.2.2 中层大气的湿度
• 2.3 冰晶的形成
• 2.4 本章小节
• 第三章 极区中层夏季回波及电离层加热过程对它的调制
• 3.1 PMSE 以及相关现象的介绍
• 3.2 PMSE 的规律性变化
• 3.2.1 季节性变化
• 3.2.2 日变化以及半日变化
• 3.2.3 纬度变化
• 3.2.4 长期变化和短期变化
• 3.3 火箭技术探测PMSE 环境
• 3.3.1 中性大气湍流
• 3.3.2 冰晶微粒产生PMSE 的依据
• 3.3.3 电子密度“吞噬”效应和带电冰晶粒子
• 3.4 电离层加热过程对PMSE 的调制
• 3.4.1 PMSE“过冲”现象
• 3.4.2 “过冲”现象的相关理论解释
• 3.5 本章小结
• 第四章 尘埃粒子带电荷数与半径比值的计算
• 4.1 尘埃等离子体概念
• 4.2 尘埃粒子的充电过程
• 4.3 尘埃粒子带电荷数与半径的计算结果及讨论
• 4.3.1 尘埃带电荷数与半径比值公式的推导
• 4.3.2 ECT02 实验及数据处理
• 4.3.3 尘埃粒子带电荷数与其半径的计算结果
• 4.3.4 结论与讨论
• 4.4 考虑电子密度变化时尘埃电荷数与半径的比值
• 4.4.1 加热后的电子数密度和尘埃电荷数密度
• 4.4.2 尘埃粒子电荷数与半径比值
• 4.4.3 讨论
• 4.5 本章小结
• 第五章“吞噬”效应对“过冲”现象的影响
• 5.1 出现“吞噬”效应时的“过冲”现象
• 5.2 “吞噬”效应对“过冲”现象影响的理论分析
• 5.3 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间科研情况