电离层物理概论PDF电子书下载

第一章　绪论 1

1.1 电离层物理研究简史 1

1.2 电离层物理研究的主要内容 3

1.3 电离层物理研究的最近发展 4

第二章　中性大气层 6

2.1 中性大气层结构 6

2.2　大气动力学 14

2.2.1　中性大气运动方程 14

2.2.2　地转风和热成风 17

2.3　大气波动 20

2.3.1　基本方程组的线性化 20

2.3.2　大气声重波（次声波） 23

2.3.3　等温大气的脉冲响应 30

2.3.4　大气潮汐波 36

2.3.5　大气行星波（大气长波，慢波、罗斯比波） 37

2.4　热层模式、热层风 38

2.4.1　热层模式——温度和密度分布 39

2.4.2　热层风 42

第三章　电离层的形成 53

3.1 电离层的一般特性 53

3.1.1　分层结构 53

3.1.2　电中性 53

3.1.3　离子组成的分布特征 53

3.1.4　电子、离子及中性气体温度 55

3.1.5　磁等离子体参量 56

3.2.1　电离层的两类过程 58

3.2　连续性方程 58

3.2.2　光化学平衡和漂移平衡 59

3.2.3　电离层的惰性 59

3.3　光吸收和光电离 61

3.3.1　光吸收和光学深度 61

3.3.2　光电离 64

3.3.3　Chapman函数Ch（x） 65

3.4　电离产生率 68

3.4.1　产生率的解析解 68

3.4.2　产生率的数值解 71

3.4.3　微粒电离 73

3.5　损失过程 78

3.5.1　离子反应速率 78

3.5.2　离子反应 79

3.5.3　离子损失过程 80

3.6 电离层E层与F1层的形成 83

3.6.1　线性损失和平方律损失 83

3.6.2　Chapman层和抛物层 85

3.6.3　F层分裂 87

3.7　D层的离解复合 91

3.7.1　D层的离化 91

3.7.2　D层离子平衡方程、有效复合系数 92

第四章　电离层中的漂移与扩散 98

4.1　连续性方程中的输运项 98

4.1.1　离子、电子运动速度 98

4.1.2　运动方程 99

4.1.3　碰撞频率 101

4.2.1　单粒子运动、迁移率 104

4.2　等离子体漂移 104

4.2.2　风力漂移 107

4.2.3　电力漂移 109

4.2.4　“赤道异常”现象和Martyn漂移理论 110

4.3 电离层电导率 113

4.3.1　电导率 113

4.3.2　层电导率、Cowling电导率 116

4.3.3　高度积分电导率 120

4.4　等离子体扩散 121

4.4.1　重力场中的双极扩散 122

4.4.2　扩散平衡 124

4.4.3　多离子成分的等离子体扩散 126

4.4.4　极风 129

4.5　发电机理论 134

4.5.1　大气发电机与电动机 134

4.5.2　Sq电流系 134

4.5.3　发电机方程 135

4.5.4　赤道电急流（Equatorial Electron Jet） 139

4.5.5　场向（纵向）电流 139

4.5.6　观测资料 142

4.6　极区电流系 143

4.6.1　晨昏电场与磁层对流 143

4.6.2　环电流与场向电流 149

4.6.3　极光电急流和S？电流系 152

4.6.4　极区电流系 154

4.7.1　F2层峰的形成 155

4.7　F2层的形成 155

4.7.2　中性风和电场的影响 159

第五章　电离层异常现象 164

5.1引言 164

5.2　D层 164

5.2.1　D层行为 165

5.2.2　电离层和低层大气的关系 169

5.3　E层和F1层 170

5.3.1　正常E层 170

5.3.2　F1层 172

5.4　F层参量 172

5.4.1　确定F层参量的方法 173

5.4.2　F层参量值及其对正常值的偏离 174

5.5.1　引言 177

5.5　F层异常 177

5.5.2　F2层峰的周日变化 180

5.5.3　年度、半年度和季节异常 181

5.5.4　夜间F层的维持 182

5.5.5　赤道异常 183

5.5.6　中纬谷和极区F层 190

5.6 太阳扰动的电离层效应 193

5.6.1　太阳耀斑 193

5.6.2　电离层突然骚扰（SID） 194

5.6.3　质子暴和极盖吸收事件（PCA） 196

5.6.4　磁暴 197

5.6.5　电离层暴 200

6.1.1 电离层中的不均匀体 207

第六章　电离层的精细结构 207

6.1 电离层不均匀体反射无线电波的统计特性 207

6.1.2　不均匀体反射的无线电波波场的统计特性 209

6.2　散射波束的能量（功率谱） 215

6.3 信号振幅的时间相关、随机运动的速度 218

6.4 空间相关系数、波束的角谱、小尺度 222

不均匀体的尺寸 222

6.5 不均匀体的扩散膨胀 225

6.6 电离层的浑浊度和电子浓度的起伏 234

6.6.1　不均匀体的散射截面 235

6.6.2　垂直入射时的电子浓度起伏（δN）2 240

6.6.3　斜投射时的电子浓度起伏（δN）2 243

6.7 电离层不均匀体实验观测结果的总结 247

6.8 电离层不均匀体的漂移、电离层风 250

6.8.1　测量漂移速度的方法 251

6.8.2　V的主要测量结果 254

6.9 电离层不均匀体产生机理的某些探讨 256

6.10 电离层不均匀体研究的近况 257

6.10.1　射电星闪烁 258

6.10.2　扩展F层 261

第七章　电离层的气象控制 267

7.1 电离层行进式扰动（TID） 268

7.2 电离层F层中的内波 269

7.3 内重力波对无线电波信号产生的高频多普勒（HF-Doppler）频移 272

7.4　Es形成的风剪变理论 276

7.5.1　大气涡度方程 280

7.5 大气涡度方程、位涡守恒 280

7.5.2　位势涡度守恒原理 281

7.6 罗斯比（Rossby）波的水平传播 283

7.6.1　β-平面 283

7.6.2　罗斯比数 284

7.6.3　静态行星波与行进式行星波 284

7.7 罗斯比波的垂直传播 286

7.7.1　对数压力坐标中的流体力学方程组 287

7.7.2　行星波垂直传播的纬向平均涡度方程与扰动位涡方程 288

7.7.3　对流层中行星波向上传播条件 292

7.8 行星波与纬向平均气流的相互作用 294

7.9　平流层与中层大气的能量 300

7.10.1　无线电波冬季吸收反常 301

7.10　行星波对低电离层的影响 301

7.10.2　行星波上传时大气环流状态变化对冬季吸收反常的影响 302

7.10.3　行星波上传使中层加热及其对电波吸收的影响 303

7.11 行星波对VLF和LF电波传播的影响 309

第八章　电离层的非线性效应 311

8.1 电磁场中等离子体的非线性效应 312

8.1.1　电磁场中电子电导率和介电常数 312

8.1.2　电子碰撞频率与电子温度的关系 314

8.1.3　电子在波场作用下的加温 315

8.1.4　等离子体场Ep，等离子体非线性的产生 318

8.1.5　伸缩非线性 319

8.2 无线电波对电离层的非线性作用 320

8.2.1　强电波对电离层电子和离子的加热 320

8.2.2　电离层电子和离子浓度扰动 322

8.2.3　低电离层中强电波的影响 323

8.3　无线电波的自作用 329

8.4 电波调制的改变 334

8.4.1　强波振幅调制的变化 335

8.4.2　谐波的产生和非线性检波 338

8.5 电波的互作用 340

8.5.1　交叉调制 341

8.5.2　受扰区内传播的电波吸收变化 344

8.5.3　组合频率电波的产生 346

8.6　波的断裂 349

8.7 电离层非线性现象的其他特征 351

8.7.1　电波折射的变化 351

8.7.3　不稳定性的激发 352

8.7.2　电离作用 352

第九章　电离层探测技术简介 354

9.1　磁离子理论的主要结果 356

9.1.1　相速度和群速度 356

9.1.2　A-H公式 357

9.1.3　色散曲线 360

9.1.4　折射指数面 363

9.2　垂直入射探测 364

9.2.1　电离层对电波的反射 364

9.2.2　垂测仪和电离图 365

9.2.3　顶部探测 369

9.2.4　电子浓度参数和剖面 371

9.3　斜向探测 376

9.3.1　斜传播、跳距和最大可用频率 376

9.2.5　数字测高仪 376

9.3.2　有关定理 378

9.3.3　平面抛物层中的斜传播 380

9.3.4　斜测电离图 382

9.3.5　Chirp雷达 385

9.4　返回斜向探测 386

9.4.1　聚焦效应 387

9.4.2　最小时延与P′（f）曲线 390

9.4.3　电离图分析 395

9.4.4　MUF的确定，FXZ选频系统 397

9.5 多普勒和法拉第测量 399

9.5.1　波的频率和相位变化 400

9.5.2　微分多普勒技术 403

9.5.3　法拉第旋转 406

9.5.4　一些实验结果 410

9.6 哨声测量 412

9.6.1　射线方向 415

9.6.2　群速度和时延 416

9.6.3　电离层与磁层参量的确定 419

9.7 电波吸收测量 420

9.7.1　电波的振幅变化 420

9.7.2　电离层吸收 421

9.7.3　吸收的测量技术 425

9.7.4　电波A3吸收测量中的定标 428

9.7.5　吸收测量的应用 433

附录1　参考文献索引 435

附录2　关于（7.7.13）式和（7.7.14）式的推导 438