基于非麦克斯韦分布的电离层参量不稳定性激发研究:实验观测与数值模拟

基本信息
批准号:41704155
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:王翔
学科分类:
依托单位:武汉大学
批准年份:2017
结题年份:2020
起止时间:2018-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘默然,吴金男,黄建
关键词:
高纬电离层参量不稳定性欧洲非相干散射雷达非寻常波模电离层加热
结项摘要

A number of the nonlinear physical processes are excited by the interaction of the ionospheric plasma and the powerful high-frequency (HF) electromagnetic (EM) wave, transmitted from the ground-based heating facilities. Parametric instability (PI) is the critical physical mechanism of the nonlinear wave-wave / wave-particle interaction in the ionosphere heating experiments and is always the hot research area. The present physical theory and mechanism cannot explain the new observations during the recent ionosphere heating experiments. Thus, it is necessary to study and develop the new physical mechanism of the PI for interpreting the new experimental observations. The new physical model of PI can help to well understand the excitation and the spatial and temporal evolution of the PI. Utilizing the experimental observations at the EISCAT, this proposal focuses on the data analysis and theoretical research of the PI excitation during the ionosphere heating by the powerful extraordinary polarized EM wave (X-mode). The proposal identifies the spatial and temporal evolution of the HF-enhanced ion lines and HF-enhanced plasma lines corresponding to the PI and the condition of the PI excitation by the X-mode heating wave. The model and theory of the PI excitation by the X-mode in the non-Maxwellian distribution ionosphere will be built, which is employed to obtain the critical parameters of the PI excitation and explain the experimental observations. Furthermore, the physical mechanism of the PI excitation by the X-mode heating wave is clarified.

地基大功率高频电波与电离层等离子体相互作用可以激发一系列的电离层非线性物理过程。参量不稳定性作为电离层加热中波-波/波-粒非线性相互作用的核心物理机制之一,一直都是人们关注的重点和研究热点。近期进行的电离层加热实验中所观测到的一些现象表明,利用目前现有的参量不稳定性物理模型和物理机制尚不足以给出合理的科学解释,因而需要结合实验数据,发展和研究新的物理模型,完善和丰富对参量不稳定性的激励及其时空演化过程的认识。 本项目拟利用EISCAT的观测结果,针对加热过程中非寻常波模在电离层中能够激励参量不稳定性的实验事实开展数据分析和理论研究,明晰与参量不稳定性相关的等离子谱线和离子谱线的时空演化,辨明非寻常波激励参量不稳定性的条件,建立非寻常波在非麦克斯韦分布电离层中激发参量不稳定性的理论模型,获取参量不稳定性激励的核心参数,为实验事实提供科学解释,进而阐明非寻常波激励参量不稳定性激励的物理机制。

项目摘要

地基大功率高频电波与电离层等离子体相互作用可以激发一系列的电离层非线性物理过程。参量不稳定性作为电离层加热中波-波/波-粒非线性相互作用的核心物理机制之一,一直都是人们关注的重点和研究热点。近期进行的电离层加热实验中所观测到的一些现象表明,利用目前现有的参量不稳定性物理模型和物理机制尚不足以给出合理的科学解释,因而需要结合实验数据,发展和研究新的物理模型,完善和丰富对参量不稳定性的激励及其时空演化过程的认识。 本项目利用EISCAT的观测结果,对加热过程中非寻常波模在电离层中激励参量不稳定性的实验事实开展了数据分析和理论研究,阐述了参量不稳定性相关的等离子谱线和离子谱线的时空演化,辨明了非寻常波激发参量不稳定性的条件,建立非寻常波在非麦克斯韦分布电离层中激发参量不稳定性的理论模型,获取了参量不稳定性激励的核心参数,为实验事实提供了科学解释,进而阐明非寻常波激励参量不稳定性激励的物理机制。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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