电离层加热中热自聚焦不稳定性的数值研究

基本信息
批准号:41804156
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:22.00
负责人:王琛
学科分类:
依托单位:武汉纺织大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:赵光欣,汪枫,冯绎铭,王思源
关键词:
热自聚焦不稳定性大尺度场向不均匀体泵波电场空间分布电离层加热
结项摘要

The thermal self-focusing instability (TSFI) caused by ionospheric heating is an important mechanism for the large-scale field aligned irregularities (FAI) generating, and give a profound impact on the radio waves pass through, so that the research on which are meaningful for engineering and military application. However, the ionospheric modulation facilities or experimental records are less involved in middle-low latitude areas and the theoretical research previously have somewhat limitation all make the TSFI a difficult issue in the research of ionospheric nonlinear effects. The two-dimensional (2-D) slow change full-wave model describing the propagation of HF pump waves in inhomogeneous magnetized plasma are presented by the finite difference time domain (FDTD) method in this project, then the transport equations of electron temperature and plasma density and the 2D full wave model are nonlinearly coupled together to simulating the process of the excitation of the TSFI and the formation of large scale field inhomogeneous structure. The simulation results will be compared with the observation results of EISCAT heating experiments to verify the validity of the model and analyze the effect of incident parameters, ionosphere background parameters on the spatial distribution of the electric field of pump waves and the development of TSFI, furthermore, lay the foundation for exploring the approaches to improve the efficiency of ionospheric heating effectively.

电离层加热所激发的热自聚焦不稳定性可促使改变电离层结构的大尺度场向不均匀体产生,对经过该区域的无线电波产生深远的影响,具有十分重要的工程及军事应用价值。由于目前中低纬区域电离层调制设备及实验数据的相对匮乏,以往理论研究又各有所限,使得热自聚焦不稳定性成为电离层非线性效应研究中的一大难点。本项目拟用时域有限差分方法构建非均匀磁化电离层背景中的二维缓变全波解数值模型,并耦合电子密度及电子温度的输运方程对电离层加热过程中激发热自聚焦不稳定性并生成大尺度场向不均匀体的过程进行详细模拟,模拟结果将与欧洲EISCAT调制实验结果相比较,以验证模型的准确性;最后我们结合模拟结果及实验数据分析泵波入射参数、电离层背景等对泵波场强空间分布以及热自聚焦不稳定性发展的影响,为探索能够有效提升电离层加热效率的方法或途径奠定基础。

项目摘要

本课题采用时域有限差分方法构建了非均匀磁化电离层背景中的一维及二维‘慢’波全波解数值模型,并耦合电子密度及电子温度的输运方程对电离层调制过程中激发热自聚焦不稳定性并生成大尺度场向不均匀体的过程进行了详细模拟,并对特征波反射区域附近电子密度及电子温度的变化率进行采样后求取其功率谱密度并进行了深入分析,结果表明:当HF泵波的电场阈值达到或超过百毫伏每米的量级时,即可有效激发热自聚焦不稳定性并发展出大尺度电子密度及温度不均匀体,这些不均匀体内的密度耗空约为1%-10%,而电子温度剧烈增长,到达背景温度值的1.2-2.1倍;且在相当的加热条件下,背景电子温度越低、电子密度越小,加热效果越显著;电子密度及电子温度的扰动幅度随着加热时间的推移而逐渐减小,即扰动逐渐趋于饱和,且电子温度要快于电子密度达到饱和状态;热自聚焦不稳定性发展出的大尺度不均匀体满足幂律谱结构,谱指数随着加热的进行逐渐趋于稳定,白天与夜间的幂律谱指数区别不大,但电子密度与电子温度的幂律谱有一定的区别。本课题研究成果为后续继续探索能够有效提升电离层调制效率的方法或途径提供理论依据及仿真结果参考。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

玉米叶向值的全基因组关联分析

玉米叶向值的全基因组关联分析

DOI:
发表时间:
2

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
3

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
4

环境类邻避设施对北京市住宅价格影响研究--以大型垃圾处理设施为例

环境类邻避设施对北京市住宅价格影响研究--以大型垃圾处理设施为例

DOI:10.11821/dlyj020190689
发表时间:2020
5

面向云工作流安全的任务调度方法

面向云工作流安全的任务调度方法

DOI:10.7544/issn1000-1239.2018.20170425
发表时间:2018

王琛的其他基金

批准号:31030021
批准年份:2010
资助金额:210.00
项目类别:重点项目
批准号:41871106
批准年份:2018
资助金额:57.50
项目类别:面上项目
批准号:81573946
批准年份:2015
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:71401088
批准年份:2014
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71803007
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81300913
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51908421
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10804116
批准年份:2008
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31730018
批准年份:2017
资助金额:308.00
项目类别:重点项目
批准号:90406019
批准年份:2004
资助金额:120.00
项目类别:重大研究计划
批准号:90406024
批准年份:2004
资助金额:500.00
项目类别:重大研究计划
批准号:21205141
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30872453
批准年份:2008
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:31401980
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21673055
批准年份:2016
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:81603618
批准年份:2016
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:20873033
批准年份:2008
资助金额:46.00
项目类别:面上项目
批准号:81672029
批准年份:2016
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:31901431
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71871128
批准年份:2018
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:91127043
批准年份:2011
资助金额:300.00
项目类别:重大研究计划
批准号:20473097
批准年份:2004
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:30570378
批准年份:2005
资助金额:27.00
项目类别:面上项目
批准号:41905094
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41101112
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30971121
批准年份:2009
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
批准号:11075146
批准年份:2010
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
批准号:11174305
批准年份:2011
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:31340072
批准年份:2013
资助金额:14.00
项目类别:专项基金项目
批准号:50909068
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31601057
批准年份:2016
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61872416
批准年份:2018
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:81201204
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30973723
批准年份:2009
资助金额:29.00
项目类别:面上项目
批准号:21874155
批准年份:2018
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:61502192
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81904188
批准年份:2019
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81670707
批准年份:2016
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:41471101
批准年份:2014
资助金额:76.00
项目类别:面上项目
批准号:61475146
批准年份:2014
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:21575163
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

热层-电离层耦合的数值研究

批准号:49804011
批准年份:1998
负责人:王劲松
学科分类:D0411
资助金额:12.00
项目类别:青年科学基金项目
2

非线性热不稳定性的数值模拟

批准号:18975051
批准年份:1989
负责人:徐复
学科分类:A2701
资助金额:2.00
项目类别:面上项目
3

低温传热中的热声振荡及能量输运机理研究

批准号:50306014
批准年份:2003
负责人:张鹏
学科分类:E0602
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
4

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

批准号:41704155
批准年份:2017
负责人:王翔
学科分类:D0411
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目