大功率泵波调制电离层中热自聚焦不稳定性激发大尺度场向密度不均匀体的数值模拟

摘要

本文首先基于射线追踪的方法构建了三维垂直及斜向的电离层加热数模型,并引入国际参考电离层(IRI-2012)及中性大气(MSIS-E-00)模型作为背景参数,模拟中低纬地区典型电离层背景条件下垂直及斜向加热过程中泵波反射区域电子密度因热自聚焦不稳定性而产生的变化及发展的过程,并对比了不同模式及不同背景参数对加热效果的影响;结果表明:(1)高频泵波加热电离层可激发出热自聚焦不稳定性并生成大尺度密度不均匀体,其内部密度耗空约为2-10％;(2)在相同的加热条件下,背景电子密度越小,加热效果越显著;(3)垂直加热要比斜向加热的效果更加显著;(4)电子密度的扰动幅度随加热时间的推移而逐渐减小,即扰动逐渐趋于饱和.随后对泵波反射高度处的电子密度的变化率进行采样并求得功率谱密度,结果表明: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,垂直加热与斜向加热得出的幂律谱指数区别不大,但白天与夜间的幂律谱有所区别.