地球電離層可大致分為高中低緯度三個區(qū)域，由于地磁緯度的不同其特征也有很大的不同，其中對中緯電離層的探測和理解最為全面。由于特殊的地磁場條件，高緯電離層比中低緯區(qū)域更加復雜。本書從電離層基本原理、無線電傳播基礎和電離層探測技術的基本原理出發(fā)，對影響高緯電離層及其本身的地球物理現(xiàn)象、特性和形成機制進行了詳細分析和介紹，并對高緯電離層無線電波傳播的基本原理、實驗、建模和預測等進行了詳細論述。本書可使國內(nèi)有志于從事或?qū)﹄婋x層、電離層探測感興趣的科研人員、工程師、研究所及本科生對高緯電離層特有的物理現(xiàn)象及其對電波傳播的影響進行系統(tǒng)全面的了解。
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軍口863項目，軍科委163計劃課題負責人
目錄
譯者序
原書前言
第 1 章 電離層基本原理 1
1.1 引言 1
1.1.1 電離層與電波傳播 1
1.1.2 高緯電離層特征 2
1.2 大氣的垂直結(jié)構(gòu) 3
1.2.1 命名 (術語) 3
1.2.2 大氣流體靜力學平衡 4
1.2.3 逸散層 5
1.2.4 中性大氣的溫度剖面 6
1.2.5 成分 8
1.3 高層大氣物理 10
1.3.1 引言 10
1.3.2 Chapman 函數(shù) 12
1.3.3 化學復合原理 14
1.3.4 垂直輸運 16
1.4 電離層的主要層 18
1.4.1 引言 18
1.4.2 E 層和 F1 層 20
1.4.3 D 層 25
1.4.4 F2 層和質(zhì)子層 30
1.4.5 F2 層異常 32
1.4.6 太陽黑子周期的影響 36
1.4.7 F 層電離層暴 37
1.5 電離層電導率 39
1.5.1 引言 39
1.5.2 無磁場時的電導率 39
1.5.3 磁場的影響 39
1.5.4 電導率的高度變化 40
1.5.5 電流 42
1.6 聲重力波和電離層行擾 42
1.6.1 引言 42
1.6.2 理論 43
1.6.3 電離層行擾 46
1.6.4 文獻 46
1.7 參考文獻 47
第 2 章 影響高緯電離層的地球物理現(xiàn)象 51
2.1 引言 51
2.2 磁層 51
2.2.1 地磁場 51
2.2.2 太陽風 52
2.2.3 磁層頂 58
2.2.4 磁鞘和激波 60
2.2.5 極隙 61
2.2.6 磁尾 61
2.3 磁層中的粒子 61
2.3.1 主要粒子群 61
2.3.2 等離子體層 62
2.3.3 等離子體片 65
2.3.4 俘獲離子 66
2.3.5 環(huán)電流 69
2.3.6 Birkeland 電流 70
2.4 磁層動力學 71
2.4.1 環(huán)流型 71
2.4.2 場合并 74
2.4.3 磁層電場 75
2.4.4 等離子體層動力學 76
2.5 磁暴 77
2.5.1 引言 77
2.5.2 經(jīng)典的磁暴與 Dst 指數(shù) 77
2.5.3 高緯磁灣擾；極光帶電集流 77
2.5.4 磁指數(shù) 79
2.5.5 大磁暴和一個案例 83
2.5.6 磁層波現(xiàn)象 85
2.6 高能粒子電離 86
2.6.1 電子 87
2.6.2 軔致輻射 X 射線 87
2.6.3 質(zhì)子 88
2.7 參考文獻 90
第 3 章 無線電傳播基礎 95
3.1 引言 95
3.2 電磁輻射 95
3.2.1 真空中的視距傳播基礎 95
3.2.2 雷達原理 97
3.2.3 折射率的意義 99
3.2.4 無線電波與物質(zhì)的相互作用 101
3.3 中性大氣中的傳播 102
3.3.1 中性大氣的折射 102
3.3.2 地形影響 105
3.3.3 噪聲與干擾 107
3.4 電離層傳播 115
3.4.1 磁離子理論 115
3.4.2 無線電波電離層反射 118
3.4.3 斜入射與垂直入射的關系 120
3.4.4 穿越電離層傳播 122
3.4.5 無線電閃爍原理 125
3.4.6 包括陡峭邊界反射和全波解的傳播 133
3.4.7 哨聲 138
3.5 電離層散射 140
3.5.1 相干散射 141
3.5.2 前向散射 142
3.5.3 非相干散射 142
3.6 HF 傳播預測程序 144
3.7 總結(jié) 145
3.8 參考文獻 146
第 4 章 電離層探測技術 151
4.1 引言 151
4.2 地基系統(tǒng) 151
4.2.1 電離層測高儀 151
4.2.2 相干斜向無線電探測系統(tǒng) 156
4.2.3 非相干散射雷達 168
4.2.4 D 層吸收測量 170
4.2.5 HF 發(fā)射改變電離層 175
4.3 天基系統(tǒng) 178
4.3.1 地球衛(wèi)星和無線電火箭探測的歷史 178
4.3.2 無線電信標實驗的工作原理和當前部署 178
4.3.3 頂部 (電離層) 探測器 179
4.3.4 衛(wèi)星和火箭的原位技術 179
4.3.5 能力和局限 180
4.4 其他技術 181
4.4.1 HF 陣列接收機和多普勒系統(tǒng) 181
4.4.2 HF 多普勒技術 182
4.4.3 電離層成像 182
4.5 總結(jié) 182
4.6 參考文獻 183
第 5 章 高緯 F 層和槽 189
5.1 高緯 F 層環(huán)流 189
5.1.1 引言 189
5.1.2 環(huán)流模式 189
5.2 高緯 F 層的狀態(tài) 195
5.2.1 極蓋 F 層 195
5.2.2 極隙效應 198
5.2.3 極風 198
5.2.4 極光卵形環(huán)內(nèi)和附近的 F 層 201
5.3 高緯 F 層不規(guī)則體 203
5.3.1 引言 203
5.3.2 增強：補片和斑塊 203
5.3.3 不規(guī)則體產(chǎn)生的閃爍 208
5.4 主槽 216
5.4.1 引言 216
5.4.2 主槽的觀測特性和狀態(tài) 217
5.4.3 槽的極向邊緣 223
5.4.4 單個槽運動 224
5.4.5 機制和模型 227
5.5 高緯槽和洞 228
5.6 總結(jié)和啟示 231
5.7 參考文獻 232
第 6 章 極光、亞暴和 E 層 237
6.1 引言 237
6.2 環(huán)帶發(fā)生 237
6.2.1 極光帶和極光卵形環(huán) 237
6.2.2 極光卵形環(huán)模型 240
6.3 極光現(xiàn)象 246
6.3.1 發(fā)光極光 246
6.3.2 發(fā)光極光的分布和強度 246
6.3.3 極光光譜學 250
6.3.4 電離層效應 252
6.3.5 外沉降區(qū) 253
6.4 亞暴 256
6.4.1 歷史 256
6.4.2 極光亞暴 256
6.4.3 亞暴的電離層特征 260
6.4.4 亞暴電流 260
6.4.5 磁層亞暴 263
6.4.6 IMF 的影響和亞暴觸發(fā)問題 267
6.4.7 暴與亞暴的關系 268
6.5 高緯 E 層 269
6.5.1 引言 269
6.5.2 極區(qū) E 層 269
6.5.3 平靜條件下的極光 E 層 269
6.5.4 擾動的極光 E 層 269
6.5.5 極光雷達 273
6.5.6 極光次聲波 275
6.5.7 聲重力波的產(chǎn)生 276
6.6 總結(jié)和啟示 277
6.7 參考文獻 278
第 7 章 高緯 D 層 283
7.1 引言 283
7.2 極光電波吸收 284
7.2.1 引言——歷史和觀測技術 284
7.2.2 典型的極光吸收事件及其時空特性 285
7.2.3 時空統(tǒng)計特性 294
7.2.4 動力學 297
7.2.5 與地球物理活動的關系和極光吸收的預測 306
7.2.6 極光吸收事件更廣泛的地球物理意義 312
7.3 極蓋事件 321
7.3.1 引言 321
7.3.2 PCA 事件特性 322
7.3.3 太陽耀斑和無線電輻射的關系 327
7.3.4 質(zhì)子到達地球過程中產(chǎn)生的影響 328
7.3.5 不均勻性及午間恢復 333
7.3.6 對地面大氣的影響 335
7.4 相干散射和夏季中層回波 341
7.5 總結(jié)和啟示 344
7.6 參考文獻 345
第 8 章 高緯電離層電波傳播：第一部分——基本原理和實驗結(jié)果 351
8.1 引言 351
8.2 ELF 和 VLF 電波傳播 353
8.3 低頻和中頻傳播 361
8.4 高頻傳播 367
8.4.1 Alaska 和 Scandinavia 之間的定頻試驗 367
8.4.2 阿拉斯加和美國大陸間的傳播測試 372
8.4.3 其他跨極 HF 定頻實驗 375
8.4.4 College-Kiruna 定頻吸收研究 385
8.4.5 極光帶吸收事件對 HF 傳播的影響 388
8.4.6 掃頻實驗 388
8.4.7 1956 ～ 1969 年 HF 高緯研究的其他結(jié)果 393
8.4.8 HF 高緯度傳播路徑的多普勒效應和衰落效應 405
8.5 VHF/UHF 傳播和微波傳播 433
8.6 總結(jié) 434
8.7 參考文獻 435
第 9 章 高緯無線電傳播：第二部分——建模、預測和干擾因素緩解技術 440
9.1 引言 440
9.2 電離層射線追蹤、建模和傳播預測 440
9.2.1 電離層射線追蹤 440
9.2.2 準確高緯模型 442
9.2.3 電離層模型的驗證 444
9.2.4 高緯 ELF-HF 預報性能 445
9.2.5 利用高頻傳播數(shù)據(jù)對選定的電離層預測模型的最新驗證 450
9.3 VHF/UHF 傳播預測 460
9.4 電離層模型驗證的最新進展 460
9.5 高頻傳播擾動減緩 463
9.5.1 早期嘗試 463
9.5.2 利用日地數(shù)據(jù)減緩 464
9.5.3 自適應 HF 技術 465
9.5.4 實時信道評估 471
9.5.5 HF 高緯傳播信道評估最新進展 474
9.6 其他高緯傳播現(xiàn)象和評價 478
9.6.1 HF 高緯路徑上的大方位誤差 478
9.6.2 亞暴對極光和亞極光區(qū) HF 路徑的影響 479
9.6.3 利用 GPS/TEC 數(shù)據(jù)研究 HF 極光傳播 481
9.6.4 使用多頻的高緯高頻調(diào)制的性能 483
9.7 總結(jié)和討論 489
9.8 參考文獻 489
附錄 相關書籍 495
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