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1、电离层结构dianliceng jiegou电离层结构ionospheric structure电离层结构可以利用电离层中电子密度、离子密度、电子温度、离 子温度等参量的空间分布来表示,但其中最重要的是电子密度的空间 分布。研究电离层结构主要是研究电子密度随高度的分布。电子密度, 也称电子浓度，是指单位体积的自由电子数。电子密度随高度的变化 与各个高度上大气的成分、密度、太阳辐射通量等因素有关。电离层分层结构 观测表明，电离层电子密度在垂直方向上呈分层 结构。在离地球表面约601000公里高度范围内，主要有3层：D 层、E层和F （F1与F2）层。大约在300公里处电子密度达到最大 值，再往上
2、电子密度缓慢下降，在约1000公里处同磁层衔接。在中 纬度地区，太阳活动高年和低年、白天和夜间的典型电子密度与高度 的关系如图1太阳活动高年和低年的典型电子密度分米至二公里 左右,水平方向延伸一般为0.1-10公里，但也有扩展到数百公里 的；高度大致在110公里，最大电子密度可达10（厘米（；底部 的电子密度梯度大约为10（10（厘米（公里（。扩展F是一种发生在F区域的不均匀结构，它在频高图（亦O图中正常的F层描迹逐渐扩展，它是F层电子密度不均匀体对 电波散射的结果，扩展F由此得名。在赤道区，这种不均匀体常 沿地磁场方向拉长，并且分布在较宽的高度范围，从250公里直 至1000公里以上。电离层
3、的热结构 电子温度、离子温度随高度的分布称为电离 层的热结构。由于光电子将动量传给电子比传给离子来得快；而 离子将动量传给中性粒子又比电子要快，于是3种粒子温度常满 足关系TeTiTn,其中Te为电子温度，Ti为离子温度，Tn为 中性粒子温度（又称中性气体温度）。在120公里以下碰撞频率 很大，3种温度接近相等。而在这一高度之上到200公里，地球向 阳面的Te急剧上升，达到中性粒子温度的3倍。在200公里以上, 电子温度同电子密度的高度分布关系极为密切，通常二者变化相 反。离子温度在350公里以下接近中性粒子温度；但在这一高 度之上Ti开始增加，直到最后Ti=Te。在1000公里以上，这两 种
4、温度可能比中性粒子温度高几千开。在夜间由于光电离停止,3种气体温度趋向相等。- 11动高年一 底PH 2占1 *阳活动时A*.A-io2 io1 io4 io6 io6 io7 电于密虔(an7b控佃WiMl1(W图1太阳活动高年和低年的典型电子密搂分布布。D层 电离层的底部，电离度较低（包括多种原子离子团）的大 气所构成的一层，约位于6090公里的区域。在这一范围内，层状 结构不如E层和F层明显，所以有时称之为E层的“缘”。在D层中, 由于中性大气成分密度很大，电子和中性粒子之间的碰撞频繁，并与 分子结合形成负离子，因此D层离子密度大于电子密度，这是D层的 一个特点。在D层区域，电离过程主要
5、是太阳的氢赖曼（L）谱线对NO的 光电离,发生的高度在80公里左右。其次是10271118埃的太阳辐 射对O2的电离。最低处60公里左右是银河宇宙线和太阳X射线产 生的N和O拦。D层电子密度在10（厘米（以下。在夜间电子大量消失, 以致可以认为D层不复存在。E层约在90140公里的区域，其位置比较稳定。E层电子密度介 于10（10（厘米（之间。在中纬度地区,E层电子密度峰值的高度通常 位于110120公里，而在低纬地区约低10公里。火箭探测表明，从 这一高度到F层之间的区域，电子密度不像早期认为的那样存在着 一个深的“谷”区。日落后，E层电子密度峰值下降到夜间值,典型数 据为5x10（厘米（。
6、太阳紫外线（10001020埃）和软X射线（10170埃）是E层 光致电离的主要源，主要离子成分是Ox和NO（。由于E层的形成同 多种波长的辐射有关，故其垂直结构比较复杂。F层 在E层之上一直到数百甚至上千公里统称为F层，是电离 层的主要区域。白天F层分为F1层和F2层，F2层处于F1层之上, 夜间F1层消失。F1层和F2层在化学结构（离子成分）、热结构和 受地磁场控制等方面各具特点。F1层 高度一般在140200公里之间。电子密度为10（10（厘 米（。它与F2层经常无明显分界而表现为F2层底部的一个“缘”。同 E层一样,F1层电子密度分布也比较接近查普曼层。F1层是被大气强烈吸收的那部分远
7、紫外辐射所产生的。500600 埃的辐射在大约160公里高度达到单位光学深度（见电离层的形 成），因而200910埃范围内的辐射可能都对F1层的电离有贡献。 这些辐射产生离子04 N、0（、H和N（。由于随后的一系列反应， 最终产物以NO（和 O为主。随着高度上升，主要离子成分由分子逐渐 过渡为原子离子。F2层F层主要是指F2层。它有明显的电子密度峰值，峰值高 度约在300公里，峰值密度可达10（厘米（。在这一峰值高度以上，电 子密度随着高度的增加而缓慢减少。在1000公里处，电子密度约为 10（10（厘米（；而在20003000公里,电子密度约为10（10（厘米（。 F2层电离源与F1层相同。主要离子成分为原子离子，有0（和 N（, 其中0（是主要的。负离子和双电荷正离子很少，正离子密度与电子 密度相等。电离层不均匀结构 除了上述正规层次外，电离层区域还存在不均 匀结构。它们是由电离层的不均匀体构成的，或由电离密度汇聚引起 的，如Es层和扩展F。Es层 即偶发E层。一种在时间上较常见、出现于E层区域的不 均匀结构。它有时是一片密集的不均匀体，有时是强电离的薄层电离 区。中纬地区的薄层Es,厚度约为几百
