電離層散塊E層層狀不規則體日夜特性分析

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姓名

葉力揚(Li-yang Yeh) 查詢紙本館藏

畢業系所

太空科學研究所

論文名稱

電離層散塊E層層狀不規則體日夜特性分析
(Analyzing of daytime and night time layer typed sporadic E plasma irregularities)

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摘要(中)

本次實驗利用2008年1月28日、2月5日、8月19日及2009年2月26日、3月1日等五天，散塊E層公尺級場沿不規則體回波，針對白天、晚上平均都卜勒速度、頻譜寬、最大訊雜比及層狀結構不規則體東西向寬度、厚度、平均高度及trace velocity做定量的統計分析。其中，白天由於導電性高，使得極化電場容易被短路；相較於白天背景環境，晚上因導電性低，發生較大的極化電場機率相對提高，易使得電子濃度梯度加大，不規則體容易產生較大的擾動。且由實驗結果可知晚上平均都卜勒速度、trace velocity及最大訊雜比都比白天大而進一步的獲得驗證。並且利用頻譜寬出現的範圍，證明中壢雷達觀測到的不規則體都屬於3公尺級的不規則體。另外由分析結果得到白天的層狀不規則體其厚度較厚，東西方向的延伸較窄，平均高度集中於96~99公里處，且高度隨時間的變化呈一波動形式，而晚上層狀結構平均高度略高，於102公里處一分層的現象，且平均高度較高處會有一較快的下降速度。最後利用平均都卜勒速度在高度上的分布，可以推測中性風場其風切的特性，發現當有較大的風切時，會得到較大的頻譜寬及較大的回波功率。

摘要(英)

The Chung-Li VHF radar station observed the 3-meter filed aligned irregularities of sporadic E on January 28,2008, February 5,2008, August 18,2008, February 26,2008, and March 1, 2009. We analyzed the mean Doppler velocity, spectral width, maximum SNR, zonal extent, thickness, mean height and trace velocity during the day time and night time, respectively. The conductivity at the daytime is higher than that at the nighttime, and as a result, the polarization of electric field is more liable to be cut off during the daytime. Therefore, the polarization of electric field at the nighttime is increased than that at the daytime, which, in turn, gradient of electron density is increased and irregularities produce a greater vibration. Further, based on our data, mean Doppler velocity, trace velocity, and maximal SNR detected at the nighttime are all increased compared with those obtained at the daytime, as anticipated. By means of the range of spectral width, we demonstrated that the irregularities observed at the Chung-Li VHF radar station is of 3-meter irregularities. In addition, our data indicated that the thickness of layer- typed irregularities at the daytime is increased than that at the nighttime; whereas zonal extent at the daytime is narrowed than that at the nighttime. The mean height is located around 96-99km. The mean height of layer -typed irregularities detected at the nighttime is slightly increased than that at the daytime. Notably, there are two peaks which is separated at the height of 102km. Further, the descending rate of the irregularities is increased when at the higher height compared with that at the lower height. Finally, by means of mean Doppler velocity distributed at the various height, we can estimate the character of wind- shear slope which demonstrated that the magnitude of wind-shear slope is largely in parallel with spectral width and SNR

關鍵字(中)

★ 散塊E層
★ 白天晚上
★ 都卜勒速度
★ 頻譜寬
★ 訊雜比
★ 追蹤速度
★ 平均高度

關鍵字(英)

★ Sporadic E
★ daytime
★ nighttime
★ doppler velocity
★ spectral width
★ SNR
★ trace velocity
★ mean height

論文目次

摘要......................................................i
Abstract.................................................ii
致謝.....................................................iv
目錄.....................................................vi
圖目錄...................................................ix
表目錄.................................................xvii
第一章前言..............................................1
1.1研究動機...............................................1
1.2中壢 VHF特高頻雷達簡介................................2
1.3電離層探測儀簡介.......................................6
第二章基礎理論...........................................9
2.1 中緯度地區電離層散塊E層.............................9
2.2背景理論.............................................11
2.2.1 雙流不穩定機制..................................11
2.2.2梯度漂移不穩定機制...............................13
2.2.3 非線性理論......................................15
2.3 雷達干涉法..........................................18
2.3.1雷達干涉法理論.....................................18
2.3.2中壢52MHZ電離層陣列雷達干涉法方程式...............21
2.3.3天線陣列利用干涉法反演三維空間結構.................23
第三章IGRF模型介紹與應用................................27
3.1 IGRF模型簡介........................................27
3.2 中壢VHF雷達預測回波區特性與計算.....................28
3.3利用IGRF預測雷達回波區進行回波訊號之初始相位校正.....28
第四章雷達資料的取得與處理..............................34
4.1 雷達參數設定.........................................34
4.2 回波訊號資料介紹.....................................36
4.2.1 回波頻譜.........................................37
4.2.2 利用動差法(Moment Method)分析回波頻譜圖特性......38
4.2.3 距離-時間-功率強度等值圖.........................41
4.2.4 互頻譜、相關係數頻譜、相位差頻譜.................47
4.3 不規則體三維空間結構.................................49
第五章觀測結果與討論....................................51
5.1 平均都卜勒速度、頻譜寬、最大訊雜比隨時間變化情形.....51
5.1.1平均都卜勒速度 ...................................51
5.1.2頻譜寬............................................60
5.1.3 最大訊雜比.......................................67
5.2 白天、晚上電離層不規則體層狀結構東西向寬度、厚度、高度分步及追蹤速度之統計分析...............................74
5.2.1不規則體層狀結構東西向寬度及厚度統計分析..........74
5.2.2不規則體層狀結構平均高度..........................79
5.2.3都卜勒速度在高度上的變化與SNR、頻譜寬之比較......88
5.2.4不規則體層狀結構追蹤速度分析......................94
5.3 中壢特高頻雷達與電離層探測儀的比較...................99
5.3.1最大訊雜比與電離圖foEs比較.......................99
5.3.2平均高度與電離圖h’Es比較.......................102
第六章結論與未來展望...................................105
6.1 結論................................................105
6.2 未來展望............................................108
參考文獻................................................109

參考文獻

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14. 楊國峰,電離層散塊E層不規則體結構與特性之研究, 國立中央大學太空科學研究所, 博士論文, 2008。
15. 林廷翰, 利用中壢特高頻雷達研究中緯度電離層散塊E層公尺級不規則體之動力行為, 國立中央大學太空科學研究所, 碩士論文,2008。
16. 蔡政廷, 分析中壢地區電離層散塊E層3公尺不規則體之動力行為, 國立中央大學太空科學研究所, 碩士論文, 2008。

指導教授

朱延祥(Yen-Hsyang Chu)

審核日期

2012-7-26

推文