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姓名	羅世薇(Shih-wei Lo)  查詢紙本館藏	畢業系所	太空科學研究所
論文名稱	首次利用中壢特高頻雷達進行電離層F層不規則體觀測之研究 (The First observation of Ionosphere F region irregularities by using the Chung-Li VHF Radar)
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摘要(中)	利用於2008年一月更新後的中壢特高頻雷達進行電離層F層不規則體之觀測，在2008年2月5日至2月6日夜間，中壢特高頻雷達首次完整觀測到電離層F層的回波。本文利用此次資料對電離層F層回波進行研究，期望由其觀測結果對F層不規則體的特性有更進一步的了解。利用IGRF2008年模型得到新雷達系統的預測回波區空間位置，藉由預測回波區的空間位置，可得知F層的回波來自空間中較遠的區域，而此將使雷達干涉方程所假設之整數常數Interferometer lobe number（Riggin,1984）估計較E層複雜許多，得到正確的相位差後才得以重建F層不規則體之三維結構。 將重建後所得之不規則體高度與中壢電離層觀測台ionogram的資料互相比對，研究是否在最低高度上有相關，以驗證干涉法所得之三維結構結果。分析不規則體的三維結構大小，推知其不規則體整體型態為團狀型態不規則體。並利用干涉法的結果，對不規則體三維空間結構及其動力行為進行特性分析。在干涉法結合平均都卜勒速度資訊的關係圖上，發現隨著高度越高，平均都卜勒速度有越大的情形。並利用F層不規則體干涉法的結果計算其漂移速度。
摘要(英)	The Chung-Li 52MHz VHF radar system had been rebuilt in January 2008. Immediately, during the nighttime of February 5 and 6, we observed the sporadic F（Fs） 3-meter field-aligned irregularities（FAIs） with the new Chung-Li VHF radar station. And this is the first time we get the completely echoes from the F region of ionosphere. In the thesis, we analyzed and investigated the radar spectra and reconstructed the 3-dimension spatial structures of the Fs FAIs by using the interferometry method. Expect to get more understanding about the characteristic of Fs FAIs from the results of this observation. A new expected echoing region of new Radar system was analyzed and modeled by using IGRF-2008 model. According to the result of the new expect echoing region, we can image the echoes of F region come from farer space than E region. And it makes estimating the Interferometer lobe number become more complex. After correcting the phase difference, we can construct the true 3-dimension spatial structures of Fs FAIs. Comparing the true height of the result from spatial structures and the virtual height of the ionogram from the Chungli Ionosphere Station, try to find the correlation between two of them. Analyzing and estimating the size of 3-dimension spatial structures of Fs FAIs fond that the irregularities may be blob type irregularities. On the plot of relation combining spatial structures and Doppler velocity, we fond the irregularities were higher, the Doppler velocity were larger. Estimate the drift velocity of Fs FAIs by using the interferometry 3-dimension spatial structures.
關鍵字(中)	★ F層不規則體 ★ 中壢特高頻雷達	關鍵字(英)	★ F region irregularities ★ the Chung-Li VHF radar
論文目次	第一章 前言 1 1-1 中壢特高頻雷達與預測回波區.......................................................1 1-2 F 層不規則體與散狀F 層...............................................................2 1-3 研究內容..........................................................................................3 第二章 理論 5 第三章 觀測儀器 10 3-1 電離層觀測儀與散狀F 層............................................................10 3-1.1 電離層觀測儀簡介 10 3-1.2 Sprad F 散塊F 層 13 3-2 中壢特高頻雷達與IGRF-2008 模型預測回波區.......................17 3-2.1 中壢特高頻雷達簡介 17 3-2.2 IGRF Model 簡介與預測回波區 28 3-3 雷達干涉理論與回波位置............................................................32 3-3.1 雷達干涉法 32 3-3.2 中壢雷達電離層天線陣列干涉方程式 34 3-3.3 重建目標物位置的三維空間結構 38 第四章 資料處理 41 4-1 雷達參數設.....................................................................................41 4-2 回波訊號處理.................................................................................43 4-2.1 回波訊號之基本處理及程序 43 4-2.2 頻譜圖（Power Spectrum） 46 4-2.3 Moment method 分析回波頻譜 48 4-2.4 高度-時間-功率等值圖（Range-Time-Intensity Plot） 51 4-2.5 互相關頻譜、coherence、相位差、各自的頻譜 54 4-3.6 重建不規則體三維空間結構 56 第五章 觀測結果與討論 58 5-1 2008 年2 月5 日~ 2 月6 日夜間F 層電離層不規則體之特性 58 5-2 與中壢崙坪觀測之電離圖高度比較.............................................60 5-3 配合MOMENT METHOD 的不規則體三維空間結構圖..................62 5-4 不規則體三維結構變化之統計.....................................................66 5-5 團狀型態不規則體之漂移速度....................................................67 第六章 結論與未來展望 71 參考資料 74 附錄一 78
參考文獻	Booker H. G. and H. W. Wells, Scattering of radio wave by the F region ionosphere, J. Geophys. Res., 43, 249-256, 1938 Calvert W. and R. Cohen, The interpretation and synthesis of certain spread-F configurations appearing on equatorial ionograms, J. Geophys. Res., 66, 3125-3140, 1961 Chen W. S., C. C. Lee, J. Y. Liu, F. D. Chu, and B. W. Reinisch, Digisond spread F and GPS phase fluctuation in the equatorial ionosphere during solar maximum, J. Geophys. Res., 111, A12305, doi : 10.1029/2006JA011688 Chu Y. H., S. R. Kuo, and C. Y. Wang, Spectral behavior of VHF backscatter from ionospheric sporadic irregularities equatorial anomaly crest zone, TAO, 8, 301-314, 1996 Chu Y. H., and C. Y. Wang, Interferometry observations of three-dimensional spatial structures of sporadic E irregularities using the Chung-Li VHF radar, Radio Sci., 32, 817-832, 1997 Chu Y. H., and C. Y. Wang, Interferometry investigations of VHF backscatter from plasma irregularity patches in the nighttime E region using the Chung-Li radar, J. Geophys. Res., 104, 2621-2631, 1999 C. Y. Wang, Y. H. Chu, Interferometry investigation of blob-like sporadic E plasma irregularity using the Chung-Li VHF radar, Journal of atmospheric and solar-terrestrial physics, vol. 63, 123-133,2001 Chu Y. H., and C. Y. Wang, Radial velocity and Doppler spectral width of echoes from field-aligned irregularities localized in the sporadic E region, Journal of Geophysical Res. vol. 108, 1282, 2003 Chu Y. H., Effects of along- and cross-radar-beam winds on Doppler radar spectrum, Annales Geophysicae, 23, 681-692, 2005 Chu Y. H., Beam Broadening Effect on Oblique MST Radar Doppler Spectrum, American Meteorological Society, 19, 1955-1967, 2002 Farley, D. T., A plasma instabilities resulting in Field-Aligned irregularities in the ionosphere, J. Geophys. Res., 68, 6083-6097,1963 Farley, D. T., H. M. Ierkie, and B. G. Fejer, Radar Interferometry, J. Geophys. Res., 86, 1467-1472, 1981 Fejer, B. G., and M. C. Kelley, Ionospheric irregularities, Rev. Geophys. Space Phys., 18, 401-454, 1980 Kelly, M. C., and R. A. Heelis, The Earth’s Ionosphere, Plasma Physics and Electrodynamics, Acadenic Press. Inc., San Diego, California, USA, 1989 King G. A., Spread-F on ionogram, J. Atmos. Terr. Phys., 32, 209-211,1970 Piggott, W. R. and K. Rawer, U.R.S.I. Handbook of Ionogram Interpretation and Reduction, World Data Center A for solar-Terrestrial Physics, Report UAG-23A, 1972 Schunk, R. W. and A. F. Nagy, Ionosphere : Physices, Plasma Physics and Chemistry, Cambridge University Press, Cambridge, UK, 2000 Wright J. W., P. E. Argo, and M. L. V. Pitteway, On the radio physics and geo physics of ionogram spread F, Radio Sci, 31m 349-366, 1996 Yamamoto, M., S. Fukao, R. F. Woodman, T. Ogawa, T. Tsuda, and S. Kato, Mid-latitude E-region field-aligned irregularities observed with the MU radar, J. Geophys. Res., 96, 15, 934-15, 949, 1991 Yamamoto, M., N. Komoda, S. Fukao, R. T. Tsunoda, T. Ogawa, and T. Tsuda, Spatial structure of the E-region field-aligned irregularities revealed by the MU radar, Radio Science, 29, 337-347, 1994 S. Saito, M. Yamamoto, and H. Hashiguchi, Imaging observations of nighttime mid-latitude F-region field-aligned irregularities by an MU radar ultra-multi-channel system, Ann. Geophys., 26, 2345-2352, 2008 Zalesak, S. T., and S. L. Ossakow, Non linear equatorial spread F : Spatially large bubbles resulting from large horizontal scale initial perturbations, J. Geophys. Res., 85, 2131-2142, 1980 朱延祥，剖風儀觀測原理與應用，博士論文，國立中央大學太空科學研究所，1994 王建亞，利用中壢VHF雷達進行電離層散塊E 層不規則體之觀測，博士論文，國立中央大學太空科學研究所，1999 楊國鋒，電離層散塊E層型態二不規則體之研究，碩士論文，國立中央大學太空科學研究所，2002 楊國鋒，電離層散塊E層不規則體結構與特性之研究，博士論文，國立中央大學太空科學研究所，2008 鄭倩敏，電離層散塊E層3公尺不規則體凍結效應之研究，碩士論文，國立中央大學太空科學研究所，2006 吳俊賢，利用30MHz雷達進行中壢地區日間場沿不規則體的研究，碩士論文，國立中央大學太空科學研究所，2007 陳瑋陞，南美洲磁赤道地區散狀F層於太陽活動極大期之研究，碩士論文，國立中央大學太空科學研究所，2003 陳瑋陞，電離層探測儀與全球定位系統聯合觀測電離層F層電漿密度不規則體，博士論文，國立中央大學太空科學研究所，2007 呂英賢，中華衛星一號觀測電離層中緯度電漿團之研究，碩士論文，國立中央大學太空科學研究所，2005 賴佩晨，利用中壢特高頻雷達對準週期回波的研究，碩士論文，國立中央大學太空科學研究所，2004
指導教授	朱延祥(Yen-Hsyang Chu)	審核日期	2009-7-16
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