電離層擾動

電離層擾動 圖片來自搜狐網

電離層擾動ionospheric disturbance 電離層結構偏離其常規形態的急劇變化，又稱電離層騷擾。電離源的突變、非平衡態動力學過程、不穩定的磁流動力過程和某些人為因素等，都可引起電離層擾動。它常嚴重影響電離層中無線電波的傳播。

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原理

一種來勢很猛但持續時間不長(一般為幾分鐘至幾小時)的擾動,它僅發生在日照面電離層的 D層。這種擾動由太陽耀斑引起，耀斑區發出的強烈遠紫外輻射和X射線，大約8分鐘後到達地球，使地球向陽面電離層特別是 D層中的電子密度突然增大。這種現象稱為電離層突然騷擾。當發生這種騷擾時，從甚低頻到甚高頻的電波傳播狀態均有急劇變化。例如,由於D層電子密度增大,經過D層傳播的高頻無線電波突然受到強烈吸收，常出現短波通信中斷，稱為短波消失現象。來自天外的宇宙噪聲,由於D層吸收突然增加而強度突然減弱,稱為宇宙噪聲突然吸收。但從D層反射的長波和超長波信號突然變強，相位也發生突變，稱為突然相位異常現象；而接收遠處雷電產生的「天電干擾」的強度也明顯增強，稱為天電突增。甚高頻低電離層散射傳播信號也將增強。此外，耀斑期間，E層和F層底部的電子密度也突然增加，可引起短波頻率突然偏離現象。

電離層暴

持續時間為幾小時至近10天的常與磁暴相伴的強烈電離層擾動。太陽局部擾動除爆發出大量電磁輻射外，有時還輻射出大量帶電粒子流。粒子流到達地球一般要1～2天左右，它們與磁層和高層大氣相互作用,可使正常電離層（特別是F層）狀態遭到破壞,稱為F層騷擾。這種騷擾有負相（臨界頻率下降）、正相（臨界頻率上升）和雙相(臨界頻率有升有降)騷擾之分。騷擾時臨界頻率變化一般大於30%。太陽質子事件或磁層亞暴期間，極區電離層電離激增，會引起急始吸收、極光帶吸收、極蓋吸收和長波相位異常等現象。極光帶吸收是來自太陽擾動區的低能粒子流進入極區上空，使極光帶或者比它略寬的環帶(寬約 6°～15°)內低電離層電離增加而引起碰撞增加，高頻電波被強烈吸收。這時常伴隨出現地磁場擾動和極光現象，在太陽活動峰年過後的兩三年內它的出現最為頻繁。極蓋吸收是太陽擾動或磁層亞暴時所產生的高能粒子沿地球磁力線沉降在極區高層大氣中，使磁緯64°以上的極蓋地區上空電離層D層的電離強烈增大，致使高頻電波被強烈吸收而中斷。它通常在形成太陽質子耀斑後幾十分鐘到幾十小時以後才發生，這時不一定出現地磁場擾動和極光現象。持續時間通常為1～3天，最長可達10天之久，在太陽活動峰年頻繁發生。在磁層亞暴主相期間，與粒子沉降相伴的強電場和電急流，使極區電離層發生極複雜的熱力學擾動、電磁場擾動和磁流動力擾動，並能波及到全球電離層。這種電離層暴的全球形態尚不十分清楚。由於電離層暴對電波傳播有嚴重的影響，不少國家都建立有電離層騷擾預報業務。

行波擾動

暴時極區激發的、向赤道方向以600～700米/秒的速度水平傳播的大氣重力波擾動。周期為半小時至幾小時,東西向水平尺度可達幾千公里,傳播上千公里後波形變化不大。它可發生使F2層偏離正常值20%～30%的擾動，嚴重改變無線電波的傳播環境。

此外，火山噴發、地震、颱風和雷暴可激發中尺度大氣重力波擾動；地面核試驗激發的重力波可影響幾千公里外的電離層；高空核實驗的各種電離輻射，更能顯著地破壞電離層；大功率短波雷達加熱等人工手段和空間飛行的釋放物，也能引起電離層擾動。這些自然因素和人為因素激發的電離層擾動，都是外空環境監測的主要對象。

擴展F層

擴展F層即F區的突發不均勻結構。多數在赤道區和極區出現，在中緯地區比較少見，它會導致電波損耗大量能量。

Es層

Es層(突發E層)即E區的突發不均勻體。其高度多在90km到120km之間的區域，厚度可達幾百米到數公里，水平尺度可達數百米至上百千米，出現的時間不定。電磁波在Es層反射的最大頻率要比E層大，甚至比其餘層都大。

極光

太陽爆發時的帶電高能粒子到達地球後會引起極光現象。極光現象會完全蔽性發射電波致使短波傳輸信道中斷。不過這種現象在中緯地區極少出現。