地球电离层可大致分为高中低纬度三个区域，由于地磁纬度的不同其特征也有很大的不同，其中对中纬电离层的探测和理解最为全面。由于特殊的地磁场条件，高纬电离层比中低纬区域更加复杂。本书从电离层基本原理、无线电传播基础和电离层探测技术的基本原理出发，对影响高纬电离层及其本身的地球物理现象、特性和形成机制进行了详细分析和介绍，并对高纬电离层无线电波传播的基本原理、实验、建模和预测等进行了详细论述。本书可使国内有志于从事或对电离层、电离层探测感兴趣的科研人员、工程师、研究所及本科生对高纬电离层特有的物理现象及其对电波传播的影响进行系统全面的了解。

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军口863项目，军科委163计划课题负责人

目录
译者序
原书前言
第 1 章 电离层基本原理 1
1.1 引言 1
1.1.1 电离层与电波传播 1
1.1.2 高纬电离层特征 2
1.2 大气的垂直结构 3
1.2.1 命名 (术语) 3
1.2.2 大气流体静力学平衡 4
1.2.3 逸散层 5
1.2.4 中性大气的温度剖面 6
1.2.5 成分 8
1.3 高层大气物理 10
1.3.1 引言 10
1.3.2 Chapman 函数 12
1.3.3 化学复合原理 14
1.3.4 垂直输运 16
1.4 电离层的主要层 18
1.4.1 引言 18
1.4.2 E 层和 F1 层 20
1.4.3 D 层 25
1.4.4 F2 层和质子层 30
1.4.5 F2 层异常 32
1.4.6 太阳黑子周期的影响 36
1.4.7 F 层电离层暴 37
1.5 电离层电导率 39
1.5.1 引言 39
1.5.2 无磁场时的电导率 39
1.5.3 磁场的影响 39
1.5.4 电导率的高度变化 40
1.5.5 电流 42
1.6 声重力波和电离层行扰 42
1.6.1 引言 42
1.6.2 理论 43
1.6.3 电离层行扰 46
1.6.4 文献 46
1.7 参考文献 47
第 2 章 影响高纬电离层的地球物理现象 51
2.1 引言 51
2.2 磁层 51
2.2.1 地磁场 51
2.2.2 太阳风 52
2.2.3 磁层顶 58
2.2.4 磁鞘和激波 60
2.2.5 极隙 61
2.2.6 磁尾 61
2.3 磁层中的粒子 61
2.3.1 主要粒子群 61
2.3.2 等离子体层 62
2.3.3 等离子体片 65
2.3.4 俘获离子 66
2.3.5 环电流 69
2.3.6 Birkeland 电流 70
2.4 磁层动力学 71
2.4.1 环流型 71
2.4.2 场合并 74
2.4.3 磁层电场 75
2.4.4 等离子体层动力学 76
2.5 磁暴 77
2.5.1 引言 77
2.5.2 经典的磁暴与 Dst 指数 77
2.5.3 高纬磁湾扰；极光带电集流 77
2.5.4 磁指数 79
2.5.5 大磁暴和一个案例 83
2.5.6 磁层波现象 85
2.6 高能粒子电离 86
2.6.1 电子 87
2.6.2 轫致辐射 X 射线 87
2.6.3 质子 88
2.7 参考文献 90
第 3 章 无线电传播基础 95
3.1 引言 95
3.2 电磁辐射 95
3.2.1 真空中的视距传播基础 95
3.2.2 雷达原理 97
3.2.3 折射率的意义 99
3.2.4 无线电波与物质的相互作用 101
3.3 中性大气中的传播 102
3.3.1 中性大气的折射 102
3.3.2 地形影响 105
3.3.3 噪声与干扰 107
3.4 电离层传播 115
3.4.1 磁离子理论 115
3.4.2 无线电波电离层反射 118
3.4.3 斜入射与垂直入射的关系 120
3.4.4 穿越电离层传播 122
3.4.5 无线电闪烁原理 125
3.4.6 包括陡峭边界反射和全波解的传播 133
3.4.7 哨声 138
3.5 电离层散射 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 传播预测程序 144
3.7 总结 145
3.8 参考文献 146
第 4 章 电离层探测技术 151
4.1 引言 151
4.2 地基系统 151
4.2.1 电离层测高仪 151
4.2.2 相干斜向无线电探测系统 156
4.2.3 非相干散射雷达 168
4.2.4 D 层吸收测量 170
4.2.5 HF 发射改变电离层 175
4.3 天基系统 178
4.3.1 地球卫星和无线电火箭探测的历史 178
4.3.2 无线电信标实验的工作原理和当前部署 178
4.3.3 顶部 (电离层) 探测器 179
4.3.4 卫星和火箭的原位技术 179
4.3.5 能力和局限 180
4.4 其他技术 181
4.4.1 HF 阵列接收机和多普勒系统 181
4.4.2 HF 多普勒技术 182
4.4.3 电离层成像 182
4.5 总结 182
4.6 参考文献 183
第 5 章 高纬 F 层和槽 189
5.1 高纬 F 层环流 189
5.1.1 引言 189
5.1.2 环流模式 189
5.2 高纬 F 层的状态 195
5.2.1 极盖 F 层 195
5.2.2 极隙效应 198
5.2.3 极风 198
5.2.4 极光卵形环内和附近的 F 层 201
5.3 高纬 F 层不规则体 203
5.3.1 引言 203
5.3.2 增强：补片和斑块 203
5.3.3 不规则体产生的闪烁 208
5.4 主槽 216
5.4.1 引言 216
5.4.2 主槽的观测特性和状态 217
5.4.3 槽的极向边缘 223
5.4.4 单个槽运动 224
5.4.5 机制和模型 227
5.5 高纬槽和洞 228
5.6 总结和启示 231
5.7 参考文献 232
第 6 章 极光、亚暴和 E 层 237
6.1 引言 237
6.2 环带发生 237
6.2.1 极光带和极光卵形环 237
6.2.2 极光卵形环模型 240
6.3 极光现象 246
6.3.1 发光极光 246
6.3.2 发光极光的分布和强度 246
6.3.3 极光光谱学 250
6.3.4 电离层效应 252
6.3.5 外沉降区 253
6.4 亚暴 256
6.4.1 历史 256
6.4.2 极光亚暴 256
6.4.3 亚暴的电离层特征 260
6.4.4 亚暴电流 260
6.4.5 磁层亚暴 263
6.4.6 IMF 的影响和亚暴触发问题 267
6.4.7 暴与亚暴的关系 268
6.5 高纬 E 层 269
6.5.1 引言 269
6.5.2 极区 E 层 269
6.5.3 平静条件下的极光 E 层 269
6.5.4 扰动的极光 E 层 269
6.5.5 极光雷达 273
6.5.6 极光次声波 275
6.5.7 声重力波的产生 276
6.6 总结和启示 277
6.7 参考文献 278
第 7 章 高纬 D 层 283
7.1 引言 283
7.2 极光电波吸收 284
7.2.1 引言——历史和观测技术 284
7.2.2 典型的极光吸收事件及其时空特性 285
7.2.3 时空统计特性 294
7.2.4 动力学 297
7.2.5 与地球物理活动的关系和极光吸收的预测 306
7.2.6 极光吸收事件更广泛的地球物理意义 312
7.3 极盖事件 321
7.3.1 引言 321
7.3.2 PCA 事件特性 322
7.3.3 太阳耀斑和无线电辐射的关系 327
7.3.4 质子到达地球过程中产生的影响 328
7.3.5 不均匀性及午间恢复 333
7.3.6 对地面大气的影响 335
7.4 相干散射和夏季中层回波 341
7.5 总结和启示 344
7.6 参考文献 345
第 8 章 高纬电离层电波传播：第一部分——基本原理和实验结果 351
8.1 引言 351
8.2 ELF 和 VLF 电波传播 353
8.3 低频和中频传播 361
8.4 高频传播 367
8.4.1 Alaska 和 Scandinavia 之间的定频试验 367
8.4.2 阿拉斯加和美国大陆间的传播测试 372
8.4.3 其他跨极 HF 定频实验 375
8.4.4 College-Kiruna 定频吸收研究 385
8.4.5 极光带吸收事件对 HF 传播的影响 388
8.4.6 扫频实验 388
8.4.7 1956 ～ 1969 年 HF 高纬研究的其他结果 393
8.4.8 HF 高纬度传播路径的多普勒效应和衰落效应 405
8.5 VHF/UHF 传播和微波传播 433
8.6 总结 434
8.7 参考文献 435
第 9 章 高纬无线电传播：第二部分——建模、预测和干扰因素缓解技术 440
9.1 引言 440
9.2 电离层射线追踪、建模和传播预测 440
9.2.1 电离层射线追踪 440
9.2.2 准确高纬模型 442
9.2.3 电离层模型的验证 444
9.2.4 高纬 ELF-HF 预报性能 445
9.2.5 利用高频传播数据对选定的电离层预测模型的最新验证 450
9.3 VHF/UHF 传播预测 460
9.4 电离层模型验证的最新进展 460
9.5 高频传播扰动减缓 463
9.5.1 早期尝试 463
9.5.2 利用日地数据减缓 464
9.5.3 自适应 HF 技术 465
9.5.4 实时信道评估 471
9.5.5 HF 高纬传播信道评估最新进展 474
9.6 其他高纬传播现象和评价 478
9.6.1 HF 高纬路径上的大方位误差 478
9.6.2 亚暴对极光和亚极光区 HF 路径的影响 479
9.6.3 利用 GPS/TEC 数据研究 HF 极光传播 481
9.6.4 使用多频的高纬高频调制的性能 483
9.7 总结和讨论 489
9.8 参考文献 489
附录 相关书籍 495