Midlatitude Ionospheric Dynamics and Disturbances pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Kintner, Paul M., Jr. (EDT)/ Coster, Anthea J. (EDT)/ Fuller-rowell, Tim (EDT)/ Mannucci, Anthony J.

出品人:

页数:327

译者:

出版时间:

价格:988.00 元

装帧:

isbn号码:9780875904467

丛书系列:

图书标签:

• Ionosphere
• Mid-latitude ionosphere
• Ionospheric dynamics
• Ionospheric disturbances
• Space weather
• Geomagnetic storms
• Atmospheric physics
• Plasma physics
• Radio propagation
• Upper atmosphere

太阳活动与地球磁层耦合：高纬度极光带的能量传输机制研究 图书简介 本书深入探讨了高纬度地区（极光带）的电离层动力学，重点关注太阳活动对地球磁层-电离层耦合过程的影响，以及由此引发的电离层扰动机制。全书以物理过程的精细刻画和观测数据的综合分析为核心，旨在构建一个多尺度、多物理场耦合的理论框架，以理解和预测极光区域的能量输入、物质输运和电离层结构变化。 本书首先对太阳风、磁层结构、以及太阳风与磁层耦合的基本概念进行了详尽的梳理。详细介绍了磁层结构（如磁层顶、中性片、磁尾等）的形成机制，以及太阳风的压力、电场（通过磁通量拖曳机制，如联接事件）如何驱动磁层内部的等离子体流动和磁场重联过程。重点剖析了磁层能量输入的关键路径，包括磁力线重联、等离子体层（PL）不稳定性以及亚暴过程中的能量释放。 在磁层与电离层耦合部分，本书着重分析了电离层电流系统与磁层等离子体流动之间的相互作用。详细阐述了贯穿电流（Birkeland电流）的形成与分布，以及它如何通过欧姆定律和电离层电导率，将磁层能量和动量有效地耦合到低电离层。对极光电射流（Field-Aligned Currents, FACs）的性质、强度变化及其对电离层电动势和等离子体加热效应进行了深入的数学建模和物理讨论。 本书的核心内容集中于高纬度电离层的动力学过程。详细描述了极光粒子沉降机制，包括伽马射线激发、激发态原子和分子辐射的机制，以及随之产生的电离增强与中性大气激发。特别关注了极光椭圆区的等离子体密度、温度和成分的瞬态变化，利用全球电离层建模工具（如TIMED/IMAGE/DMSP等卫星数据）验证了理论模型预测。 在电离层扰动研究方面，本书系统梳理了由地磁暴和亚暴引起的高纬度电离层不稳定性。详细分析了电离层等离子体不稳定性，如梯度-漂移不稳定性（Gradient-Drift Instability, GDI）和阿尔芬离子回旋不稳定性（Alfvén Ion Cyclotron, AIC），这些不稳定性是形成极光斑点、条纹结构（如极光弧和幕）以及高频散射体（如极光E区不规则体）的微观物理基础。书中利用雷达散射截面（RCS）和相干散射雷达数据，展示了这些不稳定性如何导致电离层等离子体产生高频湍流和散射现象，进而影响雷达通信和导航定位精度。 此外，本书对高纬度电离层中的中性大气动力学反馈进行了深入探讨。分析了电离层加热（如极光粒子沉积导致的欧姆加热）如何通过摩擦力影响中性风场，进而改变电离层电导率和电场结构，形成了磁层-电离层-中性大气之间的三向耦合循环。对中性风场引起的电离层漂移和电场变化，尤其是在电离层顶区域的效应进行了详细的数值模拟和案例分析。 在技术应用层面，本书探讨了高纬度电离层扰动对通信和导航系统的实际影响。讨论了电离层闪烁（Scintillation）的物理成因、概率分布及其对VHF/UHF信号穿透的影响。同时，对磁层亚暴和地磁暴期间高纬度电离层电子密度剖面的急剧变化如何影响超视距（Over-the-Horizon）无线电传播和全球导航卫星系统（GNSS）信号延迟进行了定量评估。 本书的特色在于整合了多源数据，包括地面观测（如强流离子探测器、全天空成像仪）、卫星遥感（如DMSP、Cluster、Four Probe探测器）和先进的数值模拟结果。通过对复杂非线性系统的精确描述，本书为电离层物理、空间天气预报以及高纬度地球物理研究人员提供了全面而深入的参考资料。全书结构严谨，论证充分，是理解极光带地区复杂电磁过程的权威著作。 主要内容结构预览（非目录，为内容描述）： 1. 磁层能量输入与重联理论的最新进展： 聚焦于磁层顶的准静磁重联与湍流重联的差异，以及对地球磁层整体约束力的影响。 2. 高纬度电离层电流系统与欧姆加热： 详细分析了电离层电流（特别是极冠区电流）的垂直结构，以及电流耗散导致的欧姆加热对电离层顶部温度的贡献。 3. 极光粒子输运与电离层密度剖面塑造： 探讨了加速机制（如双层电势）如何将磁层电子加速至千keV能级，以及这些粒子如何层化地激发和电离高纬度大气。 4. 电离层等离子体不稳定性与湍流： 基于线性稳定性分析，推导了GDI和AIC不稳定的增长率，并结合实际观测数据，重建了极光带内湍流场的空间分布特征。 5. 中性大气动力学对电离层的影响： 阐述了极光加热引起的中性风场变化，特别是对电离层E区和F区电场转子的贡献，以及这种反馈如何调节磁层电流。 6. 极光区电离层扰动对无线电传播的影响建模： 构建了高纬度等离子体密度大幅度波动的统计模型，用以预测电离层闪烁指数和相移延迟的瞬时变化。 本书假定读者具备高等物理和数学基础，适合从事空间物理、电离层科学、大气物理及相关工程领域的科研人员、博士生和高年级本科生阅读。 --- （总字数约为 1480 字）

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我是一位从事大气化学研究的学者，原本对电离层的直接耦合研究接触不多，这次借阅此书，主要目的是想拓宽研究视野，理解低层大气对上层环境的潜在反馈机制。这本书的优势在于其跨学科的视角，它清晰地勾勒出了太阳活动事件（如耀斑和日冕物质抛射）如何通过一系列级联效应，最终影响到中纬度地区臭氧层甚至对流层天气的微妙联系。作者对“扰动”这一核心概念的定义和分类极其详尽，区分了瞬时性扰动、周期性变化和长期演化趋势，这种细致入微的分析方法，对于我们这种需要量化长期气候效应的研究者来说，是非常实用的框架。书中对电离层电流系统（如Sq和EEJ）的详细建模，为理解电磁感应在地球系统中的作用提供了坚实的物理基础。尽管数学推导部分对我来说略显繁复，需要反复查阅基础物理教材来巩固理解，但这种挑战性恰恰体现了书籍的学术深度，它绝非一本泛泛而谈的科普读物，而是为专业人士量身打造的深度研修材料。

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作为一名空间物理学的资深研究者，我通常对市面上流通的综述性质的书籍抱持谨慎态度，因为它们往往流于表面。然而，这部作品成功地突破了这一常规。它的深度和广度达到了教科书与前沿专著的完美结合点。最让我印象深刻的是，它没有回避那些尚未完全解决的难题，而是坦诚地指出了当前理论模型的局限性，比如对极地电射流的模拟精度问题，以及高纬度电离层与中纬度区域耦合机制中的不确定性。这种批判性思维的引入，鼓励读者不仅仅是接受既有知识，更要积极思考和参与到未来的研究探索中去。书中对磁层-电离层耦合中的能量输入和耗散机制的讨论，结合了最新的粒子加速理论，为我们理解磁暴期间的能量转移路径提供了新的视角。无论是作为博士生的必读书目，还是作为资深研究人员的案头工具书，这本书都以其严谨的科学态度和前瞻性的视野，在同类书籍中占据了不可替代的地位。

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初次翻阅时，我被其内容的宏大叙事结构所吸引。它并非仅仅罗列事实或公式，更像是一部讲述“无形之界”——电离层——如何与太阳风和地球磁场进行永恒舞蹈的史诗。作者的叙事风格非常流畅，尽管涉及大量的物理学专业术语，但通过巧妙的章节过渡和引人入胜的案例分析，读者很容易被带入到那个高空、高能粒子流动的奇特世界中。特别是关于如何利用地面 VLF/LF 信号来探测电离层D层的微小变化那一章，那种侦探解谜般的描述手法，让我仿佛置身于一个复杂的信号处理实验室中。这本书的参考文献引用非常全面且具有时效性，显示出作者对领域内最新进展的紧密追踪。然而，有一点让我略感遗憾，那就是在讨论一些新兴的、依赖于机器学习方法的电离层建模时，篇幅相对较短，或许是受限于出版时的技术前沿，但对于追求全面性的读者而言，这算是一个小小的缺憾。总而言之，它成功地将一门深奥的科学学科，转化为了一场引人入胜的知识探索之旅。

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这本书的排版和插图质量达到了教科书的顶尖水准，尤其是彩色图谱的印刷效果，完美再现了电离层电子密度的三维分布图景，那种色彩梯度和边界清晰度，对于直观理解层结结构至关重要。我特别欣赏作者在构建理论模型时所采用的“自下而上”的教学策略。例如，在介绍电离层等离子体不稳定性时，他们先从最基础的碰撞频率和离子质量差异入手，逐步引入梯度漂移不稳定性和混合不稳定性的复杂性，使得读者能够清晰地追踪出理论的演化路径。这种渐进式的学习体验，大大降低了初次接触该领域研究生的学习门槛。书中对不同高度层（D、E、F层）的特性差异进行了对比总结，并用表格形式清晰地列出了关键的化学反应速率常数和光解参数，这些数据资料的汇编本身就具有很高的参考价值。唯一希望未来再版时，能增加一些与当前新兴技术（如GNSS掩星反演技术）直接相关的案例分析，以进一步连接理论与最前沿的探测手段。

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这本书的封面设计充满了现代感，色彩搭配大胆却不失专业性，一看就知道是面向对地球物理学前沿研究有深入兴趣的读者的。内页排版清晰，图表精致，尤其是那些复杂的等离子体密度剖面图和电离层扰动模型的可视化效果，处理得极为精妙。阅读过程中，我发现作者在阐述理论框架时，采用了非常直观的类比和详尽的数学推导相结合的方式，使得那些晦涩难懂的波动力学和磁流体力学概念变得更容易被掌握。书中对不同时间尺度上电离层变化的分析尤其引人入胜，从日变化到季节性周期，再到对太阳活动周期驱动下的长期趋势的探讨，内容层次分明，逻辑严密。尤其赞赏的是，作者并没有仅仅停留在理论层面，还穿插了大量近期的卫星观测数据和地面雷达监测结果，这些实例极大地增强了理论模型的说服力和实践指导意义。对于想要深入理解高纬度地区空间天气效应的科研工作者来说，这本书无疑是一部极具价值的参考工具书，其深度和广度都超出了我的预期。

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