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研究生： 林廷翰
Ting-Han Lin
論文名稱： 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
指導教授： 朱延祥
Yen-Hsyang Chu
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 地球科學學院 - 太空科學研究所
Graduate Institute of Space Science
畢業學年度： 97
語文別： 中文
論文頁數： 73
中文關鍵詞： 重力波 、場沿不規則體 、特高頻雷達 、雷達干涉法 、中性風場 、電離層散塊E層
外文關鍵詞： Neutral wind, Gravity wave, Interferometry, VHF Radar, Field-aligned irregularities, Ionosphere sporadic E layer
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    • 新中壢特高頻雷達站52MHz電離層天線陣列於2008年1月完成天線的更新，隨即於1月底至2月初收到電離層公尺級場沿不規則體的回波。本文利用2008年2月7~8日、10月5~6日、10月8~9日三段時間的散塊E層公尺級場沿不規則體回波，針對其空間變化、時間變化、回波特性變化做定性或定量的分析。其中，發現不規則體回波的平均都卜勒速度隨時間的大小變化，有類似波狀的結構，並隨高度的增加產生一時間提前，計算出其相速度約1.25m/s向下傳播，其成因可能為重力波所造成；經由雷達干涉法將不規則體的trace velocity隨時間的變化求出後，發現與不規則體回波的平均都卜勒速度隨時間變化互為反相，文中對此一現象將提出解釋；另一方面，由不規則體回波的平均都卜勒速度隨高度的變化發現，在某些時間有明顯的速度切變結構，可藉此推測回波區域的局部性中性風切變化，最後，由平均都卜勒速度垂直切變的大小和回波頻譜寬、回波強度的相關性，推測中性風場對散塊E層特性的影響。

    The ionospheric antenna array of Chung-Li 52MHz VHF radar station was rebuilt in January 2008. We observed sporadic E (Es) 3-meter field-aligned irregularities (FAI) with this array after phase calibrated in February 2008. In this thesis, we estimated the spatial structures of the echo patterns and temporal variation of mean Doppler velocity of night-time Es FAI. The results show that there were wave-like modulations in the temporal variation of FAI mean Doppler velocity with a downward phase velocity of about 1.25 m/s. We also found that the temporal variation of mean Doppler velocity of FAI is roughly 180° out of phase with the temporal variation of trace velocity of FAI layer structures. From data analysis, we speculated that the FAI mean Doppler velocity vertical shear was very likely to attribute to the vertical shear of neutral wind. The relation between neutral wind shear and generation mechanism of FAI was discussed by comparing the vertical shear of mean Doppler velocity with averaged spectral width and averaged echo power.

    摘要 i Abstract ii 致謝 iii 目錄 iv 圖目錄 vi 表目錄 viii 第一章 前言 1 1.1 研究動機 1 1.2 中壢VHF雷達系統概述 1 1.2.1 中壢特高頻雷達簡史 1 1.2.2 中壢特高頻雷達52MHz電離層天線陣列規格及特性 3 第二章 理論基礎 8 2.1 中緯度地區電離層散塊E層產生原因及特性 8 2.2 散塊E層公尺級自由電子密度不規則體產生機制 8 2.2.1 雙流不穩定機制 9 2.2.2 梯度漂移不穩定機制 12 2.3 利用雷達干涉法對散塊E層公尺級不規則體進行定位 13 2.3.1 雷達干涉法理論 13 2.3.2 中壢VHF雷達電離層陣列干涉方程式 15 2.3.3 反演散塊E層公尺級不規則體的三維結構 18 第三章 由國際地磁場參考模型得到中壢VHF雷達電離層預測回波區 20 3.1 國際地磁場參考模型(IGRF)簡介 20 3.2 中壢VHF雷達之預測回波區特性 20 3.3 利用IGRF預測雷達回波區進行回波訊號之相位校正 24 第四章 資料取得與處理 29 4.1 雷達參數設定 29 4.2 雷達觀測特性 30 4.3 回波訊號初步處理 30 4.3.1 回波頻譜圖 31 4.3.2 利用Moment Method分析回波頻譜圖特性 32 4.3.3 距離-時間-回波功率等值圖 33 4.4 互頻譜，相關係數頻譜，相位差頻譜 34 4.5 不規則體的三度空間結構圖 37 第五章 中緯度電離層散塊E層 公尺級不規則體動力行為分析 39 5.1 不規則體分佈平均位置隨時間的變化 39 5.2 不規則體平均都卜勒速度隨時間的變化 43 5.2.1 在高度上不分層 44 5.2.2 在高度上分層 48 5.3 由不規則體回波都卜勒速度變化討論重力波的傳播 51 5.4 不規則體平均都卜勒速度隨高度變化的比較 57 5.5 不規則體平均都卜勒速度隨高度變化的程度、回波頻譜寬、回波強度的比較 63 第六章 結論與未來展望 69 6.1 結論 69 6.2 未來展望 70 參考文獻 72

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