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研究生： 蔡政廷
Cheng-ting Tsai
論文名稱： 分析中壢地區電離層散塊E層3公尺不規則體之動力行為
Investigations of Dynamic Behavior of 3-meter sporadic E irregularities using the Chung-Li VHF Radar
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： 90
中文關鍵詞： 不規則體 、雷達干涉法 、中壢特高頻雷達
外文關鍵詞： Interferometry, Chung-Li VHF Radar, irregularities
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    • 本次實驗利用中壢52 MHz 雷達觀測三公尺場沿不規則體，時間分別為2008 年2 月5 日、2008 年2 月6 日以及2008 年8 月19 日。利用雷達干涉法定位結果，重建散塊不規則體三度空間結構後發現這三天的不規則出現高度範圍大部分都在約為95 至105 公里之處，少部分分佈在110 至130 公里。配合頻譜分析結合動差法計算出不規則體之平均都卜勒速度、頻寬以及總功率，對不規則體的特性做完整的分析。觀測資料顯示，長時間的平均都卜勒速度有類似波動的擾動現象，透過不同高度層上的互相關分析，發現造成類似波動的現象並非有波動傳遞。並且發現不規則體在同一時間的不同高度層會產生不同類型之三公尺不規則體，且不規則體會隨著時間向下移動與中界層結構有類似之情形。因此本篇論文利用平均都卜勒速度隨著不同時間以及高度上的分佈，來研究形成中緯度地區散塊E 層不規則體之動力行為。

    With employing 52 MHz Chung-Li VHF radar, the 3-meter field-aligned irregularity (FAI) echoes are observed on Feb.5, Feb.6, and Aug.19,2008. The use of Interferometry technique to reconstruct spatial distribution of sporadic E irregularity echoes shows that most of 3-meter irregularities are occurred in the height range from 95 km to 105 km, but some of them are between 110 km to 130 km. With the moment method we calculate the total power, mean Doppler velocity and spectral width from observed Doppler spectra, which help us to realize the properties of irregularity. From the height-time distribution of the mean Doppler velocity, we observe quasi-wave modulation phenomenon. However, cross-correlation analysis shows that there is no phase shift between the modulations in different heights. We also find that the 3-meter irregularities are descending with the time, which are similar to the Intermediate and Descending Layer (IDL). The dynamic behaviors of the 3-meter field-aligned irregularities are also discussed in this thesis.

    第一章 前言.......................................... 1 1.1 研究內容........................................... 1 1.2 中壢VHF 雷達介紹................................... 2 第二章 理論基礎..................................... 7 2.1 電離層散塊E 層（SPORADIC E） ......................... 7 2.2 雙流不穩定與梯度飄移不穩定理論..................... 9 2.3 小尺度不規則體產生機制............................ 12 第三章 雷達干涉法及公式.......................... 15 3.1 雷達干涉法理論.................................... 15 3.2 中壢52MHZ 雷達陣列方程式.......................... 18 3.3 回波位置計算...................................... 23 3.4 IGRF 模型預測回波區及系統初始相位校正.............. 25 3.4.1 國際地磁參考場介紹.......................... 25 3.4.2 由IGRF 模型預測中壢雷達電離層天線回波區域與相位校正 ............................................ 26 第四章 不規則體回波特性....................... 35 4.1 雷達參數設定...................................... 35 4.2 回波訊號處理...................................... 37 4.2.1 頻譜圖（POWER SPECTRUM）....................... 40 4.2.2 計算頻譜特性（MOMENT METHOD）.................. 40 4.2.3 高度-時間-功率等值圖（RANGE-TIME-INTENSITY PLOT） 42 4.2.4 互相關頻譜、COHERENCE、相位差................. 44 4.3 定位不規則體三維空間結構.......................... 50 第五章 觀測結果與討論............................. 52 5.1 平均都卜勒速度隨時間變化情形...................52 5.1.1 高度上不分層................................ 52 5.1.2 分層高度上的都卜勒速度...................... 59 5.2 平均都卜勒速度與頻譜寬之比較.......................64 5.3 不規則體高度與平均都卜勒速度之比較.................70 5.4 不規則體高度上的變化...............................77 第六章 結論與未來展望............................. 86 6.1 結論.............................................. 86 6.2 未來展望.......................................... 88 參考文獻………………………………………………………… 89

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