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第l2卷 第 i期 空 间 科 学 学 报 Voi．12，No．1 1992年 1月 CHINESE J0URNAL 0F SPACE $CIENCE Jan．．1992 非线性大气重力波产生的 行进电离层扰动 董塑垫 童——盟 (中国科学院武汉物理研究所) 摘 要 本文导出了大气重力波的非线硅方程，研究了重力波的非线性性质．利用等离子体的连 续佳方程，计算了电离层对重力波的非线性响应，讨论了非线性电离层扰动 (TID)的形态．结 果表明，非线性敷应使 TID表现为多种不规则形态． 关键词在重直兹，里，哇垄皇塑量醒 ，非线性效应 ^ 一 、 引 言 当大气重力波通过电离层传播时，引起带电粒子的密度扰动，称之为行进电离层扰动 (TravellingIonospherlcDisturbances，简称 TID)． 以前 的 TID 理论 “】，仅讨论了电 ． 离层对线性重力波的线性响应 ，将 TID．描述成一种余弦型扰动 ，我们将其称为线性 TID 理论．然而，大量的观测结果表 明，TID 具有多种不规则形态，这是线性理论所不能解释 的，意味着非线性过程起了重要作用 “一．因而 ，有必要发展非线性 TID 理论． 本文研究 TID 的非线性性质．首先 ，导出大气重力波的非线性方程 ，分折 由于非线 性相互作用所产生的谐波．然后，利用等离子体的连续性方程，讨论电离层对重力波的非 线性响应．本文的结果表明，非线性效应导致 TID 波形的严重畸变 ，使 TID 严重偏离 线性理论所预示韵余弦型结构 ． 二、非线性大气重力波 大气重力波是 由运动方程、连续性方程和绝热方程决定的 ： 一 (鲁+ V·)一一+ ， (1) (鲁+一·甲)一—一 (2) ● f、--0~-+’v·)(pp-)，一o．‘ (3) 本文于 1990年 5月 14日收到 ’ 国家 自拣科学基盎资助课疆 ． 空 间 科 学 学 报 其中，口是大气的速度，p和 p分别是压力和质量密度， 是绝热指数，g 是重力加速度 ． 先在二维情况下分析重力波的性质．取 沿水平方向， 沿垂直方向向上 ，有 口一 ¨ + eI． (4) 大气重力波的水平相速度 C．一 ， 一般比声速 C 低得多，我们利用近似，有 rp等p／一鲁C：《．· ∞ 设大气的平衡分布为一 一 *唧 (一言)，— 唧(一言)． () 出现扰动时 ，记 一 -I- ，p— P．-I- ， (7) 其中， 和 分别是压力扰动和密度扰动．我们将不考虑背景风场的影响，口一 口，为 扰动速度．从