电离层

大气层里部分电离的区域
电离层(Ionosphere),地球大气的重要组成,[1][2]是指受太阳高能辐射以及宇宙线的影响而电离的大气区域。[1]其范围约60~1000km,涵盖了热层、部分中间层逃逸层区域。[3]
地球高层大气中的中性分子和原子太阳辐射(特别是远紫外线和X射线)以及高能粒子流的影响下发生电离,形成了电离层。[1]电离层中含有自由电子、正负离子以及中性分子和原子。[4]太阳的电离辐射[5]、地磁暴[6][7]、电离层与热层之间的相互作用[8]以及电离层内部的电离、复合和带电粒子的输运过程等共同影响着电离层的形成和分布。[9]电离层的主要特征参量包括电子密度、电子温度、碰撞频率、离子密度、离子温度和离子成分等。[4]其中,离子密度影响电离层的形成和分层[4][10],离子温度对于揭示电离层的热状态和动态行为有着关键作用。[11]电离层内部可以划分为D层、E层、F层和上电离层四部分,每个区域有不同的特点和电子密度变化,且内部结构受到多个因素的影响,包括特征参量、太阳辐射强度等。[1]
电离层的存在有着十分重要的意义,可以保护地球生态环境,使其免受太阳和宇宙空间中的有害射线的伤害;[12]能够反射电波实现远距离无线通信;[13]还可以利用电离层对全球导航卫星系统(GNSS)信号的影响,探测大气的基本气象参数,为气候监测和研究提供重要数据。[14]因此,电离层的变化能够影响人类行为并对交通、国际贸易、军事等关键部门产生显著影响。[15]同时,电离层也会受到各种因素影响出现各类异常现象,如地震-电离层异常[16]伽马射线扰动异常[17]等。除地球外,金星火星木星都有电离层。[18]

定义及范围

电离层是指地球大气中一个部分电离的区域,高度范围约为60~1000km,其中含有足够多的自由电子,它们显著地影响着无线电波的传播。地球电离层与磁层、低层中性大气(平流层及对流层)以及地球表面和内部构成地球空间,而地球空间、行星际空间、太阳及太阳大气又构成日地空间,这是人类赖以生存的空间环境。[1]