Nghiên cứu các nguyên nhân gây biến thiên hàng ngày đối với sự phát triển của spread f xích đạo

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
_______________________

Nguyễn Thu Trang

NGHIÊN CỨU CÁC NGUYÊN NHÂN
GÂY BIẾN THIÊN HÀNG NGÀY ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN CỦA
SPREAD F XÍCH ĐẠO

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

Hà Nội - 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
_______________________

Nguyễn Thu Trang

NGHIÊN CỨU CÁC NGUYÊN NHÂN
GÂY BIẾN THIÊN HÀNG NGÀY ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN CỦA
SPREAD F XÍCH ĐẠO

Chuyên ngành: Vật lý địa cầu
Mã số: 62440101

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. TS. LÊ HUY MINH
2. TS. ROLAND TAKUYA TSUNODA

Hà Nội – 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả, số liệu nêu
trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình
nào khác.

Tác giả luận án

Nguyễn Thu Trang


LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu sinh chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các Thầy hướng dẫn, TS.
Lê Huy Minh và TS. Roland Takuya Tsunoda, đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt
kiến thức và kỹ năng chuyên môn, nghề nghiệp trong toàn bộ khóa học và những
khi nghiên cứu sinh gặp khó khăn, cần sự trợ giúp.
Nghiên cứu sinh cũng xin tỏ lòng biết ơn Quý Thầy Cô trong Bộ môn Vật lý Địa
cầu và Khoa vật lý đã nhiệt tình giảng dạy và động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện
tốt nhất cho nghiên cứu sinh trong toàn bộ khóa học. Sự cảm ơn chân thành cũng
xin được gửi đến Quý Thầy Cô, anh, chị đang công tác tại các Phòng – Ban chức
năng khác đã nhiệt tình giúp đỡ và hỗ trợ nghiên cứu sinh trong một số vấn đề liên
quan đến khóa học.
Nghiên cứu sinh cảm ơn Ban lãnh đạo và bạn bè, đồng nghiệp tại Viện Vật lý TP.
HCM, Viện Vật lý địa cầu đã luôn bên cạnh cổ vũ, trợ giúp chuyên môn, tạo điều
kiện và động viên nghiên cứu sinh vượt qua các khó khăn trong quá trình học tập,

công tác.
Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn sự hỗ trợ chuyên môn và cổ vũ tinh thần của
Quý Thầy Cô, bạn bè, đồng nghiệp tại các cơ quan khác qua trao đổi học thuật, số
liệu, tài liệu và các thảo luận hữu ích.
Nghiên cứu sinh tri ân sự cung cấp số liệu và hỗ trợ chương trình xử lý miễn phí
từ các tổ chức, website và dự án, chương trình hợp tác và đồng nghiệp cho toàn bộ
quá trình nghiên cứu trong luận án.
Nghiên cứu sinh biết ơn gia đình, người thân và những người bạn đã luôn tin
tưởng và cổ vũ cho sự lựa chọn của nghiên cứu sinh trong công việc và cuộc sống.
Hà Nội, tháng 6 năm 2016
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Thu Trang


MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN LY VÙNG XÍCH ĐẠO VÀ SPREAD F
1.1. Điện ly vùng xích đạo .......................................................................................... 5
1.1.1. Tầng điện ly Trái Đất ...................................................................................... 5
1.1.2. Điện động lực học plasma điện ly xích đạo .................................................... 7
1.1.2.1. Đặc tính chuyển động của plasma điện ly ................................................. 7
1.1.2.2. Dòng điện xích đạo và dynamo lớp E...................................................... 11
1.1.2.3. Dynamo lớp F khu vực xích đạo vào ban đêm ........................................ 12

1.2. Spread F xích đạo............................................................................................... 13
1.2.1. Spread F xích đạo và quan trắc spread F xích đạo ....................................... 13
1.2.2. Sự hình thành và phát triển spread F ............................................................ 16
1.3. Hai nguyên nhân gây biến thiên hàng ngày của sự xuất hiện spread F ............. 18
1.3.1. Sự nâng lên sau hoàng hôn (PSSR) của lớp F .............................................. 18
1.3.1.1. Cơ chế khả dĩ gây ra sự nâng lên sau hoàng hôn của lớp F .................... 18
1.3.1.2. Tính chất của sự nâng lên sau hoàng hôn của lớp F ................................ 19
1.3.1.3. Nghiên cứu mối quan hệ giữa sự nâng lên sau hoàng hôn của lớp F và
spread F ..................................................................................................................... 21
1.3.2. Nguồn kích thích - cấu trúc dạng sóng quy mô lớn ...................................... 23
1.3.2.1. Cơ chế gây ra cấu trúc dạng sóng quy mô lớn......................................... 23
1.3.2.2. Đặc tính của cấu trúc dạng sóng quy mô lớn........................................... 25
1.3.3. Cơ chế điều khiển xuất hiện hàng ngày của spread F................................... 25


1.3.3.1. Sự kết hợp giữa sự nâng lên sau hoàng hôn của lớp F và cấu trúc dạng
sóng quy mô lớn ........................................................................................................ 25
1.3.3.2. Ảnh hưởng từ hoạt động của sóng trọng lực và triều trong khí quyển Trái Đất .. 27
1.4. Các phương pháp thăm dò khí quyển - điện ly sử dụng trong luận án .............. 28
1.4.1. Thăm dò thẳng đứng ..................................................................................... 28
1.4.1.1. Nguyên lý ................................................................................................. 29
1.4.1.2. Spread F trên điện ly đồ........................................................................... 29
1.4.1.3. Dấu hiệu điện ly đồ của cấu trúc dạng sóng quy mô lớn ......................... 30
1.4.2. Tính toán nồng độ điện tử tổng cộng (TEC) từ vệ tinh C/NOFS ................. 31
1.4.2.1. Nguyên lý ................................................................................................. 31
1.4.2.2. Cấu trúc dạng sóng quy mô lớn từ TEC .................................................. 32
1.4.3. Đo bức xạ sóng dài (OLR) phát ra từ Trái Đất ............................................. 33
1.4.3.1. Nguyên lý ................................................................................................. 33
1.4.3.2. Bản đồ tổng bức xạ sóng dài phát ra từ Trái Đất ..................................... 34
1.5. Các thông tin sử dụng trong luận án .................................................................. 35

1.5.1. Thông tin về độ hoạt động Mặt Trời ............................................................. 35
1.5.2. Thông tin về độ hoạt động bão từ toàn cầu................................................... 35
1.5.3. Tính toán các thời điểm hoàng hôn lớp E và lớp F ...................................... 36
1.5.4. Tính toán thời điểm xảy ra hoàng hôn lớp E tại hai vùng liên kết ............... 36
1.5.5. Thông tin trích lọc cho hoạt động spread F .................................................. 39
1.5.5.1. Thông tin từ các công trình đã công bố ................................................... 39
1.5.5.2. Thông tin từ điện ly đồ ............................................................................ 43
1.5.6. Thông tin trích lọc cho hoạt động nâng lên sau hoàng hôn của lớp F ......... 44
1.5.6.1. Thông tin từ các công trình đã công bố ................................................... 44
1.5.6.2. Thông tin từ mô hình ............................................................................... 45
1.5.6.3. Thông tin từ điện ly đồ ............................................................................ 46
1.5.7. Thông tin về gió trung hòa ............................................................................ 46
1.5.8. Thông tin về hoạt động đối lưu ..................................................................... 47


CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC DẠNG SÓNG QUY MÔ LỚN TỪ ĐIỆN LY ĐỒ
VÀ VAI TRÒ CỦA NÓ ĐỐI VỚI SPREAD F
2.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 48
2.1.1. Tồn tại của các nghiên cứu trước đây ........................................................... 48
2.1.2. Hướng giải quyết trong luận án .................................................................... 48
2.1.3. Khu vực và số liệu nghiên cứu...................................................................... 49
2.2. Kết quả và thảo luận ........................................................................................... 51
2.2.1. Vết phản xạ nhiều lần - dấu hiệu điện ly đồ của cấu trúc dạng sóng quy mô
lớn .............................................................................................................................. 51
2.2.1.1. Đặc tính của tầng điện ly đêm 24/04/2011 .............................................. 51
2.2.1.2. Tính chất của vết phản xạ nhiều lần ........................................................ 53
2.2.1.3. Tính chất của biến thiên nồng độ điện tử tổng cộng................................ 56
2.2.2. Vai trò của cấu trúc dạng sóng quy mô lớn với spread F ............................. 61
2.2.2.1. Mối quan hệ cấu trúc dạng sóng quy mô lớn – spread F ......................... 61
2.2.2.2. Tính chất của cấu trúc dạng sóng quy mô lớn ......................................... 63

2.3. Kết luận .............................................................................................................. 68
CHƯƠNG 3: VAI TRÒ CỦA SỰ NÂNG LÊN SAU HOÀNG HÔN CỦA LỚP
F VÀ CẤU TRÚC DẠNG SÓNG QUY MÔ LỚN VỚI SPREAD F
3.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 69
3.1.1. Tồn tại của các nghiên cứu trước đây ........................................................... 69
3.1.2. Hướng giải quyết trong luận án .................................................................... 69
3.1.3. Khu vực và số liệu nghiên cứu, tài liệu trích lọc .......................................... 70
3.2. Kết quả và thảo luận ........................................................................................... 71
3.2.1. Kết quả quan trắc spread F ........................................................................... 71
3.2.1.1. Spread F từ thăm dò vệ tinh .................................................................... 71
3.2.1.2. Spread F từ thăm dò thẳng đứng ............................................................. 81
3.2.2. Kết quả quan trắc sự nâng lên sau hoàng hôn của lớp F .............................. 82
3.2.2.1. Kết quả về sự nâng lên sau hoàng hôn của lớp F từ thăm dò vệ tinh ...... 82
3.2.2.2. Kết quả tính vận tốc nâng lên cực đại từ mô hình Scherliess-Fejer ........ 84


3.2.2.3. Kết quả về sự nâng lên sau hoàng hôn của lớp F từ thăm dò thẳng đứng
............................................................................................................................... 85
3.2.3. Sự nâng lên sau hoàng hôn của lớp F và spread F ....................................... 87
3.2.4. Kết quả nghiên cứu cấu trúc dạng sóng quy mô lớn..................................... 89
3.2.4.1. Đặc điểm biến thiên mùa của vết phản xạ nhiều lần ............................... 89
3.2.4.2. Phân bố theo thời gian của sự xuất hiện vết phản xạ nhiều lần .............. 91
3.2.4.3. Vùng hoạt động đối lưu và vết phản xạ nhiều lần ................................... 93
3.2.5. Thảo luận....................................................................................................... 94
3.2.5.1. Các kết quả chính..................................................................................... 94
3.2.5.2. Giả thiết kiến nghị.................................................................................... 96
3.3. Kết luận ............................................................................................................ 102
CHƯƠNG 4: CẤU TRÚC BONG BÓNG PLASMA XÍCH ĐẠO QUAN TRẮC
TẠI VIỆT NAM
4.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................ 104

4.1.1. Tồn tại của các nghiên cứu trước đây ......................................................... 104
4.1.2. Hướng giải quyết trong luận án .................................................................. 104
4.1.3. Khu vực và số liệu nghiên cứu................................................................... 105
4.2. Kết quả và thảo luận ......................................................................................... 106
4.2.1. Spread F khu vực xa xích đạo và bong bóng plasma khu vực xích đạo từ
............................................................................................................................... 106
4.2.2. Quan hệ giữa spread F tại Phú Thụy và cấu trúc bong bong plasma xích đạo ..... 109
4.2.3. Giải thích mới về dạng spread F tại Phú Thụy ........................................... 114
4.2.4. Tìm hiểu về nguồn gốc có thể gây ra spread F tại Phú Thụy ..................... 118
4.3. Kết luận ............................................................................................................ 125
KẾT LUẬN ............................................................................................................ 126
KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .................................. 128
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN
LUẬN ÁN ............................................................................................................... 129
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 130


Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Ký hiệu, chữ
viết tắt
AGW
ALTAIR

C/NOFS

DMSP
EPB
ESF
EEJ
GRBR

GWBA

LSWS
LT
MRD
MRE
OLR
POF
PSSR
PTEC
RSF
ROCSAT-1

Từ Tiếng Anh
Atmospheric Gravity Wave
ARPA Long-Range
Tracking and
Instrumentation Radar
Communication/Navigation
Outage Forecasting
System
Defense Meteorological
Satellite Program
Equatorial Plasma Bubble
Equatorial Spread F
Equatorial ElectroJet
GNU Radio Beacon
Receiver
Gravity Wave - B

Alignment
Large-Scale Wave
Structure
Local Time
Multi-Reflected Doublet
Multi-Reflected Echo
Outgoing Long-wave
Radiation
Percentage Of Frequence
Post Sunset-Rise F layer
Perturbation TEC
Range Spread F
Republic Of China
SATellite 1

Nghĩa Tiếng Việt
Sóng trọng lực khí quyển
Radar theo dõi và đo đạc ở
phạm vi rộng của ARPA
Hệ thống dự báo sự gián đoạn
trong thông tin liên lạc/dẫn
đường
Chương trình vệ tinh khí
tượng quốc phòng
Bong bóng plasma xích đạo
Spread F xích đạo
Dòng điện xích đạo
Thiết bị thu tín hiệu vô tuyến
dẫn đường sử dụng bộ công
cụ phần mềm miễn phí GNU

Sự thẳng hàng của đường sức
trường từ B và mặt đầu sóng
trọng lực
Cấu trúc dạng sóng quy mô
lớn
Thời gian địa phương
Vết kép phản xạ nhiều lần
Vết phản xạ nhiều lần
Bức xạ sóng dài phát ra từ
Trái Đất
Phần trăm tần suất xuất hiện
Lớp F nâng lên sau hoàng hôn
Nhiễu loạn nồng độ điện tử
tổng cộng
Spread F trải rộng độ cao
Vệ tinh số 1 của Cộng Hòa
Trung Hoa


SSN
SSE
SSF
ST
STBA

TEC
TID
UT
VTEC

SunSpot Number
E-region sunset
F-region sunset
Satellite Trace
⃗
Solar Terminator - 𝐵
Alignment
Total Electron Content
Traveling Ionospheric
Disturbance
Universal Time
Vertical TEC

Số vết đen mặt trời
Hoàng hôn lớp E
Hoàng hôn lớp F
Vết phụ
Sự thẳng hàng của đường sức
⃗ và đường ranh
trường từ 𝐵
giới ngày – đêm
Nồng độ điện tử tổng cộng
Nhiễu loạn điện ly di chuyển
Thời gian quốc tế
Nồng độ điện tử tổng cộng
theo phương thẳng đứng


Danh mục các bảng
Trang

Bảng 1: Nguồn thông tin trích lọc cho ESF/EBP và nhấp nháy điện ly ................... 40
Bảng 2: Các kết quả đã công bố về PSSR................................................................. 44
Bảng 3: Các địa điểm có số liệu sử dụng trong luận án ............................................ 50


Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Trang
Hình 1.1: a) Tốc độ sinh ion theo độ cao với các nguồn ion hóa khác nhau; b) tuyến
mật độ ion; c) tuyến mật độ electron ........................................................................ 5
Hình 1.2. Các tuyến độ dẫn và mật độ điện tử theo độ cao ...................................... 10
Hình 1.3. Mô hình đơn giản mô tả dòng điện xích đạo phía trên xích đạo từ .......... 11
Hình 1.4: Mô tả trong mặt phẳng kinh tuyến từ của dynamo lớp F ......................... 13
Hình 1.5: Vết trải rộng theo độ cao (bên trái) và theo tần số (bên phải) ................. 14
Hình 1.6: Cấu trúc vòm nâng ở đáy lớp F ................................................................ 14
Hình 1.7: Biểu đồ thời gian – khoảng cách – mật độ của tín hiệu tán xạ ngược từ
mảng bất ổn định spread F quan trắc tại Jicamarca ................................................ 15
Hình 1.8. Bong bóng plasma xích đạo quan trắc tại Hawaii bằng thiết bị quang học
chụp toàn cảnh bầu trời đêm (bộ lọc 630nm – bên trái và 557,7nm – bên phải) ... 16
Hình 1.9: Mô tả quá trình xảy ra bất ổn định trao đổi ở đáy lớp F .......................... 17
Hình 1.10. Biến thiên của vận tốc dịch chuyển thẳng đứng theo thời gian địa phương tại
các khu vực kinh tuyến khác nhau vào hạ chí ............................................................ 19
Hình 1.11. Biến thiên mùa của thời điểm xảy ra cực đại vận tốc dịch chuyển tại
Jicamarca ................................................................................................................. 20
Hình 1.12. Vận tốc dịch chuyển thẳng đứng tại Jicamarca (Kp<2) ......................... 20
Hình 1.13. Vận tốc trượt cực đại và chỉ số Ap.......................................................... 21
Hình 1.14. Khả năng xảy ra bong bóng plasma xích đạo quan trắc bởi vệ tinh
DMSP trong các năm 1999 – 2002 ........................................................................ 22
Hình 1.15: Vết kép phản xạ nhiều lần xuất hiện lúc 18h47 và vết phụ lúc 20h32 (giờ
địa phương) quan trắc ngày 24/04/2011 tại Kwajalein ........................................... 23

Hình 1.16. Cấu trúc sóng quy mô lớn và sự nâng lên sau hoàng hôn trong quá trình
hình thành và phát triển bong bóng plasma xích đạo ............................................. 26
Hình 1.17. Sự hình thành cấu trúc vòm nâng dưới tác dụng của sóng trọng lực khí
quyển ....................................................................................................................... 27
Hình 1.18: Nguyên tắc hoạt động của máy thăm dò điện ly ..................................... 29


Hình 1.19. Spread F theo độ cao (bên trái) và theo tần số (bên phải) ...................... 30
Hình 1.20. Nguyên lý hình thành vết phản xạ nhiều lần (bên trái) và vết phụ (bên
phải) ....................................................................................................................... 31
Hình 1.21. TEC thẳng đứng tương đối và độ nhiễu loạn TEC ................................ 33
Hình 1.22. Bản đồ bức xạ sóng dài phát ra từ Trái Đất nội suy toàn cầu tính trung
bình trong 3 tháng hạ chí cho thấy vị trí của các vùng hoạt động đối lưu liên quan
đến spread F xích đạo ............................................................................................ 34
Hình 1.23. Độ hoạt động Mặt Trời trong một số năm nghiên cứu ........................... 35
Hình 1.24. Vị trí quan trắc (K) và hai lớp E liên hợp, điểm cắt xích đạo từ của kinh
tuyến từ chứa EE’ (Q) biểu diễn trên mô phỏng Trái Đất như hình tròn đơn vị .... 37
Hình 1.25: Nút hoàng hôn lớp E tại Kwajalein trong giai đoạn 01/2011 – 01/2012;
các đường liền nét thể hiện biến thiên theo ngày của thời điểm hoàng hôn lớp E,
các đường đứt nét cho lớp E liên hợp ..................................................................... 38
Hình 1.26. Vết phản xạ bị khuếch tán tại vùng tần số thấp được xác định là spread F
trải rộng về độ cao ................................................................................................... 43
Hình 2.1: Bản đồ các vị trí có thiết bị quan trắc sử dụng trong luận án (thêm trạm
Baguio trong so sánh ở chương 4) .......................................................................... 50
Hình 2.2: Diễn biến của tầng điện ly tại Kwajalein đêm 24/04/2011 với sự xuất hiện
của sự nâng lên sau hoàng hôn, vết phản xạ nhiều lần, vết phụ và spread F mạnh
................................................................................................................................. 53
Hình 2.3. Ví dụ về vết kép phản xạ nhiều lần xuất hiện lúc 18h47 LT ngày
22/03/2011 .............................................................................................................. 54
Hình 2.4. Hình vẽ lại tổng hợp sự xuất hiện của vết 1F và MRE từ 07h30 đến 08h15

UT đêm 24/04/2011 ................................................................................................ 55
Hình 2.5. Ba đường bay của C/NOFS (a) và thành phần nhiễu loạn TEC tương ứng
từ ba đường bay (theo giờ địa phương) lúc 17h47 (b), 19h31 (c) và 21h15 (d) .... 58
Hình 2.6. Đáy điện ly giả định từ tính toán theo đường cong thành phần nhiễu loạn
TEC thu được lúc 19h28 LT ................................................................................... 60


Hình 2.7. Mô hình xoáy điện ly buổi chiều tối và dịch chuyển ngang của cấu trúc
dạng sóng quy mô lớn ............................................................................................. 64
Hình 3.1. Kết quả quan sát nhấp nháy điện ly từ vệ tinh TACSAT (đường màu xanh
lá cây – năm 1972, màu đỏ - năm 1971, màu vàng – năm 1970 và màu xanh nước
biển – trung bình tháng trong 3 năm), vệ tinh MARISAT (dấu X màu cam) và vệ
tinh INTERSAT (dấu X màu đen) .......................................................................... 72
Hình 3.2. Kết quả quan sát nhấp nháy điện ly từ vệ tinh WIDEBAND ................... 74
Hình 3.3: Tần suất xuất hiện EPB vào (a) năm 2000 (độ hoạt động mặt trời cao) và
(b) năm 2011 (độ hoạt động mặt trời thấp) từ số liệu vệ tinh DMSP ..................... 75
Hình 3.4. Khả năng xuất hiện bong bóng plasma tại Kwajalein trong các năm độ
hoạt động mặt trời cao từ vệ tinh DMSP .............................................................. 77
Hình 3.5. Khả năng xuất hiện bong bóng plasma tại Kwajalein trong các năm độ
hoạt động mặt trời thấp từ vệ tinh DMSP ............................................................. 78
Hình 3.6. Khả năng xuất hiện bất ổn định điện ly quan trắc từ vệ tinh ROCSAT-1 79
Hình 3.7. Kết quả quan sát bất ổn định điện ly từ vệ tinh AE-E .............................. 81
Hình 3.8. Sự xuất hiện spread F xích đạo tại Kwajalein trong thời gian 01/2011 –
01/2012 từ thăm dò thẳng đứng .............................................................................. 82
Hình 3.9: Tổng hợp kết quả quan trắc sự nâng lên sau hoàng hôn của lớp F từ vệ
tinh và thiết bị khác ................................................................................................ 83
Hình 3.10. Kết quả tính VPSSR từ mô hình Scherliess-Fejer cho 2 năm độ hoạt động
mặt trời cao (năm 2000) và thấp (năm 2011) ......................................................... 85
Hình 3.11. Vận tốc nâng lên thẳng đứng cực đại quan trắc bằng thăm dò thẳng đứng
tại Kwajalein và Trivandrum .................................................................................. 86

Hình 3.12. So sánh hoạt động spread F và sự nâng lên sau hoàng hôn của lớp F .... 87
Hình 3.13. (a) Tần suất xuất hiện spread F (POFESF), khi có vết phản xạ nhiều lần
(POFESF+MRE ) và khi không có vết phản xạ nhiều lần (POFESF-MRE ), (b) Tần suất
xuất hiện vết phản xạ nhiều lần (POFMRE), khi có spread F (POFMRE+ESF) và khi
không có spead F (POFMRE-ESF ).............................................................................. 89


Hình 3.14. Tần suất xuất hiện theo thời gian của vết phản xạ nhiều lần trong
các tháng 4, 7 và 8/2011 ...................................................................................... 91
Hình 3.15. Biểu đồ tần suất xuất hiện vết phản xạ nhiều lần trong mối liên hệ với
spread F tại các thời điểm liên quan đến sự nâng lên sau hoàng hôn của lớp F..... 92
Hình 3.16. Bản đồ OLR cho khu vực Kwajalein từ tháng 01/2011 đến tháng
01/2012.................................................................................................................... 93
Hình 3.17. So sánh tổng hợp giữa (a) biến thiên theo độ cao của thành phần vĩ
hướng hướng Đông của vận tốc gió trung hòa từ mô hình HWM93 và (b) vận tốc
nâng lên sau hoàng hôn quan trắc tại Kwajalein năm 2011, tại Trivandrum năm
2004 và tính từ mô hình SF99 năm 2011 ................................................................ 98
Hình 3.18. Biến thiên theo kinh độ và theo mùa của cực đại vận tốc dịch chuyển
thẳng đứng trước đảo chiều trong điều kiện yên tĩnh từ ....................................... 100
Hình 4.1. Hình vẽ lại mặt cắt theo kinh tuyến từ với các ký hiệu bổ sung cho biết vị
trí của trạm Phú Thụy, mũi tên màu đỏ chỉ hướng của tín hiệu thăm dò thẳng đứng,
mũi tên màu xanh lá cây chỉ hướng của dịch chuyển với các đường sức từ của cấu
trúc plasma điện ly ngay trên xích đạo từ ............................................................. 108
Hình 4.2. So sánh tổng hợp giữa EPB từ vệ tinh C/NOFS (a, b, c), vệ tinh DMSP (d,
e, f) trong khoảng kinh tuyến qua khu vực Việt Nam, POFSF tại Phú Thụy các năm
2007–2010 và tại Baguio các năm 1953–1955 (g) ............................................... 110
Hình 4.3. Cực đại xuất hiện spread F tại Baguio các năm 1953 – 1955 (a) và tại Phú
Thụy các năm 2007 – 2010 (b-e) .......................................................................... 113
Hình 4.4. Spread F tại trạm ngoài vùng xích đạo (Agua Verde - 110S vĩ độ từ) có
dạng giống như vết xuất hiện tại trạm xích đạo .................................................... 115

Hình 4.5. Một vài điện ly đồ cho thấy các cấu trúc plasma phức hợp khác nhau quan
trắc ở Phú Thụy (các vết phụ được tô đậm bằng vệt tương tự màu đỏ) ............... 117
Hình 4.6. Các diễn biến xảy ra trong tầng điện ly quan trắc tại Phú Thụy trong đêm
24/06/2007 (hình a) và vị trí đánh dấu bằng vòng tròn màu đỏ cho biết nơi quan
trắc thấy spread F trong cùng đêm (hình b) ........................................................ 119


Hình 4.7: Một vài điện ly đồ biểu diễn trình tự xuất hiện spread F tại (a) Bạc Liêu
và (b) Chumphon .................................................................................................. 120
Hình 4.8. Các diễn biến xảy ra trong tầng điện ly quan trắc tại Phú Thụy trong đêm
25/07/2010 (hình a) và vị trí đánh dấu bằng vòng tròn màu đỏ cho biết nơi quan
trắc thấy spread F trong cùng đêm (hình b) .......................................................... 122
Hình 4.9. Một số điện ly đồ vào cuối chuỗi xuất hiện spread F tại Phú Thụy đêm
25/07/2010 ............................................................................................................ 124


MỞ ĐẦU
Spread F xích đạo (Equatorial Spread F – ESF, hay gọi tắt là spread F) là hiện
tượng bất ổn định theo phương ngang của cấu trúc plasma điện ly lớp F vào ban
đêm. Hiện tượng gây ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu vô tuyến phản xạ từ điện ly
hay truyền xuyên qua tầng điện ly. Do không có biện pháp kỹ thuật giúp giảm thiểu
tác hại này, bài toán đặt ra là nâng cao khả năng dự báo sự xuất hiện của hiện tượng
để thiết lập và điều khiển chế độ phát – truyền thông tin thích hợp nhằm tránh các
khu vực bất ổn định điện ly. Vì vậy, việc mô tả đúng bản chất của ESF là mục tiêu
cơ bản nhất - đã và đang là câu hỏi cho các nhà khoa học toàn cầu trong hơn tám
thập kỷ qua và ngày càng trở nên cấp thiết do sự phát triển nhanh chóng của nhu
cầu ứng dụng công nghệ không gian vào cuộc sống, đặc biệt trong thông tin liên lạc
- định vị bằng vệ tinh. Cho đến hiện nay, vẫn chưa có lý thuyết hoàn chỉnh về
nguyên nhân gây hoạt động ESF hàng ngày. Các nghiên cứu vẫn đang đi theo
hướng tìm hiểu vai trò của hai yếu tố điều khiển ESF là sự nâng lên sau hoàng hôn

của lớp F (Post-SunSet Rise of F layer – PSSR) và cấu trúc dạng sóng quy mô lớn
(Large-Scale Wave Structure - LSWS). Trong khi PSSR có lịch sử nghiên cứu
khoảng 80 năm với nguồn số liệu dồi dào từ thăm dò mặt đất (máy thăm dò điện ly)
và nhiều vệ tinh thì LSWS mới được chú ý trong 10 năm gần đây với nguồn số liệu
hạn chế từ quan trắc trong khoảng thời gian ngắn của một thiết bị mặt đất (radar
ALTAIR) và vệ tinh chuyên dụng (C/NOFS). Vì thế, việc tìm kiếm các nguồn số
liệu khác giúp mô tả LSWS là rất cần thiết trong hướng nghiên cứu về yếu tố điều
khiển này nói riêng và nghiên cứu ESF nói chung.
Là một trong những chủ đề quan trọng trong hướng nghiên cứu “thời tiết không
gian – Space Weather”, nghiên cứu ESF tại nước ta càng trở nên cấp thiết hơn khi
kết quả quan trắc toàn cầu bằng vệ tinh cho thấy sự xuất hiện của hiện tượng tại khu
vực bao gồm Việt Nam – Indonesia - Philippines có đặc tính khác biệt chưa thể giải
thích bằng các lý thuyết hiện có đối với các khu vực khác. Tuy nhiên, ESF là vấn đề
mới và chưa được nghiên cứu thỏa đáng ở nước ta do thiếu thiết bị và cơ sở vật chất
chuyên dụng. Mặc dù đã từng có ba máy thăm dò điện ly và một hệ thu tín hiệu

1


GRBR (GNU Radio Beacon Receiver - thiết bị thu tín hiệu vô tuyến dẫn đường sử
dụng bộ công cụ phần mềm miễn phí GNU) từ vệ tinh C/NOFS
(Communication/Navigation Outage Forecasting System - hệ thống dự báo sự gián
đoạn trong thông tin liên lạc/dẫn đường) hoạt động tại ba đài quan trắc trên toàn
lãnh thổ Việt Nam, hiện nay chỉ còn duy nhất một thiết bị thăm dò thẳng đứng hoạt
động tại Bạc Liêu.
Dựa trên số liệu từ thiết bị thăm dò thẳng đứng tại Hóc Môn (giai đoạn 2002 –
2006) và Phú Thụy (giai đoạn 1962 – 1979), một số đặc tính thống kê về biến thiên
theo mùa, theo giờ địa phương, theo hoạt động mặt trời và sự xuất hiện trong thời
gian xảy ra bão từ của ESF, và khác biệt trong so sánh giữa ESF tại Việt Nam và
Brazil đã được báo cáo [1, 2, 3, 4, 59]. Số liệu thu thập trong giai đoạn ngắn nhờ

GRBR đã được phân tích trong một số bài báo của nhóm các nhà khoa học Việt
Nam và Nhật Bản, Mỹ, Ấn Độ nhằm bước đầu xác định đặc tính xuất hiện của ESF
tại Việt Nam và khẳng định vai trò của LSWS đối với hiện tượng này, đặc biệt
trong so sánh với ESF tại khu vực Châu Phi [116, 134, 142].
Có thể thấy, bên cạnh việc thiếu số liệu nghiên cứu, vấn đề đặt ra là khả năng
khai thác hiệu quả số liệu hiện có ở nước ta theo các hướng nghiên cứu mới, đặc
biệt là số liệu từ máy thăm dò điện ly thẳng đứng. Lợi ích của nghiên cứu ESF
không chỉ là giúp tìm kiếm thêm hiểu biết cơ bản về hiện tượng mà còn hướng đến
mục tiêu từng bước ứng dụng vào thực tiễn trong nước nhằm nâng cao hiệu quả của
truyền thông - định vị vệ tinh. Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra là làm cách nào tham gia
vào quá trình nghiên cứu hiện tượng này với điều kiện thực tế về số liệu quan trắc
tại Việt Nam? Nghiên cứu sinh chọn giải pháp là nghiên cứu ESF tại khu vực khác
(khu vực đảo Kwajalein - Trung tâm Thái Bình Dương), nơi có nhiều nguồn số liệu
- đặc biệt dồi dào về số liệu thăm dò thẳng đứng - để hiểu rõ hơn hiện tượng và sau
đó áp dụng phương pháp nghiên cứu với số liệu ở nước ta nhằm từng bước nâng cao
khả năng khai thác số liệu để nghiên cứu ESF tại Việt Nam tốt hơn.
Trên cơ sở các phân tích vừa trình bày, đề tài “Nghiên cứu các nguyên nhân gây
biến thiên hàng ngày đối với sự phát triển của spread F xích đạo” được chọn xuất

2


phát từ nhu cầu tiếp cận hướng nghiên cứu đang rất được quan tâm về ESF, nhằm
trang bị và nâng cao năng lực nghiên cứu chủ đề này bằng việc sử dụng tất cả các
nguồn số liệu, tài liệu hiện có thu thập được tại cùng một khu vực để lần đầu tiên
kết hợp nghiên cứu đồng thời hai nguồn điều khiển với bản thân ESF trong việc tìm
kiếm thêm đặc tính hình thành - xuất hiện ESF và đánh giá vai trò của hai yếu tố
này ở quy mô thời gian hàng tháng - là một bước hướng đến mục tiêu cuối cùng là
nghiên cứu biến thiên ESF hàng ngày.
Mục đích của luận án:

- Làm sáng tỏ phương pháp trích lọc thông tin từ thăm dò thẳng đứng (điện ly đồ)
nhằm mô tả gián tiếp và quan trắc hai hình thái vào giai đoạn đầu tiên và cuối cùng
của spread F trong hoàn cảnh không có số liệu mô tả trực tiếp, là cấu trúc dạng sóng
quy mô lớn và bong bóng plasma xích đạo (Equatorial Plasma Bubble – EPB).
- Đóng góp thêm một vài bằng chứng nhằm tiếp tục làm sáng tỏ các quan điểm
hiện tại về nguyên nhân gây biến thiên và đánh giá vai trò của các yếu tố điều khiển
ESF tại khu vực nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu của luận án:
- Hiện tượng spread F và hai nguồn gây ra sự biến đổi hoạt động này theo thời
gian trong phạm vi các đảo thuộc Trung tâm Thái Bình Dương
- Spread F - cấu trúc bong bóng plasma xích đạo tại Việt Nam và khu vực lân cận.
Ý nghĩa khoa học của luận án: góp phần làm sáng tỏ lý thuyết về yếu tố điều
khiển hoạt động ESF ở quy mô thời gian hàng tháng, hướng đến việc áp dụng
phương pháp nghiên cứu cho các quy mô thời gian ngắn hơn.
Ý nghĩa thực tiễn của luận án: từng bước mở ra khả năng áp dụng kết quả
nghiên cứu vào dự báo spread F xích đạo trong mối quan hệ với hoạt động công
nghệ truyền thông - định vị vệ tinh.
Những điểm mới của luận án:
- Khẳng định bằng chứng mới về vết phản xạ nhiều lần (đơn và kép) là dấu hiệu
điện ly đồ của cấu trúc dạng sóng quy mô lớn.

3


- Nghiên cứu đồng thời vai trò của hai yếu tố điều khiển đối với spread F ở quy
mô thời gian hàng tháng không những cho thấy vận tốc nâng lên thẳng đứng cực đại
của lớp F đóng vai trò quan trọng hơn gradient độ dẫn (nút hoàng hôn) đối với biến
thiên hoạt động spread F mà còn chỉ ra rằng có thể tồn tại hai nguồn khác nhau
điều khiển biến thiên giá trị cực đại vận tốc là sự biến đổi độ lớn của dòng điện xích
đạo vào phân điểm và lực triều số sóng 2 vào chí điểm.

- Dấu hiệu điện ly đồ của cấu trúc bong bóng plasma xích đạo là các dạng spread
F phức hợp quan trắc tại các trạm xa xích đạo phân biệt với các dạng spread F xảy
ra tại khu vực xích đạo từ.
Cấu trúc của luận án gồm bốn chương - ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến
nghị về các nghiên cứu tiếp theo - trong đó:
- Chương một: giới thiệu tổng quan về tầng điện ly, hiện tượng spread F và hai
nguồn điều khiển spread F, các phương pháp chính thăm dò khí quyển - điện ly để
thu thập số liệu và thông tin được trích lọc cho đề tài nghiên cứu trong luận án.
- Chương hai: giới thiệu kết quả nghiên cứu vai trò của cấu trúc dạng sóng quy
mô lớn đối với spread F nhằm khẳng định phương pháp trích lọc thông tin cho yếu
tố điều khiển này từ số liệu thăm dò thẳng đứng trong bối cảnh không có nhiều số
liệu từ thăm dò vệ tinh.
- Chương ba: giới thiệu kết quả nghiên cứu về vai trò của hai yếu tố điều khiển
đối với spread F nhằm nêu bật vai trò của từng yếu tố ở quy mô thời gian tháng –
bước trung gian giữa các nghiên cứu biến thiên hiện tượng theo mùa và biến thiên
hàng ngày.
- Chương bốn: giới thiệu kết quả nghiên cứu cấu trúc bong bóng plasma khu vực
Việt Nam, sử dụng điện ly đồ quan trắc tại trạm xa xích đạo để nghiên cứu bản thân
hiện tượng này tại khu vực xích đạo từ.
Kết quả của luận án đã được công bố trong 3 bài báo (2 tạp chí quốc tế -Journal
of Atmospheric-Solar Terrestrial Physics và Journal of Geophysical Research, 1 tạp
chí trong nước - Các Khoa học về Trái Đất) và 1 báo cáo poster tại hội nghị chuyên
đề quốc tế về Cao không xích đạo lần thứ 13 (ISEA 13).

4


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN LY VÙNG XÍCH ĐẠO VÀ SPREAD F
1.1. Điện ly vùng xích đạo
1.1.1. Tầng điện ly Trái Đất

Tầng điện ly của Trái Đất là khu vực khí quyển bị ion hóa một phần nằm ở
khoảng độ cao từ 60 đến 1000 km trên mặt đất, trong đó tồn tại trạng thái cân bằng
động của đồng thời các hạt ion dương, ion âm và electron tự do trong môi trường
các hạt trung hòa. Do nồng độ hạt ion âm không đáng kể nên nồng độ electron tự do
và ion dương gần bằng nhau và tầng điện ly được xem như trung hòa điện. Môi
trường trung hòa điện này bao gồm electron và các hạt mang điện âm - dương được
gọi là môi trường plasma điện ly.

Hình 1.1: a) Tốc độ sinh ion theo độ cao với các nguồn ion hóa khác nhau [144]; b)
tuyến mật độ ion [144]; c) tuyến mật độ electron [94]
Vùng xích đạo từ là khu vực nằm trong khoảng ±100 vĩ độ từ [133] xung quanh
xích đạo từ (độ từ khuynh I = 00). Trong vùng này, tầng điện ly được tạo thành chủ
yếu do quá trình ion hóa các khí trong khí quyển nhờ năng lượng nằm trong vùng
phổ tia X và tia cực tím của Mặt Trời. Mức độ ion hóa phụ thuộc vào ba yếu tố:
năng lượng bức xạ mặt trời, mức độ hấp thụ năng lượng của các khí và mật độ khí
quyển. Cực đại mật độ điện tử đạt được tại độ cao có sự thỏa mãn cả ba điều kiện
này. Hình 1.1a [144] biểu thị tốc độ ion hóa tiêu biểu theo độ cao với các nguồn ion
hóa khác nhau; trong đó, các đường liền nét cho biết nguồn ion hóa thường xuyên
5


vào thời gian ban ngày (1 - tia X và tia tử ngoại) và đường đứt nét cho các nguồn
không liên tục hoặc biến thiên mạnh theo thời gian (2 - electron cực quang, 3 - tia X
từ bùng nổ sắc cầu, 4 - tia vũ trụ trong hệ Mặt Trời, 5 - ánh sáng Mặt Trời tán xạ và
ánh sáng từ các ngôi sao, 6 - tia vũ trụ trong dải ngân hà).
Quá trình ion hóa bắt đầu bằng các phản ứng quang phân (bức xạ mặt trời phân
rã các phân tử khí trung hòa thành các nguyên tử), sau đó là phản ứng ion hóa (các
phần tử trung hòa và nguyên tử bị ion hóa thành các ion và electron), trong đó các
khí chính trong khí quyển (O, O2, N2) bị ion hóa thành các ion tương ứng (O+, O2+,
NO+). Sau khi được tạo thành, trong quá trình di chuyển và va chạm, các ion và

electron có thể tái kết hợp thành phân tử trung hòa hoặc phản ứng với các phần tử
khí khác để tiếp tục tạo ra các hạt mang điện. Vì thế, nồng độ electron tự do (và ion
dương) phụ thuộc vào tốc độ của các quá trình sinh và mất của chính các electron
này. Hình 1.1b [144] biểu thị phân bố tiêu biểu của các ion chính trong tầng điện ly
vào thời gian ban ngày.
Sự hiện hữu của nhiều loại phân tử khí khác nhau trong khí quyển với các đặc
tính ion hóa không giống nhau dẫn đến sự tồn tại nhiều cực trị nồng độ điện tử trong
tầng điện ly. Khi đó, tầng điện ly được chia thành các lớp D, lớp E và lớp F theo
đặc tính về mật độ điện tử. Đặc trưng cho mỗi lớp có các tham số: độ cao, bề dày và
mật độ điện tử cực đại, các tham số này đều biến đổi theo thời gian, hoạt tính mặt
trời và vị trí địa lý của điểm quan sát. Hình 1.1c [94] mô tả hình thái các lớp điện ly
vào thời gian ban ngày và ban đêm ở thời kỳ hoạt động mặt trời cực đại và cực tiểu.
Lớp F là lớp cao nhất của tầng điện ly, được tạo thành do bức xạ cực tím mặt trời,
các ion chủ yếu là NO+ và O+ với O+ chiếm ưu thế. Khi Mặt Trời lặn, độ cao của
lớp nằm trong khoảng 250 - 500 km. Lớp F được xem là “lớp phản xạ sóng chủ yếu”
của tầng điện ly với tần số có thể lên đến 25 MHz. Ban ngày, lớp chia thành hai lớp
và chỉ còn một lớp vào ban đêm. Tổng các hạt trung hòa nhiều hơn khoảng nghìn
lần so với số hạt electron trong lớp F và hàng chục triệu lần trong lớp E, vì thế, tầng
điện ly được xem như môi trường gần trung hòa với những tính chất chuyển động
của plasma điện ly bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi điện trường và từ trường.

6


1.1.2. Điện động lực học plasma điện ly xích đạo
1.1.2.1. Đặc tính chuyển động của plasma điện ly
Chuyển động của plasma điện ly vừa có tính chất của các hạt mang điện chi phối
bởi trường điện từ Trái Đất, vừa có tính chất của dòng trung hòa với ion và các
electron chuyển động cùng nhau. Hệ phương trình Maxwell trong hệ SI để xem xét
chuyển động của các hạt mang điện có dạng [67]:

.E 

e(ni  ne )

(1.1)

0

 E  0

(1.2)

. j  0

(1.3)

Phương trình (1.1) cho biết sự tích tụ điện tích dư thừa (chênh lệch giữa mật độ
ion ni và mật độ electron ne) sẽ sinh ra điện trường phân cực E . Sau đó, chính điện
trường phân cực này sẽ có ảnh hưởng quan trọng đến quá trình chuyển động của
plasma điện ly. Phương trình (1.2) mô tả điều kiện xấp xỉ tĩnh điện của plasma điện
ly (đặc biệt trong lớp F) khi không có sự thay đổi đáng kể của từ trường theo thời
gian. Phương trình (1.3) – j là mật độ dòng điện - có được từ điều kiện điện trường
biến thiên chậm theo thời gian. Trong tầng điện ly, người ta quan tâm đến quá trình
động lực học và các lực điện sẽ làm cho (1.3) không còn nghiệm đúng, từ đó dẫn
đến sự tích lũy điện tích thừa và đưa đến kết quả ở phương trình (1.1). Đặc biệt,
trong lớp F ban đêm, điều kiện (1.2) áp dụng với thành phần điện trường trong mặt
phẳng vuông góc với các đường sức từ là một trong các cơ chế tạo thành sự tăng
thành phần điện trường hướng Đông, giúp điều khiển quá trình hình thành spread F
xích đạo.
Plasma điện ly tồn tại trong trường điện từ Trái Đất bất đẳng hướng nên tính chất

chuyển động của các hạt mang điện theo các hướng không giống nhau. Vì thế, ta
định nghĩa ba thành phần chuyển động trong hệ tọa độ vuông góc (hướng Đông,
hướng Bắc và hướng thẳng đứng) như sau:
- Thành phần song song: song song với (dọc theo) từ trường Trái Đất B .
- Thành phần Pedersen: vuông góc với B và song song với điện trường E .
7


- Thành phần Hall: vuông góc với đồng thời B và E .
a. Độ linh động (  ): được xác định là tỉ số giữa vận tốc của nó và điện trường
tương ứng gây ra chuyển động này. Ba thành phần của độ linh động bao gồm:
- Thành phần song song:
0 

trong đó  

n


1
B 

(1.4)

: tần số va chạm hiệu dụng (tỉ số giữa tần số va chạm hạt α-trung

hòa với tần số hồi chuyển của hạt α).
Từ (1.4) cho thấy độ linh động tăng đáng kể theo chiều cao khi khả năng va chạm
với hạt trung hòa giảm xuống. Vì thế, độ linh động của ion trong lớp F và electron
lớp E khác biệt rõ rệt khi ion gần như không va chạm với hạt trung hòa còn electron

bị điều khiển hoàn toàn bởi va chạm [67].
- Độ linh động Hall:

 H

1  1  1 2
 

B  1  2  B  2n  2

(1.5)

- Độ linh động Pedersen:

P 

1    1   n 
   H


B  1  2  B  2n  2

(1.6)

Sử dụng các giá trị tần số va chạm trong [94], có thể thấy:
- Trên độ cao lớp D: e

1 ,  He  B 1 , 0e   1 He , Pe  0 : electron di chuyển

dễ dàng dọc theo đường sức trường từ và chỉ chuyển động vuông góc với các đường

sức dưới tác dụng của điện trường, không chuyển động theo hướng Pedersen.
- Đối với ion: trong độ cao lớp E: i2
i2

1 , Pi  0i

1 , Hi   1Pi . Trong lớp F:

1 ,  Hi  B 1 ,  Pi  i B 1  i2 0i , ion và electron trong lớp F trượt cùng vận tốc

theo hướng Hall nên không có dòng Hall. Dòng Pedersen rất nhỏ nhưng có vai trò
quan trọng trong việc điều khiển dynamo lớp F ban đêm.
Nếu không có điện trường ngoài và gió trung hòa, vận tốc chuyển động của
electron và ion trong mặt phẳng vuông góc với đường sức từ được biểu diễn:
8


Vi  i1 g  bˆ
Ve   e

Với bˆ là vecto đơn vị của
Vi

1

(1.7)

g  bˆ

và g là vecto gia tốc trọng trường. Do i

B

(1.8)

e nên

Ve : trọng lực điều khiển dòng ion (Pedersen) hướng Đông tại xích đạo; dòng

này tham gia vào quá trình bất ổn định gây ra hiện tượng spread F.
b. Độ dẫn điện (  ): là tỉ số giữa mật độ dòng với điện trường tác dụng tương
ứng. Khi đó,  0 ,  p và  H là các độ dẫn song song, Pedersen và Hall:

Trong lớp E ( i2

0 

Ne i  e
B i  e

P 

e 
Ne  i



2
B 1  i 1  e2 

(1.10)

H 

Ne  1
1 



2
B 1  i 1  e2 

(1.11)

1 và e2

P 

(1.9)

1 ):

Ne 1  i e
B
i

(1.12)

Ne i2
H  

B 1  i2
Ở độ cao bên trên lớp E ( i2
P 

(1.13)

1 ):
Nei
Ne
i  e  

B
B

(1.14)

Kết quả mô tả ở hình 1.2 từ mô hình thực nghiệm của Richmond [93] cho các
tuyến độ dẫn và mật độ điện tử theo độ cao với giá trị các tham số B=2,93×10-5 T,
thông lượng bức xạ mặt trời F10.7=140×10-22 (W.m-2.Hz-1) và góc thiên đỉnh mặt trời
bằng 0. Mô hình cho biết tương quan độ lớn của ba thành phần độ dẫn theo độ cao
phù hợp tốt với lý thuyết và kết quả quan trắc.
Mật độ dòng theo phương vuông góc điều khiển bởi trọng lực trong lớp F ban đêm
được cho bởi:
9