模拟剪切电离层 E×B 流中梯度漂移或 Kelvin-Helmholtz 不稳定性的主导性

研究表明，在非均匀电离层等离子体的剪切 $\mathbf{E}\times\mathbf{B}$ 流中，梯度漂移（GDI）或 Kelvin-Helmholtz（KHI）不稳定性可能增长。本工作采用一种新模型研究局域电离层不稳定性，考察导致其中一种不稳定性主导于另一种的条件。与中性粒子的碰撞效应在不稳定性发展中起重要作用。发现 KHI 在低碰撞率区占主导，GDI 在高碰撞率区占主导，且存在一个中间区域使两种不稳定性并存。对于速度剪切距密度梯度足够远的低碰撞率情形，发现 GDI 作为源自 KHI 涡流的二次不稳定性增长。加入沿速度剪切方向的中性风驱动电场不影响任一不稳定性的主导性。利用经验电离层模型数据，发现两个高度界限：高于上限高度时 KHI 占主导；低于下限高度时 GDI 占主导；中间区域两不稳定性共同增长。增大速度剪切使两界限高度均降低。这意味着对于密度与速度梯度跨越大高度范围的电离层现象（如亚极光极化流），星基与地基观测仪器所观测到的不稳定性可能有显著差异。