地球电离层中内部重力波的非线性演化：解析与数值方法

使用流体理论方法研究了内部重力波在弱电离、不可压缩地球电离层中的非线性传播。通过考虑嵌入在海拔约 $50$ 至 $500$ km 弱电离电离层中的地球非均匀磁场效应，推进了文献中的先前理论。研究表明，电离层导电流体能够支持孤立偶极涡旋（或 modon）的形成。我们获得并分析了后者的解析解和数值解。研究发现，在缺乏 Pedersen 电导率的情况下，可以形成具有不同空间局域化的不同涡旋结构，这些结构能够以超音速无能量损耗地运动。然而，Pedersen 电导率的存在会导致孤立涡旋的振幅随时间衰减，并且由于能量损耗，涡旋结构可能完全消失。如果与流函数或密度变化相关的非线性效应显著高于由 Pedersen 电导率引起的耗散，则这种能量损耗可以被延迟，即涡旋结构可以维持相对更长的时间。还定义了主要的特征动态参数，这些参数与现有实验数据具有良好的相关性。