波长较短的太阳电磁辐射有足够的能量引起高空大气分子光致电离，使一部分中性大气分子或原子电离成自由电子和离子，在60～1 000 km 范围内形成电离层。电离层是由电子、离子和中性粒子组成的一个导电的等离子体区域，这个区域因内部的电子密度与离子密度近似相等而对外呈电中性状态。由于离子的质量几乎与电离前的中性原子或分子质量相同，因此其温度也近似于中性原子或分子的温度。电离层内，离子和电子的能量很低，300 km高空离子和电子温度大约为1 200 K 或0.1 eV，因此电离层的等离子体属于冷等离子体［3］。
电离层中同时进行着中性粒子不断地被太阳辐射电离和电子与离子复合成中性粒子的过程，各层中的电子密度与中性粒子的密度、能量大于粒子电离能的光量子通量和离子复合速率有关。按照电子密度随高度分布的几个峰值将电离层分为D、E、F1、F2 层，其中D 层的电子密度峰值高度在90 km 附近，电子密度为1.5 × 105 cm-3。F1 层的峰值高度约为200 km，电子密度为2.5 ×105 cm-3。F2 层的峰值高度约300 km，拥有最高密度约为106 cm-3。在F2 层往上，随着高度增加电子密度开始逐渐降低。D 层离地面最近，大约从60 km开始，这层中性粒子密度最高，离子复合速率最快，因此这一层的电子密度最低。能致使大气电离的光子在D 层及以上被大气全部吸收，D 层以下大气的光致电离作用完全消失。
电离层电子密度有明显的昼夜变化，在夜间由于没有光致电离作用，离子与电子较快复合而D 层完全消失，其他各层因平均自由路径长，离子未完全复合，并不消失，但电子密度会下降1～2 个数量级，F1 和F2 层的界限在夜间消失而合成F 层。图4-1 是电离层各层电子密度随高度的分布，可以看出电离层有显著的昼夜变化，并且随着高度增加，电子密度先上升再下降，其极值约在300 km 左右的F2 层。(www.xing528.com)
图4-1 电离层各层电子密度垂直分布
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