电离层垂直探测(卷名：固体地球物理学 测绘学 空间科学)
ionospheric vertical sounding
使用电离层测高仪从地面对电离层进行的常规探测。测高仪从地面垂直向上发射脉冲调制的高频无线电波，并在同一地点接收它的反射信号，测量出频率连续改变的电波来回传播的时间（称为时延），从而获得电离层电子密度的高度分布。
电离层测高仪(又称垂测仪)是布雷特(G. Breit)和图夫(M.A.Tuve)在1925年发明的。第二次世界大战前，全球只有少数电离层垂直探测站（简称垂测站）。大战期间，由于改善短波通信的需要，在全世界各地建立了大量的垂测站。在国际地球物理年(IGY)期间，垂测站的数目约达 150个。中国在1949年前有重庆、武昌、兰州3个站；1949年以后，先后增设了乌鲁木齐、满洲里、长春、北京、广州、海口等站，形成了中国电离层垂测网，积累了两个太阳黑子周期以上的资料。
电离层测高仪的工作频率，在宽广的范围（如从0.5～30兆赫）内连续改变，基本上是一部短波脉冲雷达。它通常由发射机、接收机、天线、频率综合器、显示记录器、程序控制器等部分组成。进行探测时，发射机的脉冲调制高频振荡，通过天线垂直向上发射。当忽略碰撞和磁场的影响时，根据阿普尔顿-哈特里公式（见磁离子理论），电离层介质的折射指数可写为：
，式中
，称为等离子体频率(千赫)，f为发射频率（千赫），N为电子密度（厘米-3）。将发射机频率f由小到大调至fN时，电波就从与N相对应的高度反射回来。设电离层某层最大电子密度为Nm，则从该层反射的电波的最高频率
，称为该层的临界频率。如果f>f0，电波将穿过该层进入更高的层次。当f足够高，使得电波恰能穿过全部层次，则该频率为整个电离层的穿透频率。假设脉冲波在电离层介质中的传播速度和在真空中一样，那么根据反射下来的回波脉冲与发射脉冲之间的时延t，可以决定反射点的高度
，其中c是真空中的光速。但实际上电离层介质中电磁波的传播速度小于c，因此由上式算出的h′不是反射点的真正高度h，而比h大，通常称h′为等效高度或虚高。测高仪记录下来的h′-f的关系曲线称为频高图或电离图(图1)。由于地球磁场的影响，电波分裂为寻常波和非常波两个分量，于是在电离图上出现两个描迹，一个对应于寻常波，一个对应于非常波。当电离层吸收较小时，还常观测到二次、三次以至多次反射回波。
垂直探测站从电离图可以直接读出E、F1、F2、Es等层的临界频率、最小虚高等参数，并可度量出3000公里传输因子，编制成月报表。此外，通过适当的换算，还可以从电离图得出电子密度随高度分布的剖面曲线(图2)。
新技术的采用使垂直探测日臻完善。例如能探测电离层反射点附近电子快速运动技术，提高测高仪的抗干扰能力的脉冲压缩、视频信号鉴别、调频连续波技术，电离图的度量、处理方面的自动化和数字化技术等。
但垂直探测也有它的局限性：难于探测 D层的电离状态，难于获得E层和F层之间谷区（120～140公里）的信息，不能研究F层峰以上的电离层。这些问题需要由其他探测方法来解决（见电离层探测）。（见彩图）
