高功率微波注入大气层影响臭氧平衡是一种人为积极修复臭氧层的手段。其原理为:高功率微波在大气中传输时,会发生大气电离,产生大量自由电子,而自由电子的生成会影响臭氧的平衡,包括促进臭氧生成、分解氟利昂等。随着高功率微波的不断发展,这种方法变得切实可行。所以深入研究高功率微波注入对大气层臭氧动态平衡的影响具有重要的现实意义。首先,采用时域有限差分(FDTD)法推导了直角坐标系下麦克斯韦方程组的差分形式,讨论了 FDTD法的稳定性条件与Mur和PML两种吸收边界条件,对电磁波在真空中的传播进行了数值仿真。数值结果显示边界误差低于6×10-5,电磁波的传播效果与实际相符。在此基础上建立了高功率微波的大气电离模型,模型包括麦克斯韦方程组、电子运动方程以及连续性方程。将时域有限差分法应用于大气电离模型,计算得到了不同微波条件下的大气电离结果,包括不同微波场强、脉宽和频率的微波作用在不同大气层高度的自由电子与微波强度的变化情况。在此之后还对脉冲撤走后电子的弛豫过程展开了详细的分析。结合微波作用下的电离过程与撤走微波后的弛豫过程对高功率微波注入大气对自由电子的影响进行了完整的仿真。数值结果显示,高功率微波注入10ns后的自由电子数密度能够高达到1016cm-3。最后,从两个方面分析了高功率微波注入影响臭氧平衡涉及到的化学反应过程,一是对流层促进氟利昂分解的反应,二是平流层促进臭氧生成的反应。结合相关化学过程、大气电离模型与FDTD法对高功率微波影响臭氧平衡的过程进行了数值仿真。数值结果显示,高功率微波注入对流层可获得超过5%以上的氟利昂分解率,注入平流层能够使臭氧数密度提高3个数量级并维持约400s。最后粗略的计算了分解氟利昂与生成臭氧所需的微波功率,证明利用GW级微波功率源注入清除对流层氟利昂以及促进平流层臭氧的生成具有一定可行性,即高功率微波注入大气层可以在一定程度上修复臭氧层。