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电离层人工变态能够干扰短波及卫星通信，对空间物理研究具有重要意义。本文从电波加热和化学释放两种扰动电离层的手段出发，首先利用一致渐近方法推导计算了电波垂直加热电离层形成的驻波电场分量幅值，得到了比电场经验公式更为精细的电场分量结构，并比较了不同时空条件对计算结果的影响；其次，基于中性气体扩散方程、离子化学反应方程及等离子体扩散方程，模拟了三种典型化学物质（氢气H2、二氧化碳CO2和三氟溴甲烷CF3Br）经点源和多源释放后导致的电离层三维扰动变化；最后，利用自适应变步长的三维射线追踪数值方法讨论了化学释放变态电离层对不同频率短波传播的影响，并且计算了电波在受扰电离层的吸收损耗。结果表明：
1、O波垂直入射后，反射点附近电场幅值出现“突增”现象；夜间O波和X波的反射高度均高于白天，但电场幅值小于白天；随着纬度升高或?（地磁场与垂直向下方向之间的夹角）减小，两波的反射高度均逐渐降低，反射区域电场幅值的最大值逐渐增大，其中O波电场在反射点附近的“突增”现象会随?减小而变得更加剧烈，而X波在反射点附近的变化则比O波更为平缓；O波的极化方式会随高度升高而改变，在白天时间和中纬地区，极化方式的改变更为显著。
2、化学物质点源释放后，电离层电子被迅速消耗并形成电离层“空洞”，“空洞”在水平面上沿磁场线方向的轴长略大于其垂直方向；在释放量及释放高度相同的前提下，H2扩散最快，CF3Br扩散最慢，但就t=100s时电子密度最大相对变化率而言，CF3Br最大，CO2次之，H2最小；点源释放条件下产生类椭球状的电离层“空洞”，而多源释放条件下产生类抛物线管状的“空洞”。
3、CF3Br释放形成的“空洞”垂直范围最小，开始发生穿透现象所需的短波频率最高；H2扰动下“空洞”边界的电子密度梯度最小，射线聚焦点明显偏高，聚焦效应最弱；多源释放形成的“空洞”结构使射线的传播路径更加多样，此时仍有聚焦效应出现，且聚焦点随射线频率增加而升高，聚焦效应减弱。对于相同频率射线，90°仰角射线的吸收损耗为一极小值，当射线在“空洞”中发生多次反射时，射线的吸收损耗将会大幅增加。
1、O波垂直入射后，反射点附近电场幅值出现“突增”现象；夜间O波和X波的反射高度均高于白天，但电场幅值小于白天；随着纬度升高或?（地磁场与垂直向下方向之间的夹角）减小，两波的反射高度均逐渐降低，反射区域电场幅值的最大值逐渐增大，其中O波电场在反射点附近的“突增”现象会随?减小而变得更加剧烈，而X波在反射点附近的变化则比O波更为平缓；O波的极化方式会随高度升高而改变，在白天时间和中纬地区，极化方式的改变更为显著。
2、化学物质点源释放后，电离层电子被迅速消耗并形成电离层“空洞”，“空洞”在水平面上沿磁场线方向的轴长略大于其垂直方向；在释放量及释放高度相同的前提下，H2扩散最快，CF3Br扩散最慢，但就t=100s时电子密度最大相对变化率而言，CF3Br最大，CO2次之，H2最小；点源释放条件下产生类椭球状的电离层“空洞”，而多源释放条件下产生类抛物线管状的“空洞”。
3、CF3Br释放形成的“空洞”垂直范围最小，开始发生穿透现象所需的短波频率最高；H2扰动下“空洞”边界的电子密度梯度最小，射线聚焦点明显偏高，聚焦效应最弱；多源释放形成的“空洞”结构使射线的传播路径更加多样，此时仍有聚焦效应出现，且聚焦点随射线频率增加而升高，聚焦效应减弱。对于相同频率射线，90°仰角射线的吸收损耗为一极小值，当射线在“空洞”中发生多次反射时，射线的吸收损耗将会大幅增加。