2012年7月海口与北京大气钠层观测

2012年7月海南激光雷达站（20°N,110°E）和北京激光雷达站（40°N,116°E）同时进行观测,对比低纬和中纬度中高层大气钠层分布及密度变化特性.两地使用相同的Nd:YAG激光器和泵浦染料激光器产生589nm激光,设定相同的激光参数,使用相同的直径1000mm的望远镜接收钠层的光子回波.两地均观测到突发钠层和双钠层事件.其中:海口观测到突发钠层事件9个,双钠层事件1个;北京观测到突发钠层事件1个,双钠层事件4个.分析海口和北京同一天夜间观测的大气钠层特性,对比两地同时观测到的钠层高度与密度的不同变化,发现当天夜间低纬度地区海口市上空钠层出现双钠层结构,持续时间123min,但是北京上空钠层没有发现该结构.      

基于X射线掩星探测反演行星大气密度

X射线掩星是一种常见的天文现象，基于X射线掩星探测的大气密度反演是一种涉及学科交叉的新方法，其通过处理高能X射线天体辐射源的掩星观测数据实现大气密度的反演，基本原理为X射线在大气中传播时，X射线光子被大气中的原子（包括分子中的原子）吸收和散射，从而导致X射线强度发生衰减，根据衰减后X射线信号的强度反演对应的密度廓线。本文根据X射线掩星探测的应用需求，论证了基于X射线掩星实现大气密度反演的新方法，重点介绍了光变曲线拟合和能谱拟合两种地球中高层大气密度反演算法，分析了X射线掩星探测反演大气密度的研究进展和研究方法，对基于X射线掩星反演大气密度的优点进行分析和讨论，进而对X射线掩星探测的应用场景进行展望。结果表明，作为一种新型中高层大气密度测量手段，X射线掩星探测可对中高层大气密度实现有效探测，弥补了目前中高层大气密度实测数据的不足。     

海口上空中高层大气强烈的突发钠层观测

海南激光雷达站（20°N,110°E）2011年11月2日观测到强烈的突发钠层（SSL）.该SSL峰值密度达37087cm-3,半峰全宽仅为0.9km.对该SSL发生前后的钠层峰值密度和高度特性进行分析.统计激光雷达2010年5月至2013年12月共计377天观测到的SSL事件222次,其中仅有1次SSL峰值密度超过30000cm-3.对比距离最近的海南儋州（19.5°N,109.1°E）测高仪和VHF雷达观测到的突发E层（Es）事件,分析事件的相关性.Es最低高度与SSL峰值高度差均在5km以内,约有75%的Es与SSL时间差在±30min之内.实验中使用continuum的Nd:YAG激光器和泵浦染料激光器产生589nm激光,能量为45mJ,使用直径为1000mm的望远镜接收钠层的光子回波.      

武汉上空钠层与钾层的同时激光雷达观测

简要介绍了(WIPM)双波长共振荧光激光雷达系统和数据处理方法, 并利用其对武汉上空钠层和钾层进行了多天的同时观测, 通过对钠层和钾层的绝对数密度、柱密度以及质心高度的计算, 同时与中纬度其他地区的相关参数进行比较,得出武汉上空钠层的绝对数密度、柱密度以及质心高度与其他中纬度地区十分相近的结论, 并且发现了一个钠层突发和钾层突发不同时出现的现象.      

红精灵发光光谱的数值模拟研究

红精灵是发生在雷暴层云顶的一类大气瞬态发光现象, 是能量由对流层耦合到中高层大气的直接证据. 其发光光谱研究是了解整个事件对中高层大气能量注入的重要手段, 有助于认识事件发生区域的大气电离度及事件过程的能量电子分布, 进一步为研究红精灵的产生机制提供重要信息, 同时为大气辐射背景资料研究提供重要依据. 本文利用Boltzmann方程求解了电场作用下弱电离气体中电子能量分布的时变函数, 以此为基础, 模拟计算了红精灵各典型发射带的光谱强度. 模拟计算结果表明, 约化电场E/N越强, 电子获得的能量就越多, 高能电子也就越多, 致使撞击中性大气产生的辐射光强就越强; 模拟显示红精灵光辐射谱分布从远紫外直至近红外.      

北京上空下三角钾层的激光雷达观测与研究

利用2010年11月至2011年10月和2013年5月至2014年4月两年的观测数据发现一种特殊的钾层,称其为下三角钾层.下三角钾层的峰值密度随时间逐渐增加,峰值密度所在高度不断降低,钾原子浓度随高度的升高先迅速增加,然后又缓慢减少.当下三角钾层出现时,90km以下的柱密度显著增加,而90km以上的柱密度变化不大,导致钾层总的柱密度明显增加.一月是下三角钾层出现时长最多且出现率最高的月份,这可能与大气半日潮汐的季节变化有关.下三角钾层的频繁出现使钾层一月份的柱密度和峰值密度分别增加15.7%和12.9%,而质心高度却降低0.18km.将下三角钾层与同时同地观测的钠层进行比较,结果显示当钾原子浓度增加时,钠原子浓度却变化不大.假设不存在特殊的源注入,结合钾层模型与钠层模型中的化学反应及其相应的化学反应速率,可以推测下三角钾层中增加的钾原子主要来自KO₂,部分来自KOH.      

中层顶区钠层化学反应寿命的初步研究

利用本征值和本征矢量的分析方法，对钠层的光化学反应的寿命进行了研究，结果表明，利用该方法计算出的钠原子的化学寿命与传统理论有所不同．从而证明了在中层顶区，钠层的中上部的扰动主要受大气动力学过程的影响，钠层底部主要由光化学控制．这为利用钠层作为示踪剂研究中层顶大气动力学的理论提供了理论依据．     

一种全天空气辉成像仪数据预处理方法和初步结果

大气重力波是大气中的基本波动形式之一,在中高层大气动力和热力学过程中起着十分重要的作用.全天空气辉成像仪是一种以大气气辉辐射为示踪物,能够有效对大气重力波成像的仪器.本文针对中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室中高层大气组自主研制的全天空气辉成像仪所观测的数据,提出了一种气辉图像预处理方法,进行平场校正、方位校正、星光去除和坐标映射等数据订正.利用该方法处理2015年5月17日21:00BLT至次日05:00BLT西宁台站（36.6°N,101.7°E）的OH气辉数据,发现一次重力波事件,分析并获得了该重力波的水平波长、观测水平相速度和传播方向（分别为17.72km,47m·s-1,339°）.研究结果表明该方法是可行的.      

中高层大气风场和温度场星载探测技术研究进展

中高层大气风场和温度场是重要的大气基本参数, 其全球高精度测量具有广泛的应用前景, 探测需求日趋强烈. 干涉光谱仪由于其多通道、高通量和高光谱分辨率等优点而成为本项目的首选. 目前被成功应用的干涉式测风/测温仪器主要有Fabry-Perot 干涉仪和广角Michelson 干涉仪两大类. 本文对干涉光谱仪用于中高层大气风场和温度场探测的发展状况进行了分析, 同时比较了几种干涉仪测风和测温的可行性及优缺点, 为中国开展中高层大气风场和温度场星载探测打下基础.      

中德加团队合作开展新一代高层大气被动光学遥感测风设备研制取得进展

正由中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室承担的中国科学院国际合作局的海外仪器项目《新一代高层大气风场探测仪联合研制》接受中国科学院国际合作局组织的技术审核,项目通过验收,技术专家评定该项目为优秀。中国、德国和加拿大三方研究人员联合开展项目合作研究和设备研制。中方成员来自中高层大气徐寄遥研究员领导的中高层大气组,由朱亚军博士全程参与设备研制工作,德方成员来自Helmholtz Association of German Research Centres下属的Forschungzentrumjuelich能源与环境研究所Martin Kufmann博士领导的大气遥感团队,加方成员来自University of New Brunswick的William Ward教授领导的中高层大气研究团队。     

2010年海口上空突发钠层事件观测

使用钠荧光激光雷达观测2010年低纬度地区海口(20.0°N, 110.3°E)上空突发钠层事件. 2010年总计观测时间为458h, 观测到突发钠层事件38次, 即每观测12h有1次突发钠层事件发生. 结合武汉上空突发钠层数据, 对比巴西低纬度地区数据, 揭示低纬度地区突发钠层频发现象. 观测到2010年12月30日突发钠层峰值时刻钠层密度廓线具有很好的空间对称性. 分析了距海口激光雷达西南约160km中国海南澹州(19.5°N, 109.1°E)的测高仪数据, 检测了13对突发钠层和电离层偶发事件, 结果表明突发钠层与Es有很强的相关性. 通过 分析低纬度地区上空突发钠层峰值径迹平均速度发现, 大多数突发钠层峰值向 下运动.      

Observation of the double sodium layer over Haikou,China by Lidar

A Double Sodium Layer (DSL) structure was observed during the night of August 22, 2011 over Haikou, China (20°N, 110°E) by Na lidar. This DSL comprised a typical sodium layer at altitudes of 80~105km and a higher sodium layer at altitudes of 105~115km in about 0.5 h. A wavelength of 589nm dye laser pumped by a Nd: YAG laser was used to make the measurement. The backscattered fluorescence photons from the sodium layer were collected by a telescope with a primary mirror of 1000mm in diameter. The sodium density of these layers during the nighttime observation in the Mesosphere and Lower-Thermosphere (MLT) was studied.      

中国武汉上空钠层分布的实验观测与理论模拟

介绍了中国科学院武汉物理与数学研究所钠层荧光激光雷达及其观测数据反演方法;对武汉上空钠层分布进行了初步理论模拟,并与观测结果进行了比较,对影响武汉上空钠层分布的因素进行了初步讨论。     

海口站电离层闪烁强度功率谱分析与建模应用

基于中国海口站(20.00°N, 110.33°E)获取的2013全年UHF 频段电离层闪烁信号强度数据, 利用Welch算法, 分析给出了四类典型电离层闪 烁强度功率谱. 利用功率谱时序图分析方法, 发现电离层不均匀体存在东西向水 平周期性变化结构. 提取全年功率谱指数p, 通过统计分析发现谱指数p存在规律变化, 据此建立一个谱指数经验模型, 该谱指数模型已用于中国低纬 区域电离层闪烁发生预报概率模型(CMSOP), 进而对海口站UHF频段电离层闪烁发生 概率观测数据和预报结果进行了对比分析.      

中国典型区域Es特性研究

利用中国海口、长春和拉萨三个站1976-1986年一个太阳周的观测数据, 对中国典型区域的Es特性进行了研究. 分析了不同强度Es (f₀E_s > 3, 5, 7, 9MHz)出现概率随本地时、季节以及太阳活动的变化规律, 并对电离层Es遮蔽情况(包括全遮蔽和半遮蔽)进行了系统分析. 研究结果表明, 各种强度的Es出现概率均是白天大于夜间, 夏季高于其他季节, 随太阳活动性变化规律不明显, 地区差异较大, 大部分情况拉萨站Es出现概率最高; 对于全遮蔽和半遮蔽特性, 不同站也表现出不同的分布规律.      

负相电离层骚扰及其日地相关关系

本文对1965—1982年, 我国境内的满州里(49°35′N, 117°27′E), 北京(40°00′N, 116°18′E), 重庆(29°30′N, 106°25′E), 广州(23°09′N, 113°21′E)和海口(20°00′N, 110°20′E)等五个电离层观测站的负相电离层骚扰形态, 用世界资料中心A出版的太阳地球物理资料中的太阳耀斑、射电、地磁和北京地磁台的地磁观测报告等资料与电离层骚扰的相关关系进行了分析研究.所得到的电离层骚扰形态变化规律和日地相关规律的结果对预报电离层骚扰是有益的.      

瑞利激光雷达反演中层大气温度算法

瑞利激光雷达是探测中层大气温度的重要设备,具有高时空分辨率且不存在探测盲区的优点.为充分利用激光雷达探测到的原始数据,改进了传统的Chanin-Haunchecorne方法,采用由均匀搜索生成温度初值的方式反演大气温度.位于北京延庆（40.3°N,116.2°E）的瑞利激光雷达具有589nm和532nm两个通道,将589nm通道用于计算,532nm通道作为参考.在150~250K区间等间隔选取多个温度初值,利用589nm通道反演60~70km高度范围内的大气温度廓线和大气密度廓线,利用参考密度廓线选取准确的温度初值,反演得到准确的大气温度廓线.将589nm通道和532nm通道反演的温度廓线相比较,发现二者具有较高的一致性.改进后的方法有效利用了信噪比较差的光信号,使589nm通道的温度探测上限从60km提高到70km.