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.      

太阳宇宙线在电离层D层中的电离

本文根据带电粒子对D层大气电离的理论,导出了太阳宇宙线在D层的电子产生率Q(h)的表达式,并计算了不同级别的太阳宇宙线事件、不同能谱参数下,Q(h)在极区随高度的分布。结果表明,不同级别、不同能谱的太阳宇宙线事件在极区产生的电离有显著的差别。同一级别,能谱指数γ越大,在较高的高度上电子产生率越大;能谱指数越小,在较低的高度上电子产生率越大。电子产生率的分布曲线出现明显的双峰,一个峰位于60公里左右,另一个峰位于85公里左右。前一个峰主要由太阳宇宙线中质子产生的,后一个峰主要是z≥2的重粒子成分产生的。本文所得结果明显好于Velinov等人的结果。      

中层顶附近Fe和Na层变化的特征时间比较

采用特征分析方法计算中层大气Fe和Na层的化学特征时间,同时计算了它们被流星烟粒吸附和被垂直输运的特征时间.结果表明,(1)在Fe层数密度峰值高度附近,其EA化学特征时间为数日,远大于传统定义的数分钟;(2)比较Fe的输运特征时间(w=1 m/s)和化学特征时间,得出在84 km以下化学过程占优势,而在84km以上,垂直输运过程占主导地位,与Na层结果相同;(3)通过将各自化学特征时间与垂直输运和流星烟粒吸附的特征时间比较,以及考察流星金属注入率对Fe和Na原子分布的影响,发现最有可能使Fe和Na层下边沿截止高度重合的原因是流星烟粒的吸附效应.      

释放SF6气体扰动电离层时的人工气辉研究

在电离层高度释放SF₆气体能够显著扰动电离层.根据SF₆分子在电离层中的扩散方程,同时考虑其在电离层中主要的离子化学反应,研究了SF₆气体释放后电离层各粒子浓度的时空变化,计算了产生人工气辉的体发射系数和发射强度.结果表明,SF₆气体在电离层高度释放后,电子和O⁺的密度均有大幅度下降,主要的负离子成分由电子转变成SF₅^-;在释放过程中,主要产生777.4 nm和135.6 nm两种气辉,且前者的气辉强度远小于后者;电离层温度对气辉的强度有很大的影响.本文的数值计算与美国IMS/SF₆实验观测数据进行比较,结果近似,且通过数据比较还能准确推断出实验时当地的电离层温度.     

台风与电离层f_0F_2相关性的探讨

本文分析了1969、1970、1972、1973四年中,21次台风影响海南岛时,该地区电离层F_2层临频f_oF_2的日变化曲线;找到了台风与电离层f_oF_2变化之间的有规律的相关现象。文中设想了这种相关的定性机制,即台风引起的对流层内的强烈垂直气流可以改变平流层、中间层内的局地环流系统,影响湍流层顶的高度及气体成分比,从而使电离层的电子浓度发生变化。我们认为,通过台风对高层大气的影响,研究上、下层大气耦合是比较现实的手段。     

太阳活动对EUV辐射在大气中吸收过程的影响

本文利用A-E卫星在太阳活动21周峰年间观测到的EUV辐射资料,高层大气成分的吸收截面,以及MSIS-86热层大气模式,研究了EUV辐射在大气中的吸收过程;在透射比为1/e和0.1/100时分别计算了透射高度随波长及太阳活动的变化。在波长范围50—1050内对37个波段分别求出了透射高度随太阳天顶角的变化。结果表明,当太阳活动增强时各波段的透射高度均升高,而且透射比越大则透射高度随太阳活动的变化也越剧烈。当透射比为一定时,太阳天顶角越大则透射高度随太阳活动的变化也越大。除此之外还存在一个相反效应,即太阳活动会使Chapman函数变小,这反过来又促使透射高度降低。这两种效应的综合作用结果可较好地解释某些电离层观测中的日没效应。     

利用曙暮气辉光度观测研究钠层

通过对钠原子曙暮气辉的18次观测确定了北京北郊上空不同季节钠原子气柱总含量和钠层重心高度等结构参数。结果表明:春夏季钠层重心位置高,秋冬季位置低.冬季观测的平均钠层重心高度为85.67公里;钠原子气柱总含量冬季明显高于其它季节,1月和12月的含量约为6月的7.5倍;冬季钠层也相对地厚.钠层重心高度及总含量的季节变化不仅受D层顶中性和离子化学的制约,而且受到垂直风及子午向或纬向环流的很大影响.     

美国标准大气1976的几点分析

本文分析了美国标准大气1976的大气参数表及制定的物理假设, 其主要结果是:1.可用绝对温度来定义整个温度剖面T(Z), 而不用“分子量温度”T_M。2.温度剖面的椭圆段在110公里处引进了一个量级为10-7J/m3·s的过大散热源。3.看来大气参数表中唯一的“系统”错误是导热系数。4.详细讨论了联结均匀大气层和高层非均匀大气计算的各种可能途径。5.建议在高层大气模式中引进CO₂分量并降低计算界面到80公里。      

由大气密度的季变化所造成的中、低层大气电离率的季变化

本文对CIRA 1972 模式下的中、低层大气密度季变化所造成的电离率的季变化作了理论计算, 利用宇宙线电离源函数对全球中、低层大气的电离率作了数值计算.计算结果表明, 在70km以下的大气电离率的季变化幅度为百分之几十.在电离峰值高度(约15km)以下幅度为约百分之十, 高度越高变幅越大, 到70km处达35%.在20km以上电离率的季变化趋势与大气密度的季变化趋势大致相同, 夏季比冬季大, 20km以下变化稍为复杂.      

基于钠激光雷达观测数据的中间层顶大气温度分布特性研究

作为中间层和热层的边界层,中间层顶存在多种能量交换方式,是大气能量耦合的重要区域。本文利用部署于中国科学院廊坊临近空间大气探测站的钠荧光多普勒激光雷达2013年的观测数据,研究了廊坊上空中间层顶区域大气温度的年度和季节分布特性,并分析了影响温度分布的多种因素。年平均温度廓线图显示,中间层顶位于约97.5 km高度处,温度约191.2 K。受放热化学反应的影响,年平均温度廓线91 km高度处出现了一个198 K的相对温度高点。中间层顶区域大气温度的季节分布受太阳辐射和大气动力学因素综合影响,夏季在大气动力学影响下,中间层顶高度较低,位于88 km高度处,温度也较低,约177 K;冬季太阳辐射起主导作用,中间层顶位于99 km高度处,温度为181 K。通过拟合月平均温度分析了中间层顶区域大气温度年变化和半年变化的振幅和相位特征。结果显示,中间层顶区域上部温度分布主要受太阳辐射的影响;在中间层顶区域下部,大气波动主导了温度分布。      

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．     

Simultaneous lidar observation of peculiar sporadic K and Na layers at São José dos Campos (23.1°S, 45.9°W), Brazil

We present the first simultaneous observation of mesopause sodium (Na) and potassium (K) layer by a lidar which has Na and K channel simultaneously at the South Hemisphere site, São José dos Campos (23.1°S, 45.9°W). Measurements reported here were conducted on two nights with 3.5 and 8?h of observations in November 2016. On 20 November 2016, sporadic layers in both Na and K layer occurred above 100?km, and the higher layers corresponded well with sporadic E (Es) layer. And the density of Na at 100–105?km is higher than that at main layer around 90?km, but K density around 100?km is at least 3 times smaller compared with the K density around 90?km for the similar period. On 21 November 2016, both sporadic layers occurred in main layer height with obvious descending variations with time, which seems like tidal induced. Notably, the peak K/Na ratio slowly increased with time. And Na layer and K layer showed different processes along with time with K density reaching its maximum 1?h later than that of Na. Correlations of Na/K density, Es, and winds were also discussed.     

大气重力波引起的突发钠层的模拟研究

应用钠原子和中性大气分子的质量连续性方程来模拟突发纳层（SSL），垂直风场采用接近实际大气重力波的正弦行波模式，结果较好地反映了SSL的形成过程。SSL的形成时刻在5－15min之间并可持续到30min之后，形成高度大约在90－100km之间，峰宽为0.5-2km之间，这些都与实际观测SSL的特点相符，同时还进一步地研究了当重力波参数（主要指垂直波长和周期）、风速以及常态钠层半宽度发生变化时SSL的变化趋势。     

Bennett彗星的Na彗发

本文对Rahe等的Bennett(1970Ⅱ)彗星Na彗发单色光度观测资料作了初步理论分析。借助Haser的理论模型求得Na原子及其母分子的标高,估算出它们的寿命;用Dolginov等的理论模型及其它公式和资料,估算出Na原子的外流速度和运动温度。最后作了简单讨论。      

Sterilisation properties of the Mars surface and atmospheric environment.

The radiative and chemical conditions at the surface and in the lower Martian atmosphere are computed at various latitudes and seasons combining a 2D photochemical model and radiation simulations. In most situations, the solar UV B and C radiations reach the surface however, suspended dust and, in polar cases, ozone can constitute an effective UV shield. The daytime and night time concentrations of the sterilizing oxidants: OH, H2O2 and O3 are determined, as well as the concentration of the substances which could influence the metabolism of microorganisms. The possible habitats of a remaining Mar's life as well as the possibilities of contamination by resistant earth life forms will be described.     

Sodium and potassium uptake of Ulva – Application of marine macro-algae for space agriculture

The treatment of sodium, Na, and potassium, K, presents a challenge in space agriculture material recycling, as humans require Na and plants cannot grow at high Na concentrations. Hence, we are proposing the use of marine macro-algae to harvest K and other minerals from composted human waste. Ulva was selected for this feasibility study, since it tolerates a wide range of salinity levels. Growth capability of Ulva was examined under various total salinity levels and proportions of Na and K in the incubation medium. A homeostatic feature of Ulva was found in its intra-cellular concentration of Na and K, and in the intra-cellular ratio between Na and K (at 0.58 ± 0.30, lower than that of human metabolic waste). Intracellular concentration of K in Ulva is 20 times higher than seawater. Because of these characteristics, Ulva is a good candidate species for space agriculture.     

平流层,中间层,低热层大气加热过程特性研究

本文计算了平流层、中间层和低热层大气中各种光化过程的加热率与大气的冷却率,并且给出了20—140km的大气净加热率的昼夜变化特征．为大气潮汐波的研究提供了基础．