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.      

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.      

武汉上空背景Na层长期变化和夜间变化特征的激光雷达观测研究

通过分析武汉大学激光雷达在2001年4月到2004年12月的观测数据,研究武汉(30.5°N,1144°E)上空背景Na层的长期(时间尺度大于1年)变化和夜间变化特征,并讨论了这种变化特征可能的产生原因.Na层长期变化的观测研究表明,背景Na层柱密度最大值出现在11月,大约是5月份最小值(1.6×109 cm-2)的2倍;质心高度最大出现在8月,比年平均高度91.5km高14km,最小值出现在5月,为91.2km;rms宽度平均值为4.5 km,最大值和最小值分别出现在12月和3月;月平均Na层质心高度和均方根宽度都具有准半年周期的变化,但两者变化的相位相反.除了长期变化外,背景Na层还呈现出明显的夜间变化特征:除凌晨短暂的时间外,Na层柱密度随夜间时间增加,于0530 LT达到最大值(2.9×109 cm-2);峰值对应的高度随时间下降;质心高度随时间缓慢增加但在凌晨迅速下降基本恢复到入夜时的高度;整夜背景Na层平均柱密度、峰值对应的高度、质心高度和rmS宽度起伏值分别为1.1×109cm-2,3 km,0.3 km和0.8 km.      

基于瑞利激光雷达对格尔木地区中间层逆温层特征分析

利用MARMOT （Middle Atmosphere Remote Mobile Observatory in Tibet）激光雷达对2014年7月至12月格尔木（36.25°N,94.54°E）上空的中间层逆温层MIL （Mesosphere Inversion Layer）事件进行研究分析.格尔木MIL现象的发生频率为53.8%,其中冬季（12月）发生频率最高,达76%;秋季（9-10月）较高,为60%;夏季（7-8月）发生频率较低,为29%.2014年7月至12月观测到的MIL逆温幅度主要分布在5～20K,平均逆温幅度为15.9K.秋季逆温层底部高度较高,主要分布在77～84km,冬季和夏季逆温层底部高度较低,主要分布在64～74km.逆温层底部高度平均为75.1km.逆温层的平均宽度为8.7km,由夏季到冬季呈递增趋势.      

瑞利激光雷达探测北京上空中间层低逆温层

利用延庆瑞利激光雷达（40.47°N,115.97°E）2012年1-2月及2012年5月至2013年4月的探测数据,分析得到北京上空60～80km高度140个晚间的温度廓线,对这一区域内的低中间层逆温层现象（Lower Mesospheric Inversion Layer,Lower MIL）进行了统计分析,发现平均逆温幅度为23.4K,平均垂直尺度为4.78km,逆温层底部平均高度为68.2km.约有2/3的逆温层存在随时间垂直传播现象,且大多为向下传播.此外,还观测到三个垂直传播速度相差近一倍的特殊双低层MIL演化现象.      

武汉上空Na层季节和夜间变化的观测研究

根据武汉大学激光雷达2001年3月到2002年10月的观测数据,对武汉上空(30.5°N,114.4°E)的背景Na层结构进行了研究,并与其他观测站尤其是Urbana(40°N,88°W)的观测结果进行了比较。发现武汉上空11月的Na层柱密度最大,是4月的2.5倍,质心高度的极小值出现在5月和11月,极大值在4月、9月和12月;全年平均Na层均方根宽度为4.47km.Na层各参数呈现出周期性变化规律,其中Na层均方很宽度呈现出明显的半年周期性变化规律。夜间Na层柱密度呈现总体增加的趋势,质心高度在入夜后立即迅速上升,在2000LT以后上升速度趋缓,凌晨0500LT以后出现下降;Na层均方根宽度在夜间约有1.3km的起伏变化,它入夜后迅速减小,在午夜0035LT时出现一低谷,然后随时间逐渐变宽。     

基于多种观测手段的东亚低纬电离层不规则体事件分析

利用海南台站（19.5°N,109.1°E,dip:13.6°N）和磁赤道区的多种地基和天基观测数据,对2011年11月20日观测到的电离层不规则体事件进行了分析.海南台站VHF雷达、电离层闪烁和数字测高仪的综合观测结果表明,当天日落附近发生了强的电离层不规则体事件,主要表现为雷达羽和强闪烁的形态.结合磁赤道区GPS和C/NOFS卫星观测结果进行分析可知,海南台站日落附近出现的雷达羽和强闪烁与南海磁赤道区产生的主等离子体泡存在明显联系.      

频高图Es层回波的自动识别

提出了一种基于决策树算法的自动识别Es层回波的方法以提高Es识别效率.通过自适应二值化以及中值滤波算法对频高图进行预处理，并提取有效的Es回波区域.利用Es层在虚高轴分布的规律，通过图像投影的方法选择出特征，将这些特征以及时间信息作为决策树算法的输入；通过人工识别方式为每幅频高图标明是否存在Es回波的标签，与决策树算法的输出进行比较.对训练集进行训练、剪枝，获取最接近人工识别结果的决策树，使用测试集对获取的决策树进行测试验证.本文使用云南普洱站（22.7°N，101.5°E）记录的频高图数据作为训练集，分别使用云南普洱站（22.7°N，101.5°E）和四川乐山站（29.5°N，103.7°E）的频高图数据作为测试集对该方法进行测试验证，结果表明该方法对普洱站和乐山站两地Es二跳回波的识别均具有较高的准确率，分别达到84.2%和82.8%.      

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。     

无线电掩星和激光雷达观测结果比较

简要阐述了激光雷达和ＧＰＳ掩星探测大气的基本原理，并利用１９９６年１０月１４日１６２５ ＵＴ时 Ｂ本 ＴＭＵ钠和瑞利散射激光雷Ｂ（３９．２３°Ｅ、 ３５．３７°Ｎ）资＃，反演得到 ３０－５５ ｋｍ高度范围内大气密度和温度的观测结果，与此同时通过激光雷达上空的 ＧＰＳ掩星观测到的掩星切点处的观测结果进行了比较．结果表明：两种方法获得测出的密度廓线符合得很好；温度廓线的变化趋势也基本一致，但在某些高度上有较大的偏离．文中最后对比较结果作了简要分析，讨论了重力波对大气密度和温度廓线的影响．     

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.      

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.     

2010年5月4日夜间海口上空钠层密度的激光雷达观测研究

使用Nd:YAG激光器和泵浦染料激光器产生的589nm激光, 与中高层大气中钠原子产生共振, 利用直径为1000mm的望远镜接收钠层的光子回波. 研究中国海口市2010年5月4日夜间的中高层大气中钠层密度分布, 计算钠层的相对密度和绝对密度, 研究钠层密度峰值变化. 观测到突发钠层出现在23:52LT, 持续12min.      

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.      

Spatial asymmetry in topside ion density and vertical E × B plasma drift velocity within 75°E–95°E

The ion density measured by the Ionospheric Plasma and Electrodynamics Instrument (IPEI) on board the ROCSAT -1 over the 75°E and 95°E meridian at 600km altitude has been utilized to examine the latitudinal and longitudinal distribution within the Indian sector, in particular, the north-south and east-west asymmetries of the equatorial ionization anomaly (EIA). A longitudinal gradient in ion density at 600?km higher towards 95°E develops during the noontime and afternoon hours when the EIA is at its peak. The density gradient persists till evening hours when pre-reversal enhancements occur. The vertical E?×?B plasma drift velocity measured simultaneously by ROCSAT -1 for the same space-time configuration has also been studied. In addition to diurnal, seasonal and solar activity variations in E?×?B drift velocity, the longitudinal gradient is also observed. The EIA at the altitude of 600?km peaks at different latitudes and are mostly asymmetric about the magnetic equator. From midnight till 0800 LT, the ion density across the equator is nearly uniform in the equinoxes. But in the solstices, the density exhibits a north-south gradient. In the June solstice, density is higher in the northern hemisphere and decreases gradually towards south. The gradient in density reverses in December solstice. Normally, the EIA peaks within 1200 LT and 1600 LT while around 2000 LT, pre-reversal enhancement of ionization occurs affecting the EIA evening structure. The strength of the EIA also exhibits seasonal, year-to-year and hemispheric variations. The longitudinal asymmetry of drift velocity along 75°E and 95°E longitude sectors is the contributing factor behind the observed longitudinal asymmetry in ion density. Significant positive correlation between the strength of the EIA and E?×?B drift is observed in both longitudes.     

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.      

Mesospheric ionisation over dip equator at sunrise

The electron density profile in the equatorial mesosphere was measured during sunrise time over Thumba(dip lat= 0.6°S). The measurements were carried out in the altitude range 60 to 100 km using rocketborne probes. A sharp layer of ionisation was observed around 80 km with electron density about 10⁸m^?3. It is suggested that hydrated ions are the main constituents of this layer.