平流层臭氧和辐射场的季节分布特征

利用美国NCAR化学气候耦合模式WACCM3对平流层温度场、风场、臭氧及辐射场进行了模拟.结果表明,在适宜飞艇长期驻留的准零风层高度20～22km(对应大气压强范围为50～30hPa,以下均采用气压值表征对应大气高度),7-8月风速小于5m·s-1的风带可长期稳定在40°N以北.臭氧空间分布显示,在30hPa气压高度处中国地区臭氧浓度出现了带状分布,30hPa高度以下低纬度地区臭氧浓度低于中纬度地区.平流层太阳加热率的时空变化表明,在平流层上层,太阳加热率可达100×10-6K·s-1,而在平流层下层,只有10×10-6K·s-1.6-8月中国区域的太阳加热率大于9月;在100～30hPa高度内,中纬度地区太阳加热率高于低纬度地区,在30hPa高度以上,低纬度地区太阳加热率高于中纬度地区;8-9月30～40hPa高度处,太阳加热率的空间变化较小.在30hPa高度上,太阳加热率在40°N昼夜变化最大;50hPa高度处,太阳加热率的昼夜变化小于30hPa高度处,而且白天太阳加热率出现极大值的纬度明显靠北.平流层低纬度地区的长波加热率小于中纬度地区.青藏高原由于地形特殊,其6-7月的臭氧浓度、太阳加热率和长波加热率均小于同纬度其他地区.      

暴时极光区热层大气焦耳加热与F区电离耗空的EISCAT雷达观测

利用ＥＩＳＣＡＴ雷达探测数据，分析计算了太阳活动高年夏季发生的一次强磁暴期间，极光区电离层对流电场、电导率以及焦耳加热速率等着重考察了Ｅ区热怪大气焦耳加热和Ｆ区离子摩擦增温与Ｆ区电子密度耗空的关系发现在下午东向极光电集流期间，电子密度最大耗空出现在Ｆ区３００－３２５ｋｍ高度，时间恰在积分的Ｅ区大气焦耳加热量大值和Ｆ区最大离子增温之后５－１０ｍｉｎ，耗空率达７０％。     

三维球坐标系下重力波波包非线性传播过程的数值研究

采用全隐欧拉(FICE)格式，对三维球坐标系下重力波波包在中层大气的非线性传播过程进行了数值模拟.模拟结果完整地反映了重力波波包在中层大气的非线性传播过程，并与线性重力波理论进行了定量比较.     

飞机红外辐射及大气透过率计算方法

研究了飞机目标的红外辐射特性,以及红外辐射在大气中的辐射衰减特性.根据现有的理论基础以及飞机自身结构特性,将飞机的红外辐射源分为蒙皮、尾喷口和羽流3部分,并提出了3个辐射源在不同波段、不同角度下的红外辐射特性计算方法.根据红外辐射的大气传输特性,采用了不同波长、不同弹目距离下的大气透过率简易计算方法,并将其与Lowtran7进行比较.计算了飞机在不同波段下,经大气衰减后,最终到达红外探测器的辐射强度.     

粘性耗散对重力波波包共振相互作用的影响

采用数值方法考察了粘性耗散对重力波波包共振相互作用的影响．结果表明,粘性耗散不仅衰减相互作用波的能量,而且强烈地影响波包之间局地能量的传递,使波包的形状发生进一步的改变．粘性耗散减缓相互作用过程的发展,阻止高波数的次级波与主波进行相互作用．在低热层高度上,耗散过程占支配地位,三波能量演变的特征发生了相当大的变化．大尺度主波通过与小尺度次级波的相互作用,更快地实现对大气的加热．      

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。      

冕洞网络的大气模型

本文采用非径向磁流管位形的假设,计算了太阳冕洞网络部分的色球-日冕过渡区的能量平衡模型。所考虑的能量流包括辐射、传导、对流和机械波加热（如阿尔芬波）,计算结果表明在冕洞网络部分的过渡区中,电子温度T和密度N分别比宁静太阳中的值低60%和2倍,而其过渡区的厚度比宁静太阳中的大4倍。这种大气模型可满意地解释T≥105K范围的远紫外观测发射量度的分布。另外我们也发现在冕洞大气的过渡区中,阿尔芬波加热似乎不能忽略,尤其是在冕洞的过渡区底部,它的加热作用可能会超过热传导。在冕洞大气中,由于波动量的淀积而产生的对流能损耗也是重要的,在过渡区底部650km以上,对流能损耗逐渐超过辐射损耗。      

太阳X射线暴在地球大气中传输的Monte Carlo模拟

应用MonteCarlo方法对太阳X射线暴(1-8?及0.5-4?)与地球大气相互作用过程进行跟踪模拟,得到了X射线暴在电离层D层产生的电子产生率,并计算了由此产生的宇宙噪声吸收值。结果与作者在南极观测得到的X射线暴期间宇宙噪声吸收值符合较好.      

重力波对中层顶区光化加热的影响

计算了重力波过程对光化加热的影响,并研究了不同温度背景及不同氧原子的背景分析对该过程的影响,计算表明重力波可以造成中层顶光反应加热的损失。     

巡航导弹红外辐射及大气衰减计算模型

对巡航导弹3个主要辐射源:蒙皮、尾喷管及羽流进行了深入分析,建立了巡航导弹红外辐射计算模型.此外,在红外辐射的大气传输理论基础上,综合考虑高度、倾斜及气象条件等各种因素,分析了大气衰减对红外辐射的影响,建立了大气透过率的理论模型与计算方法.最后,以某型号巡航导弹为例,利用此模型计算了3~5μm和8~12μm两个波段的红外辐射强度、大气光谱透过率和平均透过率,以及经过大气衰减后的红外辐射强度,并对计算结果进行了分析.结果表明,这是一种计算巡航导弹红外辐射的简单方法.      

高层大气臭氧对于太阳紫外辐射27天波动的响应

本文利用Ｓｏｌａｒ Ｍｅｓｏｓｐｈｅｒｅ Ｅｘｐｌｏｒｅｒ（ＳＭＥ）卫星１９８２年和１９８３年太阳紫外辐射和赤道地区５０－９０ｋｍ臭氧分布的红外观测资料，对臭氧地太阳紫外辐射２７天振荡的响应进行了研究，并且利用大气光化波动模式对其进行了理论计算，计算结果与实测结果基本一致。     

中层大气钠层的流星蒸发模式

本文计算了地球中层大气的钠层模式。在此模式中,流星蒸发是形成钠层的源而尘埃的吸附足汇。本文考虑和比较了有关钠层形成机制的已往工作中所出现过的所有光化学反应,选出了四十个合理而重要的化学反应作为本模式的化学基础。模式也考虑进了高度变化的涡流扩散和带电粒子受地磁场作用的向下飘移等机制。本文对各化学反应和模式中各个因素的重要性作了比较和评价。本文计算结果表明,在各高度上中层大气中的钠及其化合物的相对浓度主要取决于化学反应过程本身,与源、汇及各层间扩散机制等关系不大。虽然在钠层模式计算中必须考虑到十种钠成分,但105公里以上主要成分足钠离子(Na+)。80公里以下主要成分是氢氧化钠(NaOH)。80公里到105公里间主要成分是中性钠原子(Na)。所有成分的总浓度主要地取决于源和汇随高度的分布。大气背景及电离常数的变化可以引起钠层相当显著的季变化和周日变化。理论计算结果与历年来的观测结果作比较后可以看到两者大体上符合得相当好。      

氧气A(0,0)波段气辉体发射率和临边辐射强度模拟与分析

临近空间大气参数如温度、密度、风场等对预报模型精度及航天器运行安全等有较大的影响，而气辉的辐射模拟是大气参数反演的重要过程.本文基于光化学模型计算了氧气A（0，0）波段气辉的体发射率和临边辐射强度.基于氧气A（0，0）波段气辉的光化学反应机制、大气动力学和光化学反应理论，建立产生O₂（b1Σ_g+）的光化学模型.计算气辉体发射率，基于临边探测几何路径进行气辉辐射强度模拟.体发射率计算结果与AURIC模型结果的辐射值及辐射高度均一致.基于计算和模拟结果，对氧气A波段气辉体发射率和辐射强度的影响因素进行了分析.      

日全食期间中间层大气臭氧光化过程试验

利用包括活O_x、HO_x、和NO_x等成份在内的一维时变光化模式,研究了日全食时上中层大气臭氧和O₂(1△g)的变化特性,并通过与观测资料的比较进行了光化模式的试验.结果表明,日全食时太阳辐照变化对1.27μm气晖影响的高度比曙暮期间明显偏低,利用1.27μm气晖光度计测量大气臭氧的高度范围约为52-67km.1997年3月9日漠河日全食时测量的大气臭氧含量变化幅度为50％.这与考虑O_x、HO_x、和NO_x等成份的光化模式理论模拟结果基本一致.它表明在52-67km高度范围不存在臭氧亏损现象.      

临近空间大气密度扰动对高超声速飞行器气动热环境的影响

基于TIMED/SABER 2002—2018年大气密度观测数据，统计分析了20~80 km大气密度扰动对高超声速飞行器飞行热环境的影响。根据驻点热流估算方法给出的大气密度变化量与热流变化量之间的关系，定性和定量分析了不同月份大气密度相对变化量引起的热流变化量在垂直和水平方向的分布特征。研究表明:SABER大气密度月年均值计算的热流相对USSA76在夏季半球中高纬度地区偏高，在冬季半球偏低。在夏季半球高纬度地区约80 km附近存在热流增量的极大值，南半球夏季的极大值高于北半球夏季，尤其在南半球1月份，热流偏高可达32.2%。在经度方向，热流分布在夏季半球差异较小，冬季半球差异较大；考虑真实大气中存在的扰动时，在南半球和北半球夏季80 km附近，SABER大气密度预测的热流分别比USSA76偏高可达40.7%和36.6%。在经度方向，大气扰动引起的热流经向分布差异显著。在飞行器设计时，大气扰动的影响不能忽略；高超声速飞行器飞行应避免在夏季穿越南半球和北半球，规避热流增加带来的风险。      

利用OH夜气辉反演原子氧数密度时输入参数的不确定度对反演结果的影响

借助OH夜气辉辐射的光化学模式,由OH夜气辉辐射反演中间层-低热层区域的原子氧数密度时,输入参数的不确定性将导致反演得到的原子氧数密度具有不确定性.以在sudden death猝灭模式下通过OH(8-3)振动带体辐射率反演原子氧数密度为例,分别研究了大气参数和OH气辉辐射率的不确定度引起的反演不确定度、化学反应速率常数的不确定度引起的反演不确定度,以及所有输入参数的不确定度共同引起的反演不确定度,找出其不确定度对反演结果影响最大的参数.结果表明,三种反演不确定度均随着高度的升高而增大,温度和体辐射率的不确定度对第一种反演不确定度的贡献最大,反应速率常数b(8)和A(8-3)、的不确定度对第二种反演不确定度的贡献最大.     

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．     

利用曙暮气晖反演中层臭氧的可行性

利用1.27μm曙暮气晖反演大气O₃是中间层03含量的重要测量方法.本文研究了1.27μm地面曙暮气晖所包含的独立信息参量、可测量高度和垂直分辨率;讨论了光化学参量、大气参量不定性的影响和对中间层O₃含量变化的灵敏度.结果指出,利用这一方法可以给出60－90km高度的大气O₃含量,光化模式参量不定性的影响约为10％.      

地形对低平流层突然增温的可能影响

本文用Nimbus7 SAM卫星观测的温度资料,分析了突然增温事例中地面地形不同的四个子午圈剖面内的温度分布及变化过程。结果表明,高山地区、平原和海面上空的行星波加热和低平流层突然增温有很大的差别。地形的影响是明显的。