局部地区高空磁场的计算方法

本文用曲面样条函数表示地磁场及其水平梯度在地面上的分布, 从而使A.J.Zmuda提出的计算高空磁场的方法更加简便。本文还给出了借助于局部地区地磁场的球谐分析, 计算高空磁场的方法。      

地磁场模型简化计算方法

为了实现地磁导航在近地轨道卫星上的应用,需要解决传统的高斯球谐函数递推法在计算地磁场强度时存在方法复杂、计算量大、实时性难以保证等问题.针对上述问题,提出一种用地球磁场估计函数代替球谐函数的地磁场强度计算方法.该方法利用伪地心下的磁偶极子模型代替主磁场模型,通过多项式拟合离线得到高度范围内固定经纬度网格点的伪中心距系数,进而利用插值法和偶极子模型得到任意点的地磁场强度.仿真结果表明,轨道高度为300～500km,经纬度网格间隔为0.5°时,地球磁场估计函数法的导航精度与地球主磁场模型WMM精度一致的同时,降低了计算负担,提高了算法计算效率.      

基于Unscented卡尔曼滤波器的近地卫星磁测自主导航

建立了近地卫星高精度轨道动力学模型和10×10阶地磁场模型,分别以地磁场矢量和强度幅值作为观测量,通过Unscented卡尔曼滤波实现自主导航。在采样周期10s,磁强计测量噪声100nT情况下仿真,仿真结果显示以地磁场矢量为观测量时卫星导航误差在卫星前进方向(切向)、轨道法向、卫星径向的分量分别为1km、0.9km、0.3km,而以地磁场强度幅值为观测量时误差分别为1.6km、1.3km、0.5km。     

大气中子实时计算模式

为实时评估0~100km高度范围内的大气中子全球分布,对宇宙线在地磁场和大气中的传输过程进行了分析.利用蒙特卡罗方法工具包Geant4,预先计算不同能量的粒子在大气层中产生的次级粒子能谱分布,形成大气次级粒子数据库,并与相关模型进行对比,验证了该数据库的有效性和可靠性.以实测或预报的空间环境参数作为输入,计算同步轨道银河宇宙线和太阳质子事件能谱以及100km高度上的地磁垂直截止刚度,最终得到大气层顶上的粒子能谱.通过对大气次级粒子数据库的线性插值,实现1h分辨率的大气中子能谱和辐射剂量全球分布的实时计算.      

武汉上空惯性重力波活动

利用武汉中心气象台(30.5°N,114.4°E)无线电探空仪在2001年1月到2003年12月之间的观测数据,研究了武汉上空1-9km和14-25km高度范围内惯性重力波参数的变化特征.数据分析结果表明,重力波活动存在明显的季节变化,冬季较频繁,夏季活动较弱,与急流强度的季节变化一致,这意味着重力波的激发与背景风密切相关.矢端曲线分析显示1-9km范围内能量向上传播和向下传播的波的比例大致相同,而14-25km范围内绝大部分波能量向上传播,这与最大急流强度的高度相对应;进一步分析表明,夏天14-25km范围内波几乎全向上传播,而冬天则有相当一部分波向下传播,这可能是反射引起的.重力波的本征频率集中在1-3倍的惯性频率之间,水平波长约数百公里;1-9 km范围内垂直波长集中在3-3.5 km,14-25 km高度内则集中在4.5-5.5 km.      

一次暴雨激发平流层重力波的卫星观测与数值模拟

针对卫星Aqua/AIRS观测到的与2011年7月25日山东省乳山市特大暴雨相伴的一次平流层重力波过程,利用中尺度数值模式WRF进行暴雨诱发平流层重力波的数值模拟.对模式输出的垂直速度场和温度扰动场的分析表明,暴雨在平流层内的弧状波结构主要集中在降水云系东侧,水平影响范围大于1000km,且随着高度的增加,圆弧状结构趋于闭合,波动能量显著增强.此外,对垂直速度剖面结构分析表明,受高空东风和风切变的影响,重力波在上传过程中逆着背景风场向东传输,不同高度波动形态各异.基于快速傅里叶变换（FFT）的功率谱分析结果表明,此次暴雨激发的平流层重力波在35km高度的周期为7~20h,水平波长约为1000km,垂直波长为5~10km.通过分析动量通量的垂直输送,定量反映出重力波上传过程中的动力学变化特征.      

安第斯山上空平流层山地波统计特征的AIRS观测研究

利用AIRS红外探测仪在2013—2018年的辐射测量数据，对安第斯山20km，27km，35km及41km高度的山地波进行个例研究和统计分析.观测结果表明安第斯山上空山地波主要发生在5—10月，月平均水平波长、垂直波长及动量通量均没有明显的年际变化.水平波长在5月和10月相比6—9月较小，垂直波长和动量通量5—7月逐渐升高，达到峰值后在8—10月逐渐下降.在20～41km范围内，水平波长从43.5～53.9km缓慢升高至89.3～176.8km，垂直波长从7.4～14.7km上升至7.4～29.7km，动量通量由376.0～801.3mPa显著下降至10.4～239.3mPa.总体而言，山地波在向上传播的过程中，水平波长缓慢增加，在逆风传播的情况下，受到背景风场影响垂直波长随高度升高而增大.动量通量随高度升高显著下降，说明安第斯山山地波向上传播的同时伴有强烈耗散，耗散的能量将储存在背景大气中，对高平流层甚至中间层产生重要影响.      

卫星观测台风重力波数值模拟与直接对比验证

以ECMWF的T799资料作为WRF-ARW（V3.5）初始场,对卫星高光谱红外大气垂直探测器AIRS观测的2013年超强台风苏力激发平流层重力波过程进行数值模拟,并利用卫星观测对数值模拟结果进行了直接对比验证.数值模拟表明,该台风诱发的重力波在20~40km高度逆着东风背景流向东向上传播,在水平方向呈半圆弧状;大气的垂直扰动随着高度的增加而增强,在40km高度上达到0.5m·s-1.基于三维傅里叶变换的波谱分析表明,平流层重力波水平波长中心值在500km附近,周期为3~5h,垂直波长主要为10~26km.分析表明,在18~40km高度的净纬向动量通量为6.7×10-4~1.89×10-3Pa,背景流强迫计算值为-0.23~1.21m·s-1·d-1,且在18km和40km高度的数值较大.最后,基于辐射传输模式计算的直接对比表明,卫星观测与数值模拟同时揭示了激发的平流层波动可传至40km以上高度及距台风中心2000km以外的区域,且不同资料得到的波动形态、方位以及水平尺度具有较好的一致性.      

中纬度地磁暴期间热层垂直风响应机制的模拟

基于TIMEGCM模型,研究了2005年9月10日中纬度地磁暴期间热层(100～650 km)水平风场变化对垂直风的影响.通过连续性方程诊断分析了暴时引起垂直风场变化的机制,结果表明:250 km以上的垂直风场取决于水平风场的变化,而250 km以下的垂直风场由较高高度的垂直风拉动;在地磁暴初相开始时,经向风场相比纬向...     

地磁场磁力线可视化种子点选取的磁场强度线积分等分算法

将磁力线按流线进行绘制是地磁场可视化的通用方法. 磁力线种子点的选取 决定了绘制磁力线的疏密, 其疏密程度能否真实反映地磁场强度分布是评价地 磁场可视化效果的关键. 基于磁经圈均匀角度种子点选取算法绘制 的磁力线通常不能客观反映地磁场强度的空间分布, 针对这一不足, 提出一种等分磁场强 度线积分的磁力线种子点选取算法. 利用该算法对地磁场IGRF模型和T96模型 描述的地磁内外源场进行可视化绘制, 对磁力线追踪结果中出现的冗余磁力线 进行过滤, 统计分析了绘制磁力线的空间分布与地磁场强度空间分布的相关性, 结果表明该算法能够较好地实现对地磁场的可视化.      

中性风和垂直漂移对低纬F区电离层影响初析

利用二维低纬电离层－等离子体层时变理论模式,模拟太阳活动高年春分条件下垂直漂移和中性风强度改变对低纬F区电离层参量的影响.模式在所考察的磁子午面内求解等离子体输运方程,给出离子浓度和速度随纬度、高度、地方时的变化.模式计算结果显示,调整垂直漂移和中性风强度对低纬F区电离层电子浓度的影响与电离层所处磁纬、垂直漂移和中性风作用时段等有关,呈现出一些新特点.结果对分析不同条件下垂直漂移和中性风对低纬F区电离层影响具有一定的指导意义.      

电离层中SEE现象的静电粒子模拟

利用网格粒子云（PIC）模型。在一定条件下，对电离层加热实验中静电波的激发和参量不稳定性的产生，作一维静电粒子模拟，模拟结果表明，SEE的特征与加热泵波频率ω0和电子回旋频率nωce之间的比值有关。入射泵波的电场与地磁场之间的夹角也是影响SEE的一个因素。     

地磁逐日比与新疆及周边地区强震关系

利用2009年1月1日至2019年12月31日新疆及周边区域12个地磁台站的地磁垂直分量日变幅数据，计算其日变幅逐日比，进而分析新疆及周边地区逐日比异常特征，研究其与磁暴和强震的关系.结果表明:强地震多发生在逐日比异常出现后半年，其中等待时间最短为20天，等待时间最长为220天，震中多位于异常集中区域或异常分界线及附近区域；新疆及周边地区逐日比异常报对率为78%，异常虚报率为22%，研究时间段内没有出现漏报现象，说明新疆及周边地区强地震与逐日比高值之间存在一定的相关性；若异常日前后未发生强磁暴或其Dst指数小于异常第二日，则异常可能性较大.本研究增强了地磁垂直分量逐日比异常判据的可靠性，其结果可以为新疆强震活跃期的判定及地震预报提供研究参考依据.      

太阳耀斑和地磁扰动的统计分析(1966—1978)

本文给出了不同等级、不同持续时间、发生在日面不同日心经距上的太阳耀斑所引起的各种地磁指数(Ap、AE、Dst和Kp指数)的变化,讨论了各类耀斑所引起的地磁扰动的特点以及耀斑的日心经距及其喷发物在日地空间的传播速度对磁扰强度的影响。      

Gravity field models from kinematic orbits of CHAMP,GRACE and GOCE satellites

The aim of our work is to generate Earth’s gravity field models from GPS positions of low Earth orbiters. Our inversion method is based on Newton’s second law, which relates the observed acceleration of the satellite with forces acting on it. The observed acceleration is obtained as numerical second derivative of kinematic positions. Observation equations are formulated using the gradient of the spherical harmonic expansion of the geopotential. Other forces are either modelled (lunisolar perturbations, tides) or provided by onboard measurements (nongravitational perturbations). From this linear regression model the geopotential harmonic coefficients are obtained.