基于紫外极光图像的极光电集流指数模型

极光电集流指数AE是描述地磁亚暴强弱的重要指标,且与极区磁层扰动及极光粒子沉降过程密切相关。因此,建立更加准确的极光电集流指数模型对空间天气的研究具有重要意义。利用1997年POLAR卫星紫外极光图像数据探究了紫外极光图像中极光强度IAP的空间分布与AE指数在不同季节的相关性,并在此基础上提出了基于紫外极光图像的AE指数模型。以网格化方法提取极光强度空间分布特征,采用广义回归神经网络,通过相关系数法和方差选择法构建Cor-GRNN和Var-GRNN两种AE指数模型,并针对冬至月份、夏至月份、分点月份3个季节分别进行训练。研究结果表明,AE指数与IAP具有相似的半年变化趋势,其相关性在不同季节差异较大。相比于太阳风驱动下的AE指数神经网络预测模型,基于极光图像的AE指数模型在ERMS和R2标准上均优于其他模型,其中归一化ERMS小于0.1,模型对于AE指数变化的可解释度提升了10%左右。     

基于U-net的紫外极光观测极光卵形态提取

极光卵形态提取是极光研究的重要手段.如何提高强干扰背景下的紫外极光图像极光卵形态提取精度,目前仍是一个难题.本文提出一种基于深度学习语义分割模型U-net的方法,实现了对极光卵形态的高精度提取.在Polar卫星紫外极光观测数据的实验结果表明,该方法相比于已有算法精度更高,对完整型极光卵和缺口型极光卵图像均能得到更加精确的提取结果,特别是针对强日辉干扰、灰度不均匀和对比度低情况下的紫外极光图像时,该方法显示了明显优势.     

极向运动极光结构和喉区极光光学观测特征的对比分析

利用中国北极黄河站高时间分辨率的三波段全天空成像仪极光观测数据,联合太阳风和行星际磁场等观测,分析了极向运动极光结构（PMAFs）和喉区极光的形成及演化特征.研究发现：一系列PMAFs与喉区极光事件同时出现在观测视野中,其中PMAFs主要发生在日侧极隙区极光卵赤道向边界的极向一侧,沿东西方向分布,点亮后向高纬运动;喉区极光紧靠PMAF一侧发生,从极光卵赤道向边界向低纬延伸,沿南北方向分布,点亮后向高纬偏西方向运动;观测期间PMAFs发生频率高于喉区极光;当PMAFs与喉区极光同时出现时,PMAFs可以与喉区极光几乎同时出现或略晚于喉区极光出现,持续时间较喉区极光短.观测结果表明：与PMAF相对应的磁层顶重联过程和与喉区极光对应的磁层顶凹陷导致的磁重联过程在日侧磁层顶上的相邻区域分别发生,两种极光事件的形成过程相对独立,可能不存在相互触发关系.     

土星跳跃的极光

土星跳跃的极光并不像25年来科学家所预想的那样。由美国波士顿大学的天文学家John Clarke领导的科研小组的最新研究成果推翻了以前关于土星的磁场作用以及极光产生的理论。     

喉区极光的机器识别

喉区极光是一种发生在电离层对流喉区附近的极光现象,是极光卵向低纬侧延伸出的南北向分立结构,其可能对应由磁鞘高速流与磁层顶作用引发的磁层顶重联过程.喉区极光研究对深入理解太阳风—磁层—电离层耦合过程具有重要意义.从长期观测所积累的大量全天空极光观测数据中准确高效识别出喉区极光结构,是开展喉区极光统计研究的基础.本文利用北极黄河站2003—2017年全天空成像仪的极光观测数据,建立了喉区极光图像标注数据集;基于密集连接卷积神经网络（DenseNet）对极光图像全局高维表征的自动学习,首次实现了喉区极光结构的机器识别.算法对喉区极光识别准确率达96%,且具有良好的泛化性能.研究表明基于深度学习的图像识别方法可用于从海量极光观测数据中自动识别喉区极光事件.     

基于深度表征学习的紫外极光卵图像聚类

极光受太阳风驱动的地磁亚暴等大尺度动力学影响,其形态及演化因不同的太阳风-磁层-电离层耦合作用可能表现不同。目前,极光卵及其形态的归类大多依据极光演化理论作主观定性分析,没有明确的分类标准,故难以借助统计分析方法和有监督分类模型开展客观定量研究。建立了基于深度表征学习的紫外极光卵图像聚类模型（MoCo-GMM）,并利用空间环境参数设计了评估模型物理合理性的方法,在大规模POLAR卫星紫外极光卵图像数据上进行了实验,聚类结果不仅具有良好的簇内凝聚性和簇间分散性,且具备一定的物理可解释性,有效实现了基于图像的极光卵及其形态的客观归类。     

极光带电急流产生声重波的效率

对大气中声重波的产生源的效率作了分析计算。结果显示,不同源的效率相差很大,而且还随频率、离原的距离和方向,以及不同的波动参量而变。对于极光带电急流产生声重波的源,即洛伦兹力和焦耳加热两个源来说,产生近场声重波的效率以洛伦兹为高、对于沿极光带电急流平面的运场区声重波而言,焦耳加热的效率高得多。但对垂直于极为带电流平面的速度波动则洛伦兹力的产生效率高得多;对于沿极光带电急流平面的法向的远场区内的所有声重波参量而言,洛地兹力的产生效率高得多。     

极区电离层不均匀结构与增亮极光薄层

磁层亚暴期间随着电子沉降到极区产生极光,一个磁层电场也投射到极区电离层,在电场会聚作用下形成不均匀离子薄层。本文解出稳态动力学平衡E_s层,并把它和反常的极光增亮薄层联系起来,与观测结果比较。      

亚极光区极化流发生期间电离层离子下行的统计

亚极光区极化流是地球磁层–电离层耦合过程中最重要的现象之一,对电离层具有重要的调制作用。多数情况下,亚极光区极化流发生时会伴随局地离子上行流动,目前已对其有充分的研究,但对离子下行的研究却甚少。本文分析了DMSP卫星在2001 － 2015年间16个地磁暴中的观测数据,在483个亚极光区极化流事件中找到102个离子下行事件,并对其开展统计研究,分析离子下行在亚极光区极化流事件中的发生率,在南北半球的分布以及有助于离子下行形成的条件。结果表明：离子下行在亚极光区极化流事件中发生概率较小,离子下行事件的发生与分布具有比较明显的南北半球差异,并且亚极光区极化流的速度与离子下行速度具有高度相关性,表现为线性关系;而离子下行极有可能是因为双极扩散与地球重力共同作用而产生的,并且离子的热运动强弱对离子下行的速度大小也具有重要影响。这些研究结果有助于进一步理解亚极光区极化流对地球电离层动力学的调制作用。

     

反向赤道电集流与磁层扰动

对印度Trivandrum站第21太阳活动周内地磁H分量分析表明,不仅在磁扰日及其随后的静日内,强磁扰对赤道电集流有显着作用,即使在持续静日期间,较弱的磁扰仍然对赤道电离层有很大影响。磁静日昏侧出现反向(西向)电集流是正常现象,弱磁扰是使此反向电流消失的可能机制。      

反向电集流出现率与大气准两年振荡

本文分析印度Trivandrum地磁台的约两个太阳黑子周期的地磁场水平分量小时值。在部分地消除了太阳黑子周期及一年周期变化后,发现了反向电集流出现率的QBO调制现象:QBO东风相反向电集流出现率增加;QBO西风相反向电集流出现率减小。据此讨论了反向电集流的形成机制,认为大气行星波在其上传过程中与太阳半日波或太阴半日波的相互作用,有可能导致两种半日波的放大和相位移动,并最终导致反向电集流的出现。     

最严重充电条件下航天器的瞬态充电模拟研究

运用等效电路模式理论推导出随时间变化充电问题的微分方程组，针对最严重情况构造了解决瞬态充电问题的程序，对ＡＴＳ－６卫星的二种情况运用这个程序进行了计算。讨论了航天器不同材料对充放电的影响。     

Auroral Electrojet Event Associated With Magnetospheric Substorms

The auroral electrojet index is an important index in monitoring and predicting substorms. A substorms usually includes auroral breakup, auroral electrojet event marked by AE increase, energetic particle injection at geosynchronous orbit, mid-low latitude Pi2, etc. However the question whether an auroral electrojet event corresponds to a substorm remains unanswered. Using the auroral electrojet index in 2004, we analyzed five auroral electrojet events and studied their relation with substorms. The results show that there are three kinds of auroral electrojet events: (1) simultaneous rapid increase of westward auroral electrojet and eastward auroral electrojet; (2) rapid increase of westward auroral electrojet and almost unchangeable eastward auroral electrojet; (3) rapid increase of eastward auroral electrojet and almost unchangeable westward auroral electrojet. Most of auroral electrojet events correspond to substorms. However a few auroral electrojet events are not accompanied by substorms. This situation most often occurs for the auroral electrojet event in which eastward auroral electrojet dominates.     

卫星瞬态温度场的计算分析

本文讨论了地球同步通信卫星热设计中的几个典型瞬态溫度问题,采用Stiff稳定的自动积分法,对250阶的非线性微分方程组进行数值求解,在校正迭代计算中配合以稀疏矩阵的技术,获得了良好的效果。     

离子迴旋波的参量激发

本文分析了极光区上空以低混杂波作为泵波激发静电离子迴旋波的可能性,并计算了增长率。结果表明,当泵波较强时(峰值100mV/m)增长率可达0.5ω_ci,大于电流驱动不稳定性及离子束流不稳定性等线性理论所可能期待的增长率。从而在某些情况下,离子迥旋波的这种参量激发可能是主要的。     

极光区电离层Hall电导率的观测及其在E层电子加热情况下的特征

本文利用欧洲的ＥＩＳＣＡＴ雷达观测资料及与这配合的地磁观测数据，用电离层参数直接计算和地面磁场反演两种方法导出了极区电离层Ｈａｌｌ电导率，特别显示出在强对流电场激发的Ｅ层等离子体不稳定波对电子加热情况下，电导率明显增高。     

行星际磁场（IMF）By分量对磁正午前后区极光嘶声发生率的调制

利用南极极点站（磁纬约７５°）１９８６年３１－３８ｋＨｚ频率的ＶＬＦ波数据和卫星观测的ＩＭＦＢｙ分量数据，分析研究了ＩＭＦ晨昏分量Ｂｙ对高纬ＶＬＦ极光嘶声统计发生率周日分布的影响。结果发现，Ｂｙ对极光嘶声的统计发生率的磁地方对（ＭＬＴ）分布有明显的调制作用。磁正午前后的ＶＬＦ统计发生率不对称，Ｂｙ为正，午后发生率大于午前，Ｂｙ为负，午前发生率大于午后，Ｂｙ极性对夜侧ＶＬＦ发生频次的磁地方时分布也有