北纬30°N中间层和低热层大气平均风中频雷达观测

利用武汉(30.5°N,114.4°W)中频雷达在2001年1月1日至3月18日、2002年2月5日至3月18日、2002年10月18日至12月31日期间,日本Yamagawa(31.2°N,130.6°W)中频雷达在1997年1月1日至10月17日期间的数据,分析北纬30°N地区上空60-98km高度的中间层、低热层大气平均风的变化规律,结果表明平均纬向风和经向风都具有明显的季节变化.平均纬向风在冬季基本为西风,随高度增加,西风减弱,甚至在上部会出现微弱的东风;夏季中间层表现为强烈的东风,低热层则为西风,风向转换高度在80km附近;春季和秋季为转换季节,在春季出现舌状东风结构.80km附近的平均经向风场在冬季以南风为主,在夏季则以北风为主.不同年份的平均风场存在年际变化性,但其气候变化特点非常相似.中频雷达观测结果与HWM93模式结果的气候变化特点符合很好,与其他纬度的平均纬向风气候变化特点基本类似.     

北纬30°中层顶区域钠与铁原子层的结构和年际变化

基于武汉大学Na和Fe激光雷达在2004年1月至2011年12月期间的观测数据，得到武汉上空中层顶区域Na和Fe原子层的平均特性、夜间变化和季节变化特征.Na层平均质心高度为91.36km，平均RMS（均方根）宽度为4.64km.Fe层平均质心高度为88.99km，平均RMS宽度为4.57km.在充分考虑金属层夜间变化和季节变化对数据样本影响的基础上，获取了Na层和Fe层结构在此期间的年际变化特征.对Na层和Fe层质心高度及RMS宽度的年际变化进行线性拟合，发现Na层和Fe层在此期间均相对稳定，Na层质心高度在近8年间仅有约58m的下降，变化率为-7.91m·a-1，Na层RMS宽度减小约151m，变化率为-20.60m·a-1.同期，Fe层的质心高度下降了约230m，变化率为-31.36m·a-1，Fe层RMS宽度则有所增大，变化率为21.01m·a-1.      

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.      

北京地区大气温度及重力波活动的季节变化

利用瑞利激光雷达观测数据,分析了北京地区35~70km高度范围内大气温度和重力波活动的季节变化.发现北京地区30~70km高度范围内的大气温度有明显的年周期变化:平流层顶最高温度出现在6,7月份,大约为270K;中间层70km高度最低温度也出现在6,7月份,大约为200K.以2014年10月14日晚数据为例,分析重力波势能密度,发现50km以下重力波势能存在耗散,而在50km以上重力波近乎无耗散地向上传播.通过对比35~50km高度范围内的平均势能密度,对北京地区重力波活动强弱的季节变化进行了研究.研究结果表明,北京上空重力波活动强度具有明显的年周期变化,冬季平均势能密度为18J·kg-1,夏季为8J·kg-1,且冬季重力波活动强度约为夏季的两倍.此外,还分析了春夏秋冬四个季节重力波势能密度随高度的变化.结果表明,不同季节和不同高度的重力波势能密度不同.      

武汉突发E层的季节变化及其与中层风的关系

通过对2018年武汉站（114.61°E,30.53°N）数字测高仪记录的数据统计分析,研究武汉地区突发E层的特征。研究发现:2018年武汉地区电离层突发E层的临界频率在夏季最高,在冬季有一个次增强现象,在春秋季较低;在正午前最大,在日落后出现小幅度提升,在日出前最低。利用指定动态全球大气气候扩展模型SD-WACCM-X模拟出2018年武汉上空90～140 km高度的平均风场,探讨突发E层与背景风之间的关系,揭示突发E层的形成机制。结果表明,半日潮汐分量可能诱导突发E层临界频率的半日变化,周日潮汐分量诱导突发E层临界频率的周日变化;突发E层的强度可能与纬向风场120 km高度处的风剪切有关。      

利用HRDI/UARS资料分析东亚区域中层大气纬向风气候特征

利用美国高层大气研究卫星(UARS)搭载的高分辨率多普勒测风仪(HRDI)获得的中层大气风场观测资料,对东亚区域中层大气纬向风的垂直分布与变化特征进行了分析研究.多年平均结果显示东亚区域中层大气纬向风具有显著的区域特征,与当前普遍使用的参考大气CIRA-86相比存在显著的不同.在冬季,东亚区域中间层西风急流中心位于25°-35°N之间的75 km高度,与CIRA-86相比,该中心纬度偏南5°,高度偏高10 km;在秋季,东亚区域低热层高度存在一个显著的从赤道到高纬度的东风带,而CIRA-86不存在.分析结果还表明,除了夏季中纬度地区,在东亚区域上空中高层大气各高度上均存在相当显著的区域尺度扰动结构.在热带,低热层高度纬向风无论冬夏,沿纬圈方向都表现出相当显著的不均匀性,夏季这种不均匀性进一步向下扩展到55 km高度.与上述热带扰动特征相比,中纬度地区夏季的纬向风在各个高度沿纬圈相当均匀,但是在冬季,中间层和低热层高度都存在沿纬圈方向显著的纬向风扰动结构.      

中高层大气风场对地磁活动的响应特征

统计研究漠河、北京、武汉流星雷达观测到的2012-2018年80～100 km高度的风场数据，比较在地磁平静期(Kp≤2)和地磁扰动期(Kp≥4)的日平均风场数据，得到在地磁活动期风场的变化特征。研究结果表明，在地磁扰动时风场变化具有季节差异和纬度差异。地磁扰动期间，纬向风在较高纬度地区倾向于中间层西风增强，低热层东风增强，纬度较低地区倾向于东风增强。春季，地磁活动对纬向风的影响没有纬度差异，在夏冬季随着纬度的降低中间层东风增强明显。地磁活动对经向风的影响具有季节差异，对春冬季节的影响强于夏秋季节。研究表明，地磁活动对纬向风的影响可达9 m·s^–1左右，对经向风的影响可达5 m·s^–1左右。地磁活动对中性大气风场的影响可达80 km。     

中层小尺度风切变的观测

十个中层大气风剖面于1988年夏季在北欧的Andφya(69°N)上空用装有铝箔的火箭测得。使用了一种新型铝箔,使其测量的高度范围覆盖103-85km,测量的高度分辨率为25m.观测的风切变剖面显示了一多层结构,一般由3-9个切变层组成,切变层厚度通常小于200m.观测到高达40-90m/s/km的强风切变,且如此大的切变存在于所测区间内不同高度上。在一个连续测量的五个风切变剖面中,有寿命至少2.5小时,相位向下运动速度为0.4m/s,以及最大切变振幅为180m/s/km的强风切变,显示了稳定和持续特性。      

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.      

海南地区电离层Es特性研究

利用中国科学院空间科学与应用研究中心海南电离层观测站DPS-4电离层测高仪2002年3月至2005年2月的观测数据,对太阳活动下降期间海南地区上空发生的偶发E层(Es)的逐年变化和季节变化进行了统计分析.主要结果表明,在这3年中海南地区Es事件出现次数逐年增加;Esr,Esq出现最频繁,其次是Esr,而Esc和Esf出现次数较少,出现次数最少的是Esh;Es事件在夏季出现最为频繁,秋季和冬季次之,春季最为稀少;各季节不同类型Es事件的出现率也不同,其中Esl和Esq一般在各季节占主导地位,Esr其次,Esc,Esf和Esh出现次数较少,尤其是Esf在秋季几乎没有出现.这些结果对于进一步研究Es产生的物理机制提供了探测基础,同时对于电离层空间天气预报模型的建立也具有重要的意义.      

武汉中层大气中频雷达及其初步探测结果

首先简要地讨论了武汉中频雷达观测原理和设备的组成，该雷达测量60-100km高度的大气风场和电子密度，风场采用分布天线测量技术和全相关分析方法得到，电子密度通过微分吸收和微分相位技术获得，初步观测结果表明：（1）武汉上空冬季60-100km高度的纬向风多为西风，风速为30-50m/s，经向风速为10-20m/s，垂直风速较小，一般在5m/s以内，（2）60-100km高度范围的大气风场和电子密度均有明显的日变化，风场在某些时段和高度区间有较强的风剪切出现。（3）80km以上高度大气的风场和电子密度存在较明显的扰动现象，它可能与大气波动过程有关。     

武汉上空MLT中准16日波的流星雷达观测

利用武汉流星雷达2002年2月20日至2003年11月10日的观测数据,研究了武汉上空中间层-低热层(MLT)中的准16日波,即周期范围在12—20天的行星波。分析结果表明,16日波的纬向成分通常比经向成分要强．(1)在2002年和2003年,波振幅最强都出现在当年的秋季(约9月10日—10月10日)．Lomb-Scargle(L-S)谱分析得到振幅最大值约为16m／s．2002年夏季出现了同年次最强的波动,但2003年没有发现这一现象．两年的冬季都没有出现强的16日波．(2)2002年,在86—98km处波动较强,最大振幅(约16m／s)出现在90km、94km处,而2003年低高度的波动要比较高高度的波动强．武汉上空MLT中,秋季的16日波是能量上传的波动,即它的源在较低的大气层．2002年夏季的波动的能量是下行的,波源可能在南半球．     

2009年7月22日日全食电离层效应观测

首次利用廊坊中频雷达和武汉、嘉兴、廊坊等三站GPS对2009年7月22日日全食电离层效应进行了观测．日食期间,中频雷达D层78km高度上电子密度减小了约67％,电子密度为200cm^-3的高度上升了近10km,GPS／TEC减小了1TECU左右,其变化的最大相位与日食最大相位几乎同步;日食后,观测到周期为2个多小时的电离层扰动现象．     

武汉上空平流层气溶胶的激光雷达探测结果的初步分析

采用武汉大学双波长激光雷达工作于589 nm波长的观测数据,对2001年3月到2002年1月期间武汉上空平流层气溶胶的消光系数和积分体后向散射系数等光学特性进行初步分析.结果表明,武汉上空平流层气溶胶在16—20 km间存在一气溶胶层,其厚度及散射峰值随季节有一定变化,并且气溶胶积分体后向散射系数在2.2×10~(-5)—7.0×10~(-4)sr~(-1)之间变化,呈现了夏季大冬季小的分布倾向.     

基于多源遥感数据的植被冠层高度估算

为了大范围精确估计空间连续的森林冠层高度,研究使用随机森林回归方法,通过融合冰、云和陆地高程卫星二号(Ice,Cloud and land Elevation Satellite-2,ICESat-2)测量数据和Landsat-8影像,并结合地形、气温等数据来估算森林冠层高度,生成2020年美国密西西比州30 m空间分辨率的森林冠层最大高度和平均高度图。结果表明,森林覆盖区域冠层最大高度的均值为24.14 m,标准差为4.24 m。森林覆盖区域冠层平均高度的均值为12.04 m,标准差为2.59 m。研究区冠层高度估计值与机载测量值吻合良好(冠层最大高度R²=0.486,H_RMSE=4.532 m;冠层平均高度R²=0.467,H_RMSE=2.848 m)。利用估算数据进一步对森林冠层垂直结构复杂度进行了分析。研究提出的森林冠层高度制图方案对中国长江三角洲地区的森林管理、物种多样性保护与碳中和评估等具有指导意义。     

中国廊坊中间层和低热层大气平均风观测模拟

利用中国廊坊站（39.4°N,116.7°E）流星雷达在2012年4月1日至2013年3月31日的水平风场观测数据,分析廊坊上空80~100km的中间层与低热层（Mesosphere and Lower Thermosphere,MLT）大气平均纬向风和经向风的季节变化特征.结果表明平均纬向风和经向风都表现出明显的季节变化特征.平均纬向风在冬季MLT盛行西风,极大值位于中间层顶,随高度增加西风减弱;在夏季中间层为东风,低热层为强西风,风向转换高度约为82km.平均经向风在冬季以南风为主,在夏季盛行北风.纬向风和经向风在春秋两季主要表现为过渡阶段.流星雷达观测结果与WACCM4模式和HWM93模式模拟的气候变化特点基本一致,但WACCM4模式纬向风和经向风风速偏大,而HWM93模式纬向风和经向风风速偏小.      

基于中国岢岚地区法布里-珀罗干涉仪的风场及行星波观测特征

利用中国岢岚站（38.7°N,111.6°W）法布里-珀罗干涉仪2013年7月至2014年11月的水平风场数据,对87,97,250km风场长期变化和行星波特征进行了研究.通过分析年振荡（AO）和半年振荡（SAO）振幅相位,将午夜风场与HWM07数据对比发现:87km和97km处FPI纬向风变化趋势与HWM07相近,而经向风相位落后于HWM07,从振幅上看,HWM07振幅偏大;250km处风场月变化大,FPI与HWM07差异大,HWM07模式的准确性需进一步考虑太阳活动和行星际磁场的影响.利用Lomb-Scargle功率谱以及最小二乘谐波拟合提取了三个高度的行星波振幅,其特征表明87km和97km处纬向风16日波秋季及冬春季活动强,而6.5日波最强振幅出现在春季和秋季,在中间层顶附近两种行星波活动均较弱;250km处经向行星波活动略强于纬向,经向风不同周期带的行星波最强振幅主要出现在5-9月,与电离层f₀F₂振荡特性的研究结果一致.      

一种用于测量高层大气风场的新型地基Fabry-Perot干涉仪

地表海拔大约250\,km高度处大气非常稀薄,目前被动光学观测是该层风场探测最有效手段.Fabry-Perot干涉仪(FPI)由于具有较高能量利用率及光谱分辨率等特点,是该层大气最有效的地基风场探测仪器之一.基于采用光路缩束系统及滤光片后置(标准具之后)方法研制的小型化FPI,2014年分别在河北廊坊(39.40°N,116.65°E)和山西岢岚(38.71°N,111.58°E)进行了地基观测试验,将观测数据与反演算法相结合得到高层大气风场数据,并将数据结果与美国大气研究中心两台FPI的风场数据进行了比较研究,在气辉整体辐射较弱的情况下得到岢岚站的风速平均反演偏差为11.8 m·s-1.      

地磁扰动期间日本Kokubunji站电离层的扰动特征分析

利用日本Kokubunji站(139.5°E,35.5°N)1959年1月到2004年12月共46年的F2层临界频率foF2参数,统计分析了Kokubunji站电离层F2层峰值电子浓度NmF2随地磁活动、太阳活动、季节和地方时变化的形态特征.结果表明,总体来看,磁暴期间Kokubunji站电离层响应以正暴为主,其中在太阳高年夏季为负暴,冬季为正暴,春秋季以负暴为主但幅度较小;在太阳低年夏季以正暴为主,冬季为正暴,春秋季以正暴为主.NmF2扰动与ap指数在夏季太阳高年负相关,在冬季无论太阳高年低年均为正相关,春秋季中4月和9月在太阳高年类似夏季,3月和10月在太阳低年类似冬季.电离层最大负相扰动对最大地磁活动的延迟时间约为12～15 h;正相扰动的延迟时间则分别为3 h和10 h.地磁活跃期间地方时黄昏后到午夜前倾向于正相扰动,清晨倾向于负相扰动.