Adelaide地区大气重力波的气辉观测

利用澳大利亚Adelaide(34.5°S,138.5°E)地区7年(1995-2001年)的OH和OI气辉观测数据,以及同地区中频雷达所测背景风场数据,通过最大熵谱分析方法,统计分析了该地区大尺度重力波的传播特性.结果表明,(1)在中层顶气辉观测区,利用OH气辉探测到48个重力波事件,利用OI气辉探测到29个重力波事件,这些重力波的周期和水平相速度分别集中在68 min和36 m/s左右,具有东南向的优势传播方向,平均仰角为8°～10°,接近水平方向传播;(2)通过OH气辉和OI气辉观测到了同一个重力波事件,并根据两个高度上观测到的扰动相位差判断该重力波为上行波.     

一种全天空气辉成像仪数据预处理方法和初步结果

大气重力波是大气中的基本波动形式之一,在中高层大气动力和热力学过程中起着十分重要的作用.全天空气辉成像仪是一种以大气气辉辐射为示踪物,能够有效对大气重力波成像的仪器.本文针对中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室中高层大气组自主研制的全天空气辉成像仪所观测的数据,提出了一种气辉图像预处理方法,进行平场校正、方位校正、星光去除和坐标映射等数据订正.利用该方法处理2015年5月17日21：00BLT至次日05：00BLT西宁台站（36.6°N,101.7°E）的OH气辉数据,发现一次重力波事件,分析并获得了该重力波的水平波长、观测水平相速度和传播方向（分别为17.72km,47m·s^-1,339°）.研究结果表明该方法是可行的.     

基于双层气辉观测的特殊传播方向电离层行进式扰动事件

2011－2021年, 位于中国河北省兴隆县的子午工程兴隆台站(40.4°N, 117.6°E, 30.5°MLAT)的全天空气辉成像仪记录了611次中尺度电离层行进式扰动(Medium-scale Traveling Ionospheric Disturbance, MSTID)事件, 其中589次是典型的西南向传播, 22次是非西南向传播. 为了更好地理解这些非典型传播方向的MSTID事件, 采用地基协同观测的OI 630 nm和OH近红外波段气辉图像对比MSTID和大气重力波(Atmospheric Gravity Wave, AGW)传播参数、射线追踪和风场数据, 探讨了非西南传播的典型MSTID事件的形成机制. 结果表明, 当MSTID和AGW传播方向相近时, 上游AGW激发的Perkins不稳定性可能是形成这类MSTID的机制, 解释了东北方向和部分西北方向传播的事件; 在黄昏时分, 中性风场向东, AGW破碎后的波动经过中性风的过滤, 导致西向传播的MSTID事件; 孤波MSTID不具有周期性结构, 可能源自E-F耦合激发.     

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.     

释放SF6气体扰动电离层时的人工气辉研究

在电离层高度释放SF₆气体能够显著扰动电离层.根据SF₆分子在电离层中的扩散方程,同时考虑其在电离层中主要的离子化学反应,研究了SF₆气体释放后电离层各粒子浓度的时空变化,计算了产生人工气辉的体发射系数和发射强度.结果表明,SF₆气体在电离层高度释放后,电子和O⁺的密度均有大幅度下降,主要的负离子成分由电子转变成SF₅^-;在释放过程中,主要产生777.4 nm和135.6 nm两种气辉,且前者的气辉强度远小于后者;电离层温度对气辉的强度有很大的影响.本文的数值计算与美国IMS/SF₆实验观测数据进行比较,结果近似,且通过数据比较还能准确推断出实验时当地的电离层温度.     

磁暴期间OI 135.6 nm气辉经纬及高度分布的变化特征

利用GUVI探测器观测的OI 135.6 nm气辉辐射数据,研究了2003年10月和11月两次持续时间不同的强磁暴期间气辉辐射强度经纬度分布及纬度–高度分布的变化。结果表明,全球大部分区域内OI 135.6 nm气辉辐射强度在磁暴期间会随着Dst指数的降低而增强,与磁暴的剧烈程度呈现准正相关关系。从纬度上看,气辉辐射强度的增强会由磁静期的磁赤道两侧附近向高纬地区延伸至南北半球50°附近,增幅基本在80%以上,最大可超过200%,且经纬度分布在磁暴期间的变化情况呈现出南北不对称性和纬向不对称性;从高度上看,气辉辐射强度的增强会由磁静期的300～400 km（即电离层F₂层高度）扩散至其他高度,特别是在100～200 km（即低热层高度）的部分纬度上会出现相比其他高度更为显著的增强,增幅超过300%;气辉辐射出现增强的时间与磁暴相位基本同步。     

2000年和2001年52°N地区OI5577气辉强度与原子氧浓度峰值的时间变化特征

分析了2000年和2001年期间52°N地区OI5577气辉强度的夜间变化特征和季节变化特征．利用由 OI5577气辉强度反演原子氧浓度峰值的方法反演出原子氧浓度的峰值,分析了峰值的夜间变化特征和季节变化特征．结果表明, OI5577气辉强度的夜间变化特征随季节变化, 2000年春季的夜间强度最大值出现在0000LT 之后,夏季和秋季的出现在0000LT之前,冬季的出现在0000LT,2001年春季和秋季的夜间强度最大值出现在0000LT之前,夏季和冬季的出现在0000LT;OI5577气辉强度在2000年2月份,8月份和10月份出现最大值,在2001年9月份有最大值．就主要特征而言,反演出的原子氧浓度峰值的夜间变化特征和季节变化特征分别与OI5577气辉强度的一致．     

重力跳变引起的贮箱内气液界面波传播规律

随着航天技术的进步,航天任务复杂性的不断提高,对液体火箭发动机多次关机重启的要求日益普遍,相应地对推进剂管理系统的要求也越来越严格。关机滑行期间,贮箱内重力水平减弱,毛细力开始成为主导作用力,液体推进剂在毛细力的作用下可能脱离排液口,使得供给发动机的推进剂夹气,导致点火失败。为了确保发动机在经历自由滑行后能顺利重启,就必须考虑贮箱内气液界面如何响应重力和加速度水平改变的问题。针对常用构型和尺寸的空间贮箱,数值模拟了不同Bo数下气液界面波的传播,研究了不同Bo数下界面波传播的机制,发现了贮箱内界面波的传播速度随着Bo数的增加而增大,并得到Bo数从1～5000范围内描述界面波传播规律的Fr数与Bo数之间的标度关系。     

2006年4月5日中等强度磁暴期间观测到的大经度范围等离子体泡

利用分布在70°E～210°E和20°S～40°N之间的GPS台站的数据,分析了2006年4月5日夜间(中等强度磁暴期间)观测到的电离层等离子体泡的特性.结果表明,本次事件中,等离子体泡大约发生在当地日落后1～1.5 h;空间范围为经度90°E～160°E,纬度12°S～33°N.这是第一次利用地基设备观测到如此大经度范围内的等离子体泡.等离子体泡在南半球出现较早,并且存活时间较长.在其产生的过程中,在约1100 km高度上,映射到磁赤道向上的运动速度约为300m/s,并且等离子体泡在高度上有倾斜.东向电场的存在,对激发等离子体泡起到了一定的作用.     

Secular variations of OH nightglow emission and of the OH intensity-weighted temperature induced by gravity–wave forcing in the MLT region

Secular variations of OH airglow (8,3) band and of the intensity-weighted temperature induced by a gravity wave packet at three latitudes in the northern hemisphere in the Mesosphere/Lower Thermosphere region are investigated using a 2-D, time-dependent, fully nonlinear OH chemistry–dynamics model. A net-cycled average survives due to wave transience and dissipation. The integrated OH (8,3) volume emission rates show a 20 percent increase induced by the wave packet. The corresponding intensity-weighted temperature shows an initial increase up to 2 percent then a gradual decrease for the remainder of the simulation time by the same wave packet. These secular variations could be mistaken as long-period or short-period waves in the airglow observations. Therefore, care must be taken when analyzing the data from observations.     

The Nonlinear Model of the Response of Airglow to Gravity Waves

In this paper, we develope a time-dependent, nonlinear, photochemical-dynamical 2-D model which is composed of 3 models: dynamical gravity wave model, middle atmospheric photochemical model, and airglow layer photochemical model. We use the model to study the effect of the gravity wave propagation on the airglow layer. The comparison between the effects of the different wavelength gravity wave on the airglow emission distributions is made. When the vertical wavelength of the gravity wave is close to or is shorter than the thickness of the airglow layer, the gravity wave can make complex structure of the airglow layer, such as the double and multi-peak structures of the airglow layers. However, the gravity wave that has long vertical wavelength can make large scale perturbation of the airglow emission distribution.     

风场对重力波的滤波现象

对MillstoneHill台站数字测高仪DGS－256漂移探测数据进行的分析表明，背景风场对重力波扰动具有明显的滤波作用．这种滤波效应主要表现为：扰动传播方向具有顺时针旋转的日变化特征，扰动相对出现率峰值出现在扰动传播方向与背景风场方向之间的夹角为180°－225°之间．扰动时空尺度越小，其传播越趋向于逆风场方向．     

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.     

赤道地区和中纬度地区扩展F的特点和比较

通过数值模拟研究了赤道地区和中纬度地区扩展F的触发机制间的联系,发现相同的触发机制在不同纬度的条件下所演化出的结构形态不相同,因此观测上会有所不同;研究了西向电场在赤道地区的作用,发现在适合的电离层参数组合下会产生观测到的电离层F区顶部扰动出现率高于底部扰动出现率的状况;在数值模拟的基础上提出了一个中纬度地区电波散射的模型,用以解释观测到的中纬度地区电波散射的出现率高于线性理论预期的现象.     

重力波波包在耗散大气中的非线性传播

本文对具有高斯分布的重力波波包在耗散大气中的非线性传播过程进行数据模拟和分析,并与重力波波包在无耗大气中非线性传播的数值计算结果进行了比较,以辨明耗散在重力波非线性传播过程中所起的作用。