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。     

武汉中层、低热层大气角谱中频雷达观测

武汉中频雷达是利用中层、低热层中电子密度不均匀体的散射来测量大气的水平风场和电子密度剖面。雷达在计算风场的过程中可得到一些该层大气中电子密度不均匀体的寿命和空间尺度等参量值。结合这些参量和大气风场值可计算得到大气的角谱。其计算方法包括全相关分析技术的谱宽法和空间相关法。前者计算的值被认为是大气角谱的上限值。应用这两种方法,利用2001年2月9日武汉中频雷达的观测数据,对武昌上空中层、低热层大气的角谱进行了计算。结果得到大气角谱随高度增加略微增加,如在68km为6°,90km达最大为11°,其平均值为9.2°。利用2001年2月4—10日86km高度上的数据,得到一个7天平均的日变化曲线,发现大气角谱值在本地夜晚最小。     

时间序列法在临近空间大气风场预报中的应用

受多种因素影响,临近空间大气环境要素复杂多变,预报难度很大.本文采用时间序列法中的自回归滑动平均（ARMA）模型对临近空间大气风场开展统计预报方法研究,基于廊坊（39.4°N,116.7°W）中频雷达在88km高度的大气纬向风数据开展预报试验.本次预报试验的样本数据为2015年9月24日至10月24日风场数据,利用过去7天数据对未来第8天风场数据进行预报.试验结果显示,ARMA模型对临近空间大气风场预报有一定的适用性.当风场变化规律性较强,即样本数据风场呈现出比较显著的24h周期性变化时,ARMA模型预报效果较好;当风场发生突变时,预报效果变差.与实测数据的对比结果表明,ARMA模型预报结果的误差在9~27m·s^-1,预报效果优于同阶自回归（AR）模型,略优于高阶AR模型.     

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.     

空分天线风场测量中三角尺寸效应的抑制

利用空分天线方法进行风场测量时存在着三角尺寸效应,以往公认的产生原因包括电子噪声干扰、地杂波等因素.本文首先提出另外一种产生三角尺寸效应的可能原因,即大气非平稳性和不均匀性(可统称为大气非平稳性),并讨论了由于此原因对大气风场测量的影响和作用以及产生三角尺寸效应的具体机制.在此基础上提出了一种用来消除大气的非平稳性影响的方法,即增量累积量法.用增量累积量方法的特例(2阶零延迟增量累积量)得出一维平均速度的表达式.理论分析表明利用该方法还可以有效地去除地杂波效应;高阶(k≥3)情况,增量累积量还可以抑制高斯噪声.分别在非平稳大气情况和有地杂波情况下,对空分天线方法中的全相关分析算法和增量累积量法进行数值模拟对比,得出结论:随着天线间距的变化,增量累积量法实测平均风场水平速度与模型输入速度的偏差比全相关分析算法要小得多.     

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.     

廊坊中频雷达流星观测及初步结果

中频雷达用来开展夜间100km高度以上的流星观测,获得流星随时间、高度、方位的分布情况及流星体速度、流星辐射点、流星余迹径向速度等参数,其探测数据可用于流星天文学、中层大气动力学等领域的研究.利用2017年11月16日12：00UT-22：00UT期间廊坊观测站（39.4°N,116.7°E）的中频雷达数据,首次开展了中国中纬度地区夜间流星观测实验,共检测到94个流星回波信号,集中分布在97～115km高度范围内,平均高度为106.5km,计算得到了流星回波的双极扩散系数、方位分布等相关参数,并与国外中频雷达流星探测结果进行了初步比较.     

海洋二号卫星微波散射计自然扩展目标在轨定标

海洋二号卫星微波散射计(HY-2 Scatterometer, HY-2 SCAT)是一种旋转扫描笔形波束散射计, 能够对同一观测面元提供4次方位角和入射角的观测组合, 并通过地球物理模型反演海面风场. 为达到设计的风场反演精度, 要求其系统定标精度达到0.5dB. 利用不同区域自然扩展目标对HY-2 SCAT进行在轨外定标, 并与OSCAT散射计在同时期内的测量结果进行了对比. 定标结果显示可以消除因散射计天线指向偏差带来的方位向测量误差. 针对HY-2 SCAT方位向测量偏差进行了误差分析, 利用仿真方法以及海洋二号卫星雷达高度计同期测量数据的反演结果进行比对, 验证了误差来源.     

黄河站和Tromso站亚暴期间热层风场观测结果

中高层大气风场探测对研究大气物理过程具有极为重要的意义,尤其是在极地地区,风场对大气结构的影响更为剧烈.针对亚暴期间中国北极黄河站和日本Tromso站上空OI557.7nm气辉层（低热层）中性风场,利用全天空法布里-珀罗干涉仪（all-sky Fabry-Perot Interferometer,all-sky FPI）探测气辉谱线的多普勒频移,反演气辉层的大气风场信息.结果表明,低热层风场平均水平在100m·s^-1左右,热层风场在极地地区更为剧烈,纬度相对较低的Tromso站探测到的风速整体小于同期黄河站上空的风速.结合离子风数据,分析离子拖拽和焦耳加热对中性风的影响过程,发现极光亚暴不仅对低热层风场有增强作用,也有明显的抑制效果,但整体风向都垂直于极光弧变化.     

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．     

昆明MF雷达及初步探测结果

MF雷达是中层大气风场及低电离层电子密度观测的重要手段. 简要介绍了新建昆明MF雷达设备的工作原理、结构及工作模式, 并对观测结果进行初步分析. 对2009年1月观测数据的分析表明, 该月纬向风场最大可达80 m/s, 经向风场则较小, 一般不超过40 m/s, 且二者均呈现一定波动性. 相应的LS谱及谐波拟合分析表明,周日潮汐是80~100 km高度大气风场的主要扰动成分, 其振幅随高度改变, 相位向下传播, 且周日潮汐经向分量相位超前于纬向分量相位. 此外, 分析了MF雷达白天的电子密度观测结果, 并与IRI2000进行比较, 发现两者在变化趋势上有非常好的一致性, 但雷达观测结果小于IRI2000给出的参考值.     

A new narrow beam Doppler radar at 3 MHz for studies of the high-latitude middle atmosphere

A Doppler radar at 3.17 MHz has been installed at Saura close to the Andøya Rocket Range as part of the ALOMAR observatory at Andenes, Norway in summer 2002 to improve the ground based capabilities for measurements of small scale features and turbulence in the mesosphere. The main feature of the new Saura MF radar is the transmitting/receiving antenna which is arranged as a Mills Cross of 29 crossed half-wave dipoles with a minimum beam width of about 7°. Each dipole is fed by its own transceiver, and the individual phase control of the 58 transceiver modules on transmission and reception provides high flexibility in beam forming and pointing as well as transmission switching between ordinary and extraordinary mode circular polarisation. In addition, beams with different widths at the same pointing angle can be formed. For multiple receiver applications (spaced antenna wind measurements, all-sky meteor detections) four independent receiving channels are available.     

基于Stolt插值的近场三维雷达合成孔径成像

提出了一种准单站模式雷达以步进频方式工作条件下微波三维全息成像算法,克服了传统成像算法要求远场条件的限制,通过对雷达接收目标回波数据进行合成孔径处理,提高了雷达成像的分辨力以及雷达对目标的探测能力.采用一种新的Stolt插值实现方法,提高插值精度、减少插值的计算时间,通过插值,可以利用快速傅里叶变换来实现目标三维图像的快速重构.给出了实验和模拟目标的三维图像重构结果,表明基于该插值方式的三维图像重构算法可以重构出目标的三维像,实现对目标的探测并具有良好的分辨率.      

The day-to-day variability in the mesosphere and lower thermosphere in low latitudes: A study using MF radar

This study presents the analysis of planetary waves (PWs) using daily mean wind velocities for four years (August 2013 to July 2017) of continuous measurements using MF radar over the low latitude Indian region Kolhapur (16.8° N; 74.2° E). The MF radar at Kolhapur was upgraded in 2013. These are the first results of PWs after the upgradation of MF radar. The seasonal and intra-seasonal variabilities of East-West (EW) traveling PWs in the MLT region have been studied. In the present work, the data was analyzed to study the waves with various periodicities (e.g. 3–4, 5–8, 15–17, and 30–60 days). The 3.5 day [Ultra-Fast Kelvin (UFK)] wave shows semiannual variability with burst like wave activity observed during the summer months and December solstice. In addition, it is observed to be stronger in the spring equinoctial period. A strong semiannual oscillation (SAO) has been observed in a 6.5-day wave with peaks near the equinoxes. Similar to SAO over the low latitude MLT region, the wave activity is stronger in April/May than in September/October. The 6.5-day waves are observed to be stronger when the background mean wind is westward. From the analysis, it has been seen that the period before and after the equinoctial period is favorable for the 6.5-day wave propagation. The 16-day wave has no significant seasonal dependence; instead, the waves spread to almost all seasons. The Madden-Julian Oscillations (MJOs) have been observed to be propagating with an average wind speed of ～ 5 m/s when the background mean wind is eastward. The occurrence of MJO is observed during the summer and winter months. These results are the first of their kind in two aspects: first, they show the PWs with enhanced altitude coverage covering up to 110 km, and second, they show the PWs not contaminated due to equatorial electro jet influence.     

雷达天线机电轴一致性标定方法研究CSCD

介绍一种标定雷达天线机电轴一致性的方法,即确定结构坐标系和波束坐标系之间的转换关系。在雷达天线结构上固定一玻璃立方镜,用于坐标转换。在实验室和微波暗室进行两次测量,分别得到结构坐标系与立方镜的关系、波束坐标系与立方镜的关系,解决了单次测量误差大的问题。进行数据处理及不确定度评定,验证了机电轴一致性。