西藏阿里地区的晴天大气电场特征

晴天大气电场是一个区域大气电场变化的基准场,是大气电场特性的研究基础。对于具有不同地质条件、地理环境和地形特点的区域,晴天大气电场特征具有明显区别。利用在西藏阿里地震台（80.12°E,32.51°N）安装的一台场磨式大气电场仪于2021年10月10日至2021年11月10日观测到的数据,通过对大气电场数据建模与分析,结合气象条件,得到西藏阿里地区23天晴天条件下的平均卡耐基曲线。经过平滑处理去除仪器噪声的波动,得到西藏阿里地区的晴天条件下的标准卡耐基曲线,进而与北京市昌平区十三陵观测台站（116.23°E,40.25°N）同期的晴天大气电场特征进行对比,并对其电场特性差异和原因进行了讨论。研究结果对分析高原地区晴天大气电场特征具有重要的参考价值和科学意义。     

青海省柴达木盆地大气电场随高度的变化特征

大气电场强度是大气电学的重要参数.大气电场的准确测量及其时空特性对研究空间天气活动、气象活动以及大型地质活动具有重要意义.2019年8月26日和28日,中国科学院鸿鹄专项团队在青海省海西蒙古自治州大柴旦镇地区放飞搭载模式电场仪的探空气球,测量了不同高度的大气电场强度.利用互相关函数法和主成分分析法研究了此次气球实验得到的电场数据.结果表明,尽管通常情况下决定大气垂直电场大小的主要因素是高度,但是该地区风场对大气电场强度的影响也比较显著.晴天大气条件下,有无薄云的存在对大气电场测量存在一定影响,有云条件下,风速会通过影响云的形成间接影响到大气电场.此外,柴达木盆地存在一个易受下垫面影响的大气电场边界层,分析表明这个边界层厚度在3km以上.对边界层大气电场变化以及晴天无云时3600m以上的大气电场分布进行了分析和拟合.     

锡林浩特市火山地质公园平台山顶近地面大气电场变化特征

大气电场强度是大气电学的重要参数.大气电场的准确测量对雷暴和地震的监测、预警等具有重要的意义.利用2015年8月27日气球搭载大气电场仪测量近地面大气电场实验得到的电场数据,分析在特殊地形表面近地面500 m高度内大气电场强度随高度的变化特征.结果表明:晴天条件下,火山喷发形成的熔岩平台山顶上空近地面大气电场强度随高度增加呈指数递减,大气电场的数值和变化范围均较大,尤其是近地面100 m高度内,大气电场值达到1 kV·m^-1以上.此外,还通过经验公式得出了近火山灰石地表的大气电导率.受空气中重离子的影响,其电导率远小于全球大气电导率的平均值.实验结果丰富了在特殊地形下大气电场的测量结果,揭示了中国内蒙古锡林浩特地区火山山顶近地面大气电场强度随高度的变化特征.     

带电云对大气电场随高度变化特征的影响

大气电场与雷暴活动、气候变化、大气污染、太阳活动密切相关,在特殊地形上探测大气电场的高度分布对于大气电学的相关研究具有重要意义。2020年9月12日,中国科学院鸿鹄专项团队将大气电场仪搭载在探空气球上,在青海省海西蒙古族藏族自治州大柴旦地区进行了大气电场高度分布的探测实验。本文分析讨论了此次实验中用到的电场仪、实验过程及实验结果。大气电场曲线中间凸起的部分对应电场仪穿过带电云层,因此将其分为三段并分别进行拟合。探测实验及分析结果表明：在不同高度处大气电场的主要影响因素不同,其分布规律会存在差异。此外,带电云会使大气电场强度整体增大,但云层中大气电场的高度分布仍能较好地符合指数变化规律。     

大气电场综合观测设备的设计

大气电场反映了地球近地表大气对气象活动、太阳活动与地质活动的综合响应。实现大气电场与气象参数及地磁活动指数等参数的综合测量,对雷电活动、地质灾害和磁暴活动等的研究具有重要意义。 设计开发了一种大气电场综合观测设备,能够同时测量包含温度、相对湿度、风速和大气电场等多个参数,在大气电场探测原理的基础上给出了大气电场综合观测设备的详细设计和电场标定过程。 通过对该设备在北京市十三陵台站实测数据的分析,与中国科学院国家空间科学中心FAMEMS-DF02电场仪以及中国气象网发布的气象数据进行对比,结果表明各气象参数99%的时刻对应误差不超过±10%,平均误差不超过±3%,而电场数据的平均误差为±0.166 kV·m^–1。     

电离层电场半年变化的模拟研究

利用一个中低纬电离层电场理论模式,模拟太阳活动低年、地磁活动平静情况下,中低纬地区电离层电场全年的变化情况。结果显示,单独计算南、北半球（去耦合）得到电离层电场具有明显的周年变化特征,且两个半球电场的相位相差半年左右。而同时计算南、北半球（计及耦合）时,电场则是以半年变化为主,且这种半年变化的幅度和相位随地方时和地磁纬度有变化。提出一个南、北半球耦合电路的简单物理模型给予解释。电路模型初步计算发现,即使两个半球电离层电场分别具有周年变化,只要它们变化的幅度相当,相位相差半年左右,由于跨越南北半球磁力线的耦合效果,耦合的电离层电场会产生明显的半年变化分量。由于缺少连续的电离层电场观测资料,将模拟结果与Richmond基于非相干散射雷达数据建立的经验模式（ISR Model）相比较,结果符合较好。     

中层大气的一种特殊振荡现象

通过分析Nimbus7卫星的SAMS温度探测数据，发现叠加在温度季节变化上，存在一种特殊的纬圈平均温度谐波振荡现象，其特征是，在水平方向上是同步振荡，在垂直方向上呈驻波特征．分析认为这种振荡可能是地球大气的一个特征波模，它的纬向波数m＝0，经向波数n=0，相应的特征函数为,表现为大气单纯的垂直运动，在垂直方向上存在反射面，形成驻波．     

气球卫星1990—81B和1990－81C的轨道变化和高层大气密度的测定

本文测定给出我国首次发射的专用于高层大气探测的两颗气球卫星DQ-1A(1990-81B)和DQ-1B(1990-81C)整个寿命期间的轨道变化,以及利用轨道衰变率,采用适合气球卫星近国轨道反测密度的一种方法,获得500-900km高度范围内太阳峰年期间的高层大气密度及其变化。结果表明,同时发射的两颗面积质量比不同的气球卫星所测定的高层大气密度及其变化非常一致,且明显地显示密度随太阳活动逐日的和27天周期性的变化。本文将密度测定结果与高层大气模型进行了比较和分析。     

张衡一号卫星探测的赤道附近电场分布及其与电离层分布的关系

利用张衡一号卫星搭载的电场探测仪（Electric Field Detector,EFD）获得的VLF频段2019年电场功率谱数据,研究赤道附近区域近东西向电场的背景分布、季节变化以及与电离层背景的关系。结果表明：白天电场背景在赤道及其附近随季节呈不同波形结构,以3波、4波为主;夜间电场背景规律性稍差,仍呈随季节变化的经向波形结构分布特征;白天电场背景与电离层背景的季节变化呈高度正相关性,春秋季为峰值;夜间电场背景的季节变化特征是夏冬季峰值,与夜间电离层背景整体上呈负相关性。VLF电场功率谱观测数据与电离层观测数据在较大和较小空间尺度上的统计特征上都具有一致性。EFD载荷为电离层相关科学问题的研究及应用提供了一个可以使用的电场观测数据集。     

Impact of local and global factors and meteorological parameters in temporal variation of atmospheric potential gradient

In this research work, we have performed comparative diurnal variations of atmospheric Potential Gradient (PG) of fair-weather days by using the data of three stations installed in Northern, Pakistan for the year 2018. We investigated the impact of both local and global factors and meteorological parameters in the diurnal variation of atmospheric Potential Gradient on the annual and seasonal time scale. We observed two peaks, primary and secondary. This is because of the land-based measurements of annual and seasonal variations. The annual average curve of Potential Gradient of all three stations: Islamabad (CES), Muzaffarabad (MZF), and Balakot (BKT) demonstrated a notable deviation from the standard oceanic Carnegie curve. The atmospheric Potential Gradient variations are due to numerous meteorological factors e.g., air pollution, humidity, aerosol particles, fog, and temperature. Among three stations, the MZF station is located in highland (mountainous) and it demonstrated a higher atmospheric Potential Gradient. We further differentiate the results of our three stations with global results for authenticity and observed coherence between them. In addition, a positive correlation of fair-weather Potential Gradient is observed with temperature and a notable correlation between relative humidity and atmospheric Potential Gradient for all the three observatories.     

GPS在气象火箭遥测跟踪上的应用

利用GPS全球定位系统、天线云台和宽波瓣天线组成的跟踪系统, 研究了接收位置信息与跟踪之间的时间差, 气象火箭理论弹道误差导致的中断跟踪,气象火箭探空仪分离后至初次定位前的跟踪, 天线云台转到359°位置后反转359°及跟踪过程中跟踪中断后的继续跟踪等关键问题,成功实现了气象火箭探空仪的遥测跟踪. 该跟踪系统在子午工程气象火箭试验中得到较好的应用, 此种跟踪方式相比传统雷达跟踪方式具有体积小、重量轻、操作简单、成本低、机动性强、跟踪可靠性强等诸多优点.     

基于有限元方法的场磨式电场传感器标定装置优化设计

场磨式电场传感器常被用来测量特高压直流(HVDC)输电线路下地面合成电场强度.传统对其标定的方法存在标定装置体积较大、户外标定移动不方便的缺点.针对此问题研究了一种应用于特高压直流输电线路下地面合成电场测量的电场传感器便携式缩尺标定装置.基于有限元方法建立了传感器的三维电场模型,基于该模型对便携式标定装置的尺寸、结构等关键参数做出了模拟分析,在此基础上进行了便携式标定装置的结构参数的优化设计.将便携式缩尺标定装置与标准的标定装置进行了实验比较.仿真及实验结果表明该标定装置能够方便、准确地对场磨式电场传感器进行标定.      

微型镓场发射电推力器的研制和点火特性

为了满足立方星等微纳航天器对推进系统的需求,研制出中国首台针式微型镓场发射电推力器。通过提高润湿温度解决了真空环境下镓难以充分润湿钨针等问题。实现了推力器的稳定点火,测试了不同润湿温度和不同几何参数下的点火特性。得到了发射电流随润湿温度提高、极间距减小和吸极内孔直径的增大而增大的关系。通过公式计算,给出了不同发射电流下的理论推力。通过电场仿真得到不同几何参数下的电场强度,揭示了几何参数影响发射电流的原因。     

电动舵机减速器传动特性误差分析与补偿研究

在电动舵机减速器的传动特性测试实验中,由于机械安装,轴承摩擦和电机驱动器非线性等原因造成的测量误差会折算到传动比测量误差中并降低精度。本文以减速器为研究对象,通过动力学方程建立了该系统的数学模型,通过理论分析将机械安装与轴承摩擦作为已知的系统误差,提出一种根据仿真结果获得补偿量,对实测数据进行预处理从而提高传动比测量精度的新方法。计算结果说明此方法能在一定程度上补偿电机驱动器非线性带来的测量误差。     

子午工程探空火箭伸杆展开机构技术研究

根据子午工程探空火箭电子和电场探测需求,设计了套筒式伸杆展开机构.通过电子伸杆和电场伸杆的结构方案设计、力学仿真分析,伸杆单项力学试验,伸杆与整箭的匹配力学试验以及伸杆飞行试验验证得出,该伸杆技术方案合理可行,伸杆总体构型、布局设计及结构方案设计满足科学探测各项技术指标的要求.