基于钠激光雷达观测数据的中间层顶大气温度分布特性研究

作为中间层和热层的边界层,中间层顶存在多种能量交换方式,是大气能量耦合的重要区域。本文利用部署于中国科学院廊坊临近空间大气探测站的钠荧光多普勒激光雷达2013年的观测数据,研究了廊坊上空中间层顶区域大气温度的年度和季节分布特性,并分析了影响温度分布的多种因素。年平均温度廓线图显示,中间层顶位于约97.5 km高度处,温度约191.2 K。受放热化学反应的影响,年平均温度廓线91 km高度处出现了一个198 K的相对温度高点。中间层顶区域大气温度的季节分布受太阳辐射和大气动力学因素综合影响,夏季在大气动力学影响下,中间层顶高度较低,位于88 km高度处,温度也较低,约177 K;冬季太阳辐射起主导作用,中间层顶位于99 km高度处,温度为181 K。通过拟合月平均温度分析了中间层顶区域大气温度年变化和半年变化的振幅和相位特征。结果显示,中间层顶区域上部温度分布主要受太阳辐射的影响;在中间层顶区域下部,大气波动主导了温度分布。     

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.     

冬季中层顶区域重力波谱特性

使用DYANA试验期间19枚(Chaff火箭在81-105km高度范围测量的高分辨率水平速度数据,研究标量水平速度垂直波数谱在冬季的谱特性.分析结果显示冬季平均垂直波数谱有-3.02的谱斜率,这与各种饱和理论预测的-3谱斜率很一致,提供了饱和重力波谱在冬季的观测证据.与各种饱和理论比较表明,这个冬季谱的谱振幅与线性饱和理论预测的谱振幅完全一致,但是总是小于非线性饱和理论预期的、激光雷达测量的谱振幅.这个冬季谱与最近得到的夏季饱和重力波谱一道,共同表明我们的观测结果支持了线性饱和理论,而不管季节,地理位置和高度范围的不同.由这个冬季谱估计的盛行垂直波长为15km,它比夏季的12.8km盛行垂直波长稍大.     

背景风场对中尺度受导重力波的影响

采用重力波的大气分层全波解法,计算得出了强逆风场作用下以及无风条件下中尺度重力波受导波模的色散曲线和衰减距离曲线.结果表明,强逆风场可以使得各中尺度受导波模衰减距离明显变长,并导致不同尺度重力波的衰减距离出现峰值分布.通过分析美国MillstoneHill台站和武汉电离层观象台的TID实测结果证实了这些风场支持的远距离传播波模的存在.     

Proposal of application of same beam VLBI measurements in precision orbit determination of lunar orbiter and return capsule and lunar gravity field simulation in Chang’E-3 mission

High accuracy differenced phase delay can be obtained by observing multiple point frequencies of two spacecraft using the same beam Very Long Baseline Interferometry (VLBI) technology. Its contribution in lunar spacecraft precision orbit determination has been performed during the Japanese lunar exploration mission SELENE. In consideration that there will be an orbiter and a return capsule flying around the moon during the Chinese lunar exploration future mission Chang’E-3, the contributions of the same beam VLBI in spacecraft precision orbit determination and lunar gravity field solution have been investigated. Our results show that the accuracy of precision orbit determination can be improved more than one order of magnitude after including the same beam VLBI measurements. There are significant improvements in accuracy of low and medium degree coefficients of lunar gravity field model obtained from combination of two way range and Doppler and the same beam VLBI measurements than the one that only uses two way range and Doppler data, and the accuracy of precision orbit determination can reach meter level.