雷达研究E层不均匀结构的最新进展

着眼于电离层E层是一个特殊等离子体空间环境,综述了VHF相干散射雷达研究E层不均匀结构在6个方面的最新进展,阐明了我国开展这种研究的良好前景。     

全天空流星雷达相位差监测分析方法研究

介绍了一种直接利用流星观测数据, 根据流星的时空分布特性和天线的空间布阵关系建立数学模型, 对全天空流星雷达各天线通道的相位差进行监测分析和估算的新方法. 通过分析全天空流星雷达的流星观测数据, 获得了流星时空分布特性, 天线阵相位差变化对流星空间分布的影响, 特别是流星高度分布的标准差特性与各天线相位差的关系. 在此基础上, 模拟研究了利用流星高度分布的标准差来估算天线相位差的偏差, 并应用于中国三亚地区全天空流星雷达进行相位差监测分析和校正. 结果表明, 新方法无需任何附加硬件, 通过日常观测数据就能对某一通道的相位差变化或多个通道的相位差变化进行估算和分析,相位差监测精度优于2°. 对这些相位差变化进行校正, 可有效提高全天空流星雷达对流星的定位测量精度.     

磁赤道异常区电离层F区不均匀体发展过程中的闪烁谱研究

本文对我国磁赤道异常区海口站的夜间电离层不均匀体引起的闪烁进行了谱分析，并进行了理论模拟。大部分闪烁出现在午夜前后且持续时间较长。分析结果发现：这种持续时间较长的闪烁的末期和初期的闪烁谱结构有显著差异，末期闪烁谱高频段较初期要明显陆峭，即谱指数显著增大。由此推测出不均匀体发展末期费涅耳尺度以下的不均匀体首先衰减消失，这与国外某些轨道卫星就地测量结果大致相符。同时还从闪烁谱推测出不均匀体发展末期的漂     

赤道电离层F区底部准正弦型不均匀体引起闪烁的数值模拟

本文采用多重相屏模型, 考虑不均匀体特征尺度随高度的变化, 模拟了赤道电离层F区底部准正弦型(BSS)不均匀体引起的闪烁。模拟计算结果表明:BSS不均匀体的特征尺度随高度变化可以导致闪烁谱和不均匀体谱之间谱指数的显著差异。     

新乡上空Es层不均匀体的闪烁特性

本文介绍新乡1989和1990年夏季ES层不均匀体引起的ETS-II卫星136MHz信号幅度闪烁的观测结果。揭示了闪烁出现与f₀E_s的关系、闪烁强度和持续时间的概率分布、准周期性闪烁特点以及闪烁谱特征。导出了ES层不均匀体的尺度和漂移速度等物理特性。     

太阳模拟器光照不均匀性的研究

辐照不均匀性是太阳模拟器的一项主要技术指标.首先通过对国内外辐照不均匀性测量装置进行了充分的调研,决定采用“决门法”设计完成了辐照不均匀性的测量装置.接着通过试验证明了晴空无遮挡的太阳光可以作为该装置的标准光源并进行了该装置的标定.然后,利用该装置对自然光源进行了测试,结果与利用标准表测试一致.最后,利用该装置对脉冲式太阳模拟器的辐照不均匀性进行了现场测试.     

暴时密度增强区附近电离层不均匀体研究

基于IGS提供的TEC数据, 研究了2003年10月大磁暴期间的暴时密度增强(Storm Enhanced Density, SED)现象; 利用GPS观测数据, 计算出ROTI (Standard deviations of ROT)指数, 分析了SED边界附近电离层小尺度不均匀体结构的时间和空间演变. 研究表明, 在磁暴主相期间SED边界附近不均匀体随着磁暴的发展逐渐增多; 在主相的中后期不均匀体的分布密集度达到最大; 在恢复相期间, 不均匀体分布很少; 随着磁暴的发展, 不均匀体开始主要集中在40~45ºN范围内, 随后向高纬漂移, 主要集中在45~55ºN范围内.     

基于海南VHF雷达观测的低纬E区场向不规则体研究

利用海南VHF雷达（19.5°N,109.1°E;磁纬8.1°N）在2011年7月15—22日期间的连续观测数据,对东亚低纬3m尺度电离层场向不规则体（FAI）特性进行了分析. 主要结果表明,在整个观测期间,E区场向不规则体几乎每天发生,既可发生于夜间,也可发生于白天,且存在各种不同结构. 根据E区场向不规则体发生的时间及形态,可将其分为三种结构类型：低部连续型结构、上部下降型结构以及白天连续型结构. 这些低纬E区场向不规则体的回波谱特性与赤道电集流（EEJ）和中纬区E区场向不规则体中的2型回波相类似,但其随时间的变化与后两者存在明显差异,且与其他低纬区E区场向不规则体回波存在不同程度的差异.     

用不均匀钢带法测量对流换热系数的测量技术研究

对用不均匀钢带进行换热测量做了研究。制作了贴有14块扇形不均匀加热钢带作为测量面的换热盘。推导了计算不均匀加热钢带热流密度的三种不同的关系式,并对他们做了比较验证。计算了造成主要测温误差的热阻,方法是采用热电偶和热像仪相结合来比较他们的测温结果。对换热盘进行测试验证的结果表明其可以进行旋转盘的换热测量。通过换热实验,采用不均匀钢带加热、热电偶测温和遥测仪采集数据的方法,由测量出的盘面温度分布计算换热系数。     

海南VHF雷达观测到的低纬F区电离层场向不规则体事件分析

中国海南VHF雷达具有快速扫描观测及对电离层不规则体进行二维成像的能力.采用时间序列上的连续观测,可以获得场向不规则体发展变化的一系列二维空间图像.本文对海南VHF雷达2011年10月27日夜间观测到的电离层不规则体事件进行分析,主要结果表明,本次观测到的不规则体可分为三个阶段.在初步形成阶段,不规则体开始出现时非常微弱,发展变化很慢,主要表现为向上可扩展,持续时间约14min.在扩大增强阶段,不规则体快速向上并向两侧扩展,持续时间约14min;不规则体强度前期迅速增大,后期略有减弱,空间尺度达200km以上.在东漂离开阶段,不规则体强度进一步减弱,扩展面积达到最大,主要表现为东向漂移,持续时间近30min.这次观测首次给出了海南地区上空电离层不规则体的形成和发展过程.结合其他台站的观测进行对比分析发现,海南观测到的雷达羽与其他地区的雷达羽具有明显不同,海南地区的雷达羽特性及其对应的物理过程有待进一步观测研究.     

用武汉流星雷达观测象限仪座流星雨期间的流星速度

利用武汉流星雷达,首次成功地观测了象限仪座流星雨及流星雨期间的流星速度,讨论了利用单站全天空流星雷达观测流星雨的相关问题.从观测结果可以发现此次象限仪座流星雨发生在2004年1月4日的0000-0800LT,其中流星峰值出现在0400LT,而且通过流星雷达观测到的流星雨期间的流星回波平面推测得到的流星雨辐射点也与该流星雨的理论辐射点位置对应非常好.利用流星回波振幅的Fresnel振荡方法计算了此次流星雨期间观测到的流星的速度,分析了该流星速度的分布,这次流星雨期间观测到的流星速度主要集中在10-30 km/s,可以看出这种速度分布是由流星雨进入地球大气的初始速度和流星在大气中的减速过程共同决定的.最后研究了流星速度随高度的变化,并且由此讨论了地球大气对于流星体的减速作用.     

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.     

Seasonal variations in vertical distribution of meteor decay time as observed from meteor radars at 8.5°N and 80°N

The decay times of meteor radar echoes have been used for decades to investigate characteristics of the mesosphere and lower thermosphere (MLT) region. As the meteor echo decay time depends on background atmospheric parameters, in the present communication, we examine the seasonal variation of the vertical distributions of underdense meteor echo decay times with respect to echo strength. Observations from two similar radars located at two distinct geographical locations, Thumba (8.5°N, 77°E) and Eureka (80°N, 85.8°W) were used for the present study. Here, the radar received signal power is categorized into strong and weak echoes and vertical profiles of their decay times are constructed. It has been noticed that the monthly mean decay time vertical profile turning altitude (i.e., inflection point) varies in the range of 80–87?km of altitude depending on latitude. The turning altitude is observed at relatively lower heights in the winter than in summer at both the latitudes. The present analysis shows that the meteor decay time below the mean turning altitude follows a decreasing trend with decreasing altitude, which is quite distinct to the behaviour of ambipolar diffusion. It is also observed that there is a difference in mean decay time of strong and weak echoes below 90?km of altitude, which is very prominently seen at lower altitudes. This difference shows a seasonal pattern at high latitude, but does not show any seasonal variation at low latitude. The present results are discussed in light of current understanding of the meteor decay time.     

武汉上空中层和低热层大气潮汐的流星雷达观测

武汉流星雷达是2002年元月建成的我国第一部全天空流星雷达,本文对2002年2月19日到7月31日流星雷达观测的潮汐的讨论表明,武汉中层顶以周日潮汐为潮汐运动的主要分量,它的强度远大于半日潮汐,周日潮汐和半日潮汐的波源都在80km以下．周日潮汐分量在3、4月份最强,并且经向分量略强于纬向分量．两个分量的峰值在约95km处出现,分别达到44m／s和60m／s．半日潮的最大值24m／s出现在4月初约93km处．周日潮汐和半日潮汐的振幅和相位随时间呈现出拟周期变化的特征,这可能是潮汐与行星波非线形相互作用的结果．观测结果与GSWM模型的比较表明,GSWM模型在相位随高度变化趋势上与观测结果一致,但模型的周日潮相位比观测约超前1—2h,半日潮相位约滞后1—4h．在周日潮汐较强的月份,模型与观测有较大的差异,观测的幅度通常在95km附近有极大值,而模型并没有极大值．GSWM模型对半日潮的幅度的估计通常过小,观测的半日潮汐幅度有时甚至超过模型值的一倍以上．     

Meteor radar temperatures over Collm (51.3°N, 13°E)

The method of obtaining absolute temperature estimates by measuring the ambipolar diffusion coefficient with meteor radars in the mesopause region is basically well known. However, there is still a need to refine and adjust the background temperature gradient model which is necessary to calculate the temperature values. Therefore, a detailed comparison with independent temperature measurements is necessary to evaluate the performance of the method and to obtain more information about the temperature gradient. Recent studies provide some evidence that the impact of the gradient model on temperature estimates affects the absolute temperatures, but that it is of minor importance for wave analysis. This paper focuses on a detailed evaluation of the meteor radar temperatures by comparing them with SABER satellite and OH-emission mesopause region temperatures. The seasonal variation of the observed temperatures is well reproduced by the COMMA general circulation model.     

流星雷达系统相位差偏差的估计和校正

介绍了一种新的流星雷达系统的相位偏差估计和校正方法.利用流星回波的观测数据,用回波信号在各个接收通道之间的相位差,结合干涉式接收天线阵的几何关系,建立了各天线相位差测量值与偏差值之间的线性方程组,利用最小二乘法求解方程组,得到了流星雷达系统各个接收通道之间的相位差偏差估计值及校正后的流星回波到达角.与已有的流星雷达相位偏差估计和校正的方法相比,这种方法可以通过流星雷达的观测数据来计破算雷达系统各个接收天线通道之间的相位差偏差量,而不需要增加额外的硬件,实现了对观测数据的事后处理,可以方便地对已有数据进行校正.以2004年4-6月的武汉流星雷达观测数据为例,计算了流星雷达系统的偏差估计量,并用校正后的数据来计算流星回波的空间位置.结果表明,校正后流星回波数在各个方向上随高度的分布比校正前更符合统计分布.     

极区夏季中间层半日潮汐的VHF雷达观测

采用德国SOUSYVHF雷达观测数据,研究了极区夏季中间层半日潮汐的结构和变化特征.纬向和经向风的动态Lomb-Scargle谱表明,半日潮是中间层高度上占支配地位的波动,其谱峰对应的频率一般与1/12c·h^-1有偏离,说明它们经常处在被扰动状态.稳定的半日潮振幅随高度增加而迅速增长,在87.9km高度附近达到饱和;经向分量的相位一般比纬向分量的相位超前π/4-π/2,从而水平扰动速度矢量端点随时间变化的轨迹显示出顺时针方向旋转的特征.半日潮汐特征参量在纬向和经向风中随时间的变化在基本趋势一致的基础上显示出一定程度的各向异性.     

Long-period meteor radar temperature variations over Collm (51°N, 13°E) and Kazan (56°N, 49°E)

We have estimated temperatures from meteor radar measurements using the gradient method and the full width at half maximum method over Kazan (56°N 49°E) and Collm (51°N, 13°E). The time series cover the period 2016–2019. The temperature gradient model is constructed from SABER temperature observations. We demonstrate that annual mean, amplitudes and phases of the annual and semiannual oscillations of the radar temperatures are close to those of the MLS and SABER temperatures. The annual mean temperatures over Kazan and Collm differ non-significantly. The seasonal variability of the radar temperature is mostly due to the annual cycle which tends to grow with latitude. The gradient method produces temperatures which agree with the SABER temperatures better than with the MLS ones. The harmonics of the annual oscillations from periods of 73 days up to periods of about 40 days are the most significant day-to-day temperature oscillations and have zonal wavenumber zero. Their periods and phases are in good correspondence with those of the MLS and SABER ones. We also show some results which demonstrate that at 56°N the FWHM method is not as robust as the gradient method.     

Connection between winter mesopause region temperatures and diurnal LF reflection height variations measured at Collm

Scale height, H, estimates are calculated from the decrease/increase of ionospheric virtual reflection heights of low-frequency (LF) radio waves at oblique incidence in suitably defined morning intervals around sunrise during winter months. The day-to-day variations of H qualitatively agree with daily mean temperature variations around 90 km from meteor radar measurements. Since mesospheric long-period temperature variations are generally accepted to be the signature of atmospheric planetary waves, this shows that LF reflection height measurements can be used for monitoring the dynamics of the upper middle atmosphere. The long-term variations of monthly mean H estimates have also been analysed. There is no significant trend, which is in agreement with other measurements of mesopause region temperature trends.