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。     

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.     

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。     

晴天大气电场时空变化特征分析

利用子午工程5个大气电场观测站点近10年的近地面晴天大气电场观测数据,在年变化、季节变化、日变化三种不同时间尺度上进行了对比分析。结果表明：不同纬度站点的日平均晴天大气电场峰谷类型不同,且部分站点的波峰出现了逐年左移或右移的趋势;在电场幅值变化方面,位于中低纬度地区的站点呈现出逐年减小的变化特征,而位于中高纬度的站点呈现出逐年增加的变化趋势,且这种年变化均是线性的;多元回归分析表明,最大波峰出现时间与地理经度呈负相关,而与地理纬度呈正相关;各站点在近10年中均未出现明显的纬度效应;冬季的晴天大气电场日平均值水平较高,夏季较低,且各季节的日平均晴天大气电场最小值及最大值均近似呈正态分布;最小值及最大值在年度和季节两个时间尺度上的变化规律是基本一致的。这些研究结果揭示了晴天大气电场在不同时间尺度上的变化特征。     

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。     

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。     

神舟3号运行高度上大气密度的变化

神舟3号(SZ-3)大气密度探测器搭载在SZ-3留轨舱上于2002年3月发射入轨,在轨运行期间获得了轨道舱运行高度范围(330-410km)内的大气密度数据.数据分析表明,无明显太阳和地磁扰动时,热层大气密度的主要变化之一是日照和阴影区域之间的涨落变化,最大涨落变化比约为3.0,变化比与太阳和地磁活动程度有关.在2002-04-17和2002-04-19的强地磁扰动时,全球热层大气密度上涨,同时在磁扰峰期探测获得30°N-40°N区域出现密度扰动异常现象.对强地磁扰动在运行轨道高度上大气密度最大涨幅约为60%左右,响应过程在时间上要比地磁扰动过程滞后6-7h,日照和阴影区域中大气密度的响应变化程度明显不同.在太阳活动程度发生变化时,热层大气密度会呈现出明显的正相关变化关系.     

550～600 km高度上热层大气密度的中长期变化

选用了2005年8月20日至2006年7月28日高度550～600 km附近的热层大气密度探测数据,对表征太阳活动的F10.7值和表征地磁活动强度的Ap指数进行了相关特性的统计.分析结果表明,在无明显地磁扰动时热层大气密度日平均值的涨落呈现27日和准半年的周期性变化,但在地磁扰动期间这种变化的周期性会被削弱,且大气密度的周日变化幅度与F10.7值呈正相关关系.     

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。     

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.      

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.     

Balloon support systems performance for the cosmic rays energetics and mass mission

The Ballooncraft Support Systems were developed by NASA Wallops Flight Facility for use on ULDB class balloon missions. The support systems have now flown two missions supporting the Cosmic Rays Energetics and Mass (CREAM) experiment. The first, CREAM I, flown in December 2004, was for a record breaking 41 days, 21 h, and the second flight flown in December 2005, was for 28 days, 9 h. These support systems provide CREAM with power, telecommunications, command, and data handling including flight computers, mechanical structures, thermal management, and attitude control to help ensure a successful scientific mission. This paper addresses the performance and success of these support systems over the two missions.     

北京上空高分辨率气球探空观测的温度垂直波数谱

使用分辨率为10 m的温度剖面检查2.90～8.01 km和14.65～19.76 km高度范围内归一化温度扰动谱的谱特性,并且将它们与模式谱比较.结果表明,在波数9.8×10-4～2.5×10-2m-1范围内,对流层的垂直波数谱有约-1.9的平均谱斜率;低平流层的垂直波数谱有约-2.2的平均谱斜率.这两个平均谱斜率大大偏离了目前饱和谱模式和普适大气谱模式表示的-3.0和-2.4谱斜率,并且认为是目前气球测量中曾经观测到的最平谱斜率.在波数9.8×10-4～2.5×10-2m-1范围内,对流层和低平流层的平均谱振幅比饱和谱模式的谱振幅分别大24倍和5倍,这也与饱和谱模式以及目前文献中的观测结果有很大不同.这些较大平均谱振幅与最平的平均谱斜率一道共同表明,观测的温度谱并不遵循目前的饱和谱模式和普适大气谱模式.     

基于Rb-Xe体系核磁共振陀螺仪的Xe极化场测量方法

核磁共振陀螺仪具有小体积、高精度、低功耗等优点,是未来高精度微小型陀螺的主要发展方向之一。原子气室内 Xe 核自旋的极化是衡量原子气室性能的一个重要参数,直接影响陀螺的角随机游走, 因此准确快速地测量极化场有利于研制性能更优的原子气室。为了实现Rb-Xe体系的核磁共振陀螺仪快速、原位测量Xe的极化场,提出了利用Rb电子顺磁共振频移测量Xe极化场的方法。通过激励磁场翻转Xe极化场,推导了估算Xe极化场的简单公式。实验测量了在典型核磁共振陀螺仪装置中,10nT 量级的Xe极化场,结果与理论计算相符。表明这种方法能够快速有效的在核磁共振陀螺仪原位测量Xe的极化场。     

一种无需轴对准的磁罗盘正交度测试方法

给出了一种可自动化的测试双轴磁传感器正交角度的方法：正交磁场法,该方法操作简便,无需被测传感器的精密装夹;整个测量过程中没有装配操作,完全消除了由于装配的不一致性带来的误差。与常用的磁矢量投影法相比较,本方法可较快地测得双轴磁传感器的正交度,且达到较高的精度。