子午工程二期大气电场仪及其初步观测

大气电场是大气科学和空间物理学科中共同的一个重要电学参量,大气电场的变化代表着全球大气电路和近地面大气电荷分布状态,其变化同时受到气象活动、地质活动和太阳活动影响.大气电场的平均日变化特点代表着平静时期该地区近地面大气电场的平均值,这对于研究不同纬度地区近地面大气电场由于地质活动或太阳活动引起的扰动具有重要意义.为实现对日地空间环境全圈层、多要素综合的立体式探测,子午工程在两极、中国多个地区建成了多个大气电场观测台站,本文主要介绍子午工程中的大气电场观测,包括场磨式大气电场仪及其数据格式,展示了子午工程建设的西藏噶尔站2021年11月至2022年10月一年期间的晴天大气电场平均日变化,并对其进行了分析以及与“卡耐基曲线”的比较.

连续磁活动对等离子体层演化的影响

利用嫦娥三号极紫外相机观测的2014年2月21日等离子体层极紫外对数图像,分析了一系列磁活动状态下等离子体层晨侧视角的演化.由等离子体层质子的相空间分布,模拟了2014年2月18—22日发生一系列磁暴事件时等离子体层在磁赤道面的演化.通过观测与模拟发现,等离子体层实际的填充速度大于模拟时等离子体层的填充速度.推测昏侧与日侧之间的羽结构对侧面视角下向阳侧等离子体层顶的位置会造成影响.模拟中等离子体层整体对磁暴的响应在3h内,大磁暴对等离子体层的影响时间较长,可以达到1~2天.连续的磁暴事件对等离子体层的影响有叠加的效果.等离子体层的回填比侵蚀需要更长的时间.

利用区域大气静电场监测网临震预估地震灾害

本文通过震例研究提出一种临震前形成晴天大气静电信号异常的物理机制.在大震临震阶段,震中区域附近地壳结构发生临界变化,产生大量的岩石微破碎,岩缝间的通道很可能相互连通起来,并通过土壤缝隙,将包含微量元素的气体释放到空中,其中放射性同位素在弥散到空中的过程中不断产生衰变,特别是产生α粒子的放射性电离辐射.这使得大气充满异常多的正负离子,这些异常多的正负离子可能会产生与晴天大气相反的极化电场并被仪器监测到.本文提出了利用这种晴天大气异常静电信号来评估灾害性大震事件发生的组网监测方法,以及确定潜在震中位置、震级大小和发震时段的技术思路.

伴随磁层稳态对流的磁暴及磁暴期间环电流的特征

参考活跃的磁层稳态对流标准,选取了 2001-2017年12个伴随磁层稳态对流的磁暴,研究发现这些磁暴存在以下共性:有长达约10 h的漫长主相;其SYM-H存在一个最小值的平台期,约持续3~10h;这些磁暴发生时,部分环电流持续位于昏侧,其持续时间和行星际磁场分量B_(z)的稳定南向驱动时间相等.此外,这些磁暴发生时,其平台期的环电流离子的寿命为2.4~5.5 h,比一般的大磁暴事件中离子寿命长,且其寿命与平台期长短没有明显关系.伴随稳态对流的大磁暴发生时,环电流离子寿命长,环电流衰减慢,推测是稳态对流期间能量持续而稳定注入磁层导致的.

2021-04-16河北滦州M_(S)4.3地震前的大气电场异常信号分析

中国科学院国家空间科学中心分布在天津市宝坻区和廊坊市永清县的2个观测台站在2021-04-16河北滦州M_(S)4.3地震前均观测到大气电场异常。宝坻站监测到过境云与地质活动混合型电场异常信号;永清站监测到湾型持续电场异常信号,属于典型的临震前小时尺度先兆信号,其幅度和持续时间均明显高于宝坻站的异常电场信号。对比电场异常期间2个台站的气象活动和空间天气活动发现,虽然2台站电场异常信号的表现方式不同,但背景变化中均隐含大型地质活动信号。分析结果表明,未来可通过分析多源活动导致的空间静电演变过程,形成有效的识别方法,在一定的气象活动范围内,从大气静电监测数据中提取中等以上强度地震的前兆信息。

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3600 m以上的大气电场分布进行了分析和拟合.

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。

M_(s)6.0以上强震临震前几小时震中区域天气特征

1研究背景大气电场(Atmospheric electrical field)是描述空间电荷分布的一个重要物理量,受空间天气、气象活动、地质活动等因素的影响。20世纪即对地震前大气电场开展观测,异常结果与假说也被现代技术的最近测量所证实(Jin et al,2020;陈涛等,2021)。但利用震前大气电场异常现象预测地震,需要克服的难题就是大气电场对天气条件的敏感性。目前,只有晴天气象条件下的大气电场异常才被认为是地震前兆信号。

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)。