子午工程二期电离层高频多普勒监测仪初步观测结果

子午工程二期计划在漠河、北京、武汉、深圳四地分别建设由一个发射站和三个接收站构成的电离层高频多普勒监测台阵.本文介绍了为此研制的电离层高频多普勒监测仪的进展和试观测期间取得的一些观测结果.通过与电离层测高仪进行交叉对比,设备的性能和探测能力得到了验证.目前该设备已部署7个站点进行试观测,本文报告了该设备探测到的太阳耀斑导致的电离层扰动、电离层行进式扰动、大尺度电场导致的多站同时扰动等多种现象.未来子午工程二期建成后,该设备将具备我国上空北至漠河、南至广东的电离层扰动监测能力,并与其它探测手段融合发挥空间天气综合监测网络的最大效能.

“资源一号”卫星星内高能粒子探测器

对空间辐射环境的效应以及“星内高能粒子探测器”原理和设计做了简要而全面地介绍 。

典型电离层多普勒记录及其讨论

由于地面电离层多普勒频率偏移测量具有时间连续、设备相对简便等固有特征,它特别适合于扰动监测.本文在整理北京大学电离层高频多普勒台站观测资料的基础上,给出了一些典型电离层多普勒效应观测现象,这些现象反映了多普勒频移对电离层Es,声重波,不规则结构及耀斑引起的突然扰动等的响应,表明多普勒资料的细致分析对电离层形态学研究有其特殊意义.利用IRI模型,对多普勒频移的太阳耀斑效应及电离层不规则结构对多普勒频移的影响进行了模拟计算,理论结果与观测基本一致,从而大体上解释了这些响应的物理机制.论文最后对观测到的一种特殊的记录类型——S型描迹的具体成因作了详细的分析和讨论,指出在一定条件下,以一定相位速度水平传播的声重波可以产生这类记录,给出了相位速度和振幅等声重波参数与记录描迹形状的关系,这对从多普勒频移记录推演电离层中的波动特征有一定的帮助.

声重波激发的赤道 Spread—F 不稳定性

本文导出了声重波扰动与赤道电离层扩展Ｆ层相互作用的基本方程，并对数值模拟结果进行了讨论．结果表明当声重波扰动与Ｋａｖｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性共同作用于赤道Ｆ层时，将导致大尺度波状结构的Ｓｐｒｅａｄ－Ｆ．其特征为以一定速度漂移的准周期不规则性，发展到后期伴有羽柱形状的ｂｕｂｂｌｅ（电子密度低区）产生．这种现状的ｂｕｂｂｌｅ可上升至Ｆ层顶部并发生倾斜．声重波波矢量的方向决定着羽柱的倾斜方向．这些结果与实验观测特征相符，说明声重波扰动不仅是大尺度Ｓａｒｅａｄ－Ｆ的触发源，而且对其整个形态发展过程起着重要的作用．

近年来中国电离层物理研究进展

在梁百先等1994年评论的基础上，对最近几年来国内的电离层研究作了简单的回顾与评述侧重于电离层扰动及波动，电离层探测和资料分析方面的新发现，反演方法以及预报模式等方面．

某些典型电离层扰动的高频多普勒测量记录(英文)

本文显示了近一、二年中北京地区获得的某些典型电离层扰动的高频多普勒记录。电离层的高频多普勒测量已有20余年的历史,对不同扰动形态也已有过一系列的描述和研究。本文的特点在于集中地将几种典型扰动记录汇集在一起,这些扰动主要涉及的过程是电离层中的声重力波以及伴随着太阳耀斑爆发的突然频率偏移现象。我们实际记录到的各种扰动形态在细节上要比本文选择的事例丰富得多,但我们认为选择在本文中的这些典型记录可以在总体上展示一些主要扰动形态的直观概念,结合当时电离层背景条件及太阳,地磁等活动情况,可为进一步的机制研究提供有用的线索。

空间碎片碰撞预警研究

介绍了空间碎片的分布和危害,阐明了航天器进行碎片预警规避的必要性,讨论了碎片碰撞预警技术中的关键问题,用已有的碰撞和规避实例对自行研制的软件进行了计算检验,结果证明了软件的正确性,也说明了国内进行碎片预警工作的可行性.

电离层对台风响应的全过程的特例研究

作为特例研究,本文对1988年和1990年两次强台风影响期间的电离层多普勒记录及相应的台风资料进行了细致的相关分析,目的是利用多普勒记录的连续性优点来了解电离层对登陆(或近海)强台风通过声重波响应的演化全过程.分析表明,在这两次台风影响期间,电离层形态中除有明显的波状扰动(中尺度声重波)出现外,还有一些值得注意的新现象:波动的时间演化表现出明显的幅度逐渐增加以及频率由高频向低频转变,在振幅很大的情况下日落后同时出现扩展F(Spread-F)现象,显示了声重波在激发电离层不规则结构方面的种子作用.这一演化过程与电离层中TIDs的线性传播理论一致,文中开展了对这一现象的非线性数值模拟,模拟结果基本上也与上述观测现象相吻合.

2001年4月2日太阳耀斑及其太阳质子事件的观测结果研究

20 0 1年 4月 2日 ,太阳爆发了一个近年来X射线通量最大的一次耀斑并伴有质子事件 ,利用“资源一号”卫星星内粒子探测器和神舟二号飞船X射线探测器的观测资料 ,对这一事件的高能粒子响应进行了特例研究 .“资源一号”卫星运行于太阳同步轨道 ,高度约 80 0km ,和宁静时期的统计结果对比 ,这次耀斑后 ,星内粒子探测器在地球极盖区 (地球开磁场区 )观测到耀斑粒子的出现 ,这是宁静时期没有的 ;神舟二号飞船轨道高度 4 0 0km ,倾角为 4 2° ,X射线探测器在 4 2°中高纬地区也观测到高能电子通量比宁静时明显的增加 ,这表明 ,太阳耀斑引起的近地空间辐射环境的变化遍及纬度约 4 0°以上的区域 ,甚至在 4 0°N附近 4 0 0km左右的高度上仍然有响应 .但是 ,中高纬度、极光带和极盖区的粒子来源 ,加速机制和响应方式却不一定相同 ,需要分别讨论 .资料分析和对比还表明 ,质子事件的强度并不一定和耀斑的X射线通量成正比 ,因此 。

2000年4月6—8日磁暴期间电离层TEC观测研究

利用北京、乌鲁木齐、武汉GPS观测数据计算的垂直总电子含量,分析了发生于2000年4月6-8日磁暴期间观测区域的电离层状态.结果表明,在4月7日北京时间0200-0700之间,在中、低纬地区出现了较弱的电离层负相暴,与前一日相比,最大TEC之差在-8TECU左右;在北京时间0700之后,在较高纬度地区开始出现强烈的电离层负相暴,并且该负相暴随着时间逐渐增强;但在北京时间0700-0900之间,在低纬地区出现了电离层正相暴.在一定时间内较高纬度地区的负相暴逐渐增强并向南移动而低纬地区的正相暴经历了增强到减弱的过程.

“资源一号”卫星星内粒子探测器对扰动事件的观测

本文比较了在太阳平静和扰动时期“资源一号”卫星星内粒子探测器对卫星舱内高能粒子的观测结果,发现在平静时期观测结果很好地反映了辐射带高能粒子在该高度上的分布情况.在扰动时期,粒子探测器观测到高能粒子分布出现重大变化,本文进一步讨论了影响高能粒子在近地空间分布的可能因素.

星内粒子探测器观测结果与辐射带模型的比较

我们将资源一号卫星星内粒子探测器的观测数据与辐射带模式AE8/AP8的预测结果进行了对比,发现在南大西洋异常区的高能电子和质子的通量与辐射带模型的预测结果基本相同,而在两极极光带的电子通量比AE8模型预测的低得多.根据NOAA卫星的观测结果,可以认为这一差异主要是因为在南大西洋异常区(内辐射带)和两极极光带(外辐射带)的粒子投掷角分布的差异造成的.在南大西洋异常区粒子倾向于各向同性分布,而在极光带粒子各向异性明显,投掷角接近90°的粒子通量比0°投掷角附近的粒子通量大得多.

中国低纬(海南)电离层漂移特性

为了研究中国低纬地区的电离层动力学特征,对2002年3月～2004年3月期间海南地区的电离层等离子体漂移观测资料进行了分析研究.结果表明:磁宁静时海南地区的电离层漂移日间垂直方向变化较为规则,季节变化不大,漂移速度通常向上,大小为0～20m/s,随季节变化;晚间垂直方向漂移变化较为复杂,漂移速度以向下为主,随月份和季节变化较大;水平方向漂移速度通常在50～100m/s左右,在日出日落时可达150～200m/s,甚至高达300m/s,且在南北方向和东西方向的漂移速度表现不同.这些特征与经度相差几乎180°的赤道区Jicamarca台站观测到的漂移特征对比,显示了较大的区域差别.

大耀斑期间向日面电离层总电子含量的响应个例分析

利用2001年4月15日1336UT耀斑爆发期间向日面GPS观测数据提取的总电子含量的时间变化曲线,分析了向日面电离层对这次耀斑的响应特点.结果表明,耀斑期间向日面电离层出现了总电子含量突增事件.最大总电子含量增加量约为2.6TECU,在0600LT和1800LT都观测到了总电子含量突增,但增加幅度仅为0.5-1 TECU.在高纬地区,由于电离层闪烁,从TEC时间变化曲线提取不出来总电子含量增加值.从各卫星星下点处的TEC增加量和各星下点处的太阳天顶角的关系可以看到,TEC增加量与太阳天顶角有关,太阳天顶角越大,TEC增幅越小.另外,从总电子含量时间变化率曲线上还观测到了时间同步的小尺度扰动,通过与耀斑期间硬X射线辐射通量的比较,发现两者有明显的相关性,电离层中的这种扰动与耀斑期间的硬X射线或远紫外辐射有关.

台风激发的声重力波的可探测性研究

通过对北京大学高频多普勒台站(39.4°N,116．2°E)多年的观测资料及相关台风资料的统计分析,着重研究了高频多普勒探测手段对由台风引起的扰动电离层响应的可探测性问题．通过对台风登陆前后的高频多普勒观测记录的细致分析及与宁静条件下记录的对比研究,表明高频多普勒观测手段可以很好地探测由台风激发的声重力波,尤其是对台风登陆前后所激发的扰动具有较高的可探测性．在所分析的24次台风事件中有明显扰动记录的高达22次(22/24)．结合观测事实与Huang等的统计结果(2/12)进行了比较,并进行了可能的原因分析．通过数值模拟的方法对观测到的主要扰动的非线性传播过程进行了模拟再现,结果基本上与观测结果及线性传播理论一致．确认了～般情况下高可探测性这一事实,但同时也表明可探测性和台风激发源与探测位置及中尺度TIDs在电离层中的传播模式有密切关系．

Galileo系统与GPS卫星定位系统相位组合观测值的模型研究

在介绍Galileo系统空间信号的基础上,以模糊度保持整数为前提,给出了Galileo系统的4个频率载波与GPS L2载波的组合相位观测值的定义,并对有关误差影响加以分析,最后根据一定的组合标准论述了具有相应特性的组合观测值,并给出一些典型的组合．

电离层高频多普勒记录在扩展-F研究中的应用

本文通过观测实例探讨并论证了电离层高频多普勒观测在扩展-F研究中的应用.实例和相应分析表明:首先,由于高频多普勒记录的时间连续性,有利于从观测角度了解扩展-F的时间演化过程;其次,高频多普勒偏移对不规则结构造成的回波弥散、对不同尺度行进电离层扰动(TID)以及耀斑引起的突然频率偏移(SFD)效应都很敏感,这些现象在记录上出现的时间关系有利于了解扩展-F的触发因素或扩展-F与其他电离层背景扰动之间的联系或相互作用;最后,高频多普勒记录对于持续时间较长(几小时以上)或很短(小于1小时)的扩展-F都能够完整地反映,不会产生因为观测间歇形成的缺失,也可以有效区分究竟是连续一次还是一段时间内断续的扩展-F现象.高频多普勒观测有其自身的优点同时也具有一定的局限性,本文对其局限性诸如缺乏空间分辨率等也做了分析.指出发挥高频多普勒观测的优势,综合应用多种资料,通过不同手段的数据分析和比较,可以更好地为电离层扰动的物理机制和预报研究提供正确的观测依据.

极轨卫星在780km高度上测得的高能粒子辐射事件

对搭载于我国第一颗地球资源卫星上的“星内高能粒子探测器”首批资料进行初步分析表明 ,在卫星 780km轨道高度上所纪录到的所有高能粒子通量事件都只出现在 3个地理区域 ,即两半球的高纬极光带和南大西洋地磁异常区。低能档电子在这 3个区域都有出现 ,而高能档电子和质子在太阳宁静条件下 ,一般只出现在南大西洋异常区。从统计结果还可看出 ,南极光带附近的粒子通量大于北半球极光带 ,而在北极光带 ,与南大西洋异常区大体相同的经度附近 ,高能粒子的通量事件有一个明显的空隙区域。另一个观测事实是 ,0 5～ 2 0MeV能档的电子通量在极光区远大于 2 0MeV以上能档的电子通量 ,而在南大西洋地磁异常区 ,两个通道的电子通量差别不大。与现有理论模型和国外大致相同轨道上的空间高能辐射环境直接观测资料对比还表明 ,卫星舱内的辐射与舱外的空间辐射环境是完全相关的 ,积累的有关资料不但是航天设计和环境应用研究所需的重要参量之一 。

IRI-2007对扩展F的预测与观测比较研究

通过对赤道地区两台站的扩展F实际观测值与IRI-2007模型预测值的比较,研究了该模型预测结果的地域局限性和预测的准确度.该模型建立在美洲扇区赤道附近台站资料基础上,本文选取非洲扇区大体同纬度两个台站资料进行对比研究.统计结果表明,无论在发生概率日均值的年变化趋势上,还是在扩展F发生率年均值随地方时变化以及随太阳活动的统计中,都存在着明显的差异;而对非洲两站实测值的分析和IRI-2007模型对南美巴西地区的预测又分别与当前已有的研究结果相符.分析结果表明,(1)建立在巴西台站数据基础上的IRI-2007模型的统计建模极具参考价值;(2)赤道和低纬度电离层扩展F现象有强烈的经度效应,在该模型建模方法基础上,结合不同扇区实际资料的统计,能改进该模型全球应用的普适性; (3)IRI-2007模型能正确反映巴西地区扩展F的发生概率,用该模型和其他扇区不同条件下的实测值对比,提供了一个细致研究扩展F经度效应的基础,有利于确认导致扩展F发生的基本条件和多种影响因素的具体作用.