基于风云3C卫星观测数据的全球重力波活动特性研究

大气重力波是临近空间中重要的动力学过程之一,并且广泛存在于全球大气层中,研究其全球分布及变化规律,对理解大气动力学具有重要意义。全球卫星导航系统(GNSS)可以通过掩星的方式来获取临近空间大气的温度信息,并且具有全球覆盖、垂直和水平分辨率较高的优点,从而被广泛应用于临近空间大气重力波研究。利用气象卫星风云3号C星(FY-3C)搭载的全球导航卫星掩星接收机(GNOS)的探测数据来反演全球重力波扰动分布,反演得到了2015-2019年这5年间的全球重力波分布,并着重分析了全球重力波的季节变化、年际变化以及长波和短波重力波的全球分布和特征。结果表明,冬夏两季的重力波扰动要强于春秋两季,并且呈现冬季半球强于夏季半球的现象;同时还发现,重力波扰动的强度随着高度增加而逐渐增强;在20~50 km的高度范围内短波重力波强度大于长波重力波强度。

风云3C对不同类型辐射带电子分布变化的观测:2015年3月17日磁暴事件分析

风云3C卫星(简称FY-3C)测量的低地球轨道(Low Earth Orbit,简称LEO)高能粒子(电子、质子和重离子)通量,是空间环境监测预警业务的重要自主数据来源.深入分析风云3C卫星测量的不同种类高能电子的分布特征和变化规律,对辐射带研究和空间天气预报具有重要意义.本文使用FY-3C测量的空间粒子数据,系统分析了2015年3月17日强磁暴期间辐射带捕获、准捕获和沉降电子的演化特征及其主导性物理机制.结果表明,在磁暴主相,外辐射带电子通量(E2:0.35~0.65 MeV,E3:0.65~1.2 MeV)出现快速下降,达到两个数量级,E1能级(E1:0.15~0.35MeV)电子通量在L<5区域因为亚暴注入先出现增长,之后在L>4的区域出现明显下降.在磁暴恢复相,由于合声波(chorus waves)先加速低能段电子,E1能段电子通量最先(小于五小时)开始增加,在磁暴结束时覆盖2<L<8范围,通量最高达到105 cm^(-2)·sr^(-1)·s^(-1).电子能段越高通量增长得越慢(E2:十小时内;E3:一天内),最终覆盖的空间范围更小(E2:2<L<7;E3:2.5<L<6.5).通过对比沉降电子、准捕获电子和捕获电子通量演化过程的差异性,发现磁暴主相捕获电子通量(E1,E2,E3能段)大幅下降时沉降电子通量并未明显增加,表明此时高能电子(E1,E2,E3能段)的损失机制主要是穿过磁层顶损失,而不是沿着磁力线沉降到中性大气.三种类型的电子通量在磁暴恢复相均出现明显增强,而合声波对电子同时存在加速和散射作用,因此判断恢复相电子的加速机制主要是合声波与电子的回旋共振作用.这些结果表明强磁暴期间辐射带电子呈现出复杂多变的动力学演化特征,风云3C测量的低轨道粒子数据可以为分析辐射带中粒子损失和加速过程中主导的物理机制提供关键信息,是空间辐射环境建模和预测预报的有力支撑.

FY-3C/臭氧总量探测仪太阳辐照度偏差的修正

为了解决风云-3C/臭氧总量探测仪(FY-3C/TOU)太阳辐照度数据异常的问题,给出了一种求解TOU漫反射板坐标系安装偏差的算法,并利用调整后的安装参数对TOU太阳辐照度进行了修订。系统研究了该算法的基本原理及数值分析结果。该算法假设TOU在轨实际漫反射板坐标系与理想漫反射板坐标系之间的偏差可用未知转换矩阵刻画,根据太阳辐照度真值与TOU修订辐照度数据之间的关系建立了关于未知变量的方程。然后,基于最优目标问题求解出了转换矩阵的各未知参数;最后,将修订后的漫反射板坐标系参数代入TOU定位及定标处理流程,实现对FY-3C/TOU太阳辐照度偏差的订正,达到利用辐照度追踪仪器衰减系数的目的。数值分析结果表明偏差修订效果显著,TOU太阳辐照度的最大相对误差从35%降低为2%,相对误差波动范围从27.2%缩小为3.2%。

风云三号C星SEM高能粒子数据检验及应用

风云三号C星(FY-3C卫星)空间环境监测器(SEM)可监测轨道高度上的高能带电粒子(质子、电子和重离子)辐射环境及其引起的辐射剂量和表面充电等空间天气效应,是空间天气监测预警业务不可或缺的自主数据源之一。为验证FY-3C卫星高能粒子探测数据的有效性,需开展数据的定量检验工作。本文采用与同类卫星同类数据进行交叉比对的方式来进行检验。首先,根据一定的假设条件,对比对数据进行归一化处理,尽量消除不同卫星间观测时间、空间(星下点经、纬度和高度)、方向和能量范围等差异对高能粒子分布的影响,然后进行比对,最后计算比对数据间的相关系数、斜率和标准偏差等统计参数,并据此评价比对数据的一致性。通过空间天气平静期高能质子和高能电子与NOAA-18和FY-3B卫星数据的交叉比对可以看出,FY-3C卫星高能粒子数据与比对卫星数据具有较好的一致性。由于工作原理和技术指标相同,FY-3C与FY-3B卫星高能粒子数据的一致性更好,也证明了载荷技术状态的稳定性。通过对太阳质子事件和高能电子暴的观测实例证明,FY-3C卫星高能粒子数据能够准确地反映空间天气扰动事件的特征和强度。以上结果表明,FY-3C卫星高能粒子数据可信度较高,能够用于空间天气监测、预警以及研究工作。