太阳耀斑期间向日面电离层相关扰动现象与分析

利用2000年7月14日太阳大耀斑期间向日面电离层GPS观测资料，对电离层此次耀斑的响应进行了研究，观测到了向日面电离层总电子含量（TEC）时间变化曲线的小同步扰动结构，扰动幅度的量级在10^15m^-2左右。通过与耀斑期间GOES卫星的软X射线辐射通量进行对比，对这些同步扰动结构进行了分析。结果表明，这些同步扰动确实存在于电离层，并与太阳耀斑辐射的演化特点有直接的关系。由软X射线辐射通量没有类似扰动的事实，可以认为该扰动主要是由于耀斑期间远紫外辐射存在的类似扰动引起的，且同步扰动发生的区域主要在电离层F区。     

耀斑的日面位置与电离层SITEC的关系

利用1997－1999年GOES卫星的耀斑观测资料以及国际GPS网的GPS观测资料，对作为耀斑参数之一的耀斑同位置与电离层SITEC的关系进行了分析。结果表明：除了耀斑的X射线最大辐射通量，耀斑日面位置也是影响TEC增幅的一个重要参数。一个X射线最大辐射通量较小但其太阳经度角较小的耀斑对电离层的影响可能会强烈于X射线最大辐射能量较大但其经度角较大的耀斑。当X射线最大辐射通量相近时，耀斑距日面中线的经度角越小,耀斑对电离层的影响越大。     

GPS气象学应用进展及其监测实例分析

全球定位系统 (GPS)作为一种卫星导航和定位系统 ,如今已被广泛应用于气象学以及电离层研究 .由于GPS台站数量多、分布广和全天候观测 ,可以同时观测四颗以上卫星 ,得到四个以上的电离层下点处的垂直TEC(totalelec troncontent)等优点 .本文在启用GPS监测太阳耀斑爆发时电离层TEC变化的相关性及其电离层响应 .     

1997年11月6日大耀斑期间电离层TEC的GPS观测结果分析

利用GPS测量电离层TEC方法处理了1997年11月6日世界时11:49耀斑爆发期间地球向日面纬度范围在[N28～N45], 经度范围在[W90～E77]的15个台站的GPS 观测数据, 得到了耀斑期间电离层TEC的变化结果. 本次耀斑为本太阳活动周开始以来观测到的最强的一次, 耀斑的X射线级别为X9.4. 计算结果表明:在几分钟内耀斑引起了大空间范围的电离层TEC增加, TEC增加的最大幅度在2.5×1016m-2以上, TEC增幅的大小与星下点的地方时有直接的关系, 但增幅并不与当地时12点对称, 地方时上午的电离层TEC增幅要比下午的更大些.     

台风“麦莎”对电离层TEC的影响

利用50余个GPS台站的观测资料, 研究了台风“麦莎”对电离层TEC的影响. 分析表明, 台风在登陆前已经影响到电离层, TEC出现增大趋势, 在登陆前一天台风及其周边区域的TEC与月中值的差值可超出5 TECU左右; 随着台风的登陆, 这种影响开始减弱, TEC的增大量和增大区域均减小; 台风登陆一天之后, TEC达到最小值, 并小于月中值. 通过将台风路径与离台风较远的3条参考路径上TEC的变化进行比较, 发现台风对TEC的影响完全可以分辨, 也与文献记载的台风期间foF2的变化一致.     

太阳耀斑和相关电离层吸收事件

利用23周太阳峰期期间南极中山站(不变磁纬74.5°S)成像式宇宙噪声接收机的观测结果, 对由太阳质子和X射线耀斑引起的日侧电离层吸收事件进行了分析, 定量地给出电离层吸收和X射线耀斑强度的对应关系, 同时还利用北极Ny-Alesund(不变磁纬76.08癗)站的观测数据对此关系进行对比研究, 得出了在理论和观测上都较为一致的结论. 同时, 认为M级以上的X射线耀斑才能引起日侧电离层较为明显的吸收.     

汶川特大地震前电离层主要参量变化

利用GPS-TEC和厦门电离层测高仪数据, 分析了汶川大地震前我国地区电离层的形态和变化. 其中, 利用JPL提供的电离层TEC地图数据分析发现, 在地震前3天的下午16~18 LT, 汶川以东南约20°范围内的我国地区电离层TEC出现了10~15 TECU的显著增强, 同时在南半球磁力线共轭区也出现了电离层TEC增强现象, 增强幅度约10 TECU, 在此区域外全球其他地区未见明显TEC增加或减少. 从TEC数据中也可以看出在地震前6天(5月6日)我国南方地区发生了电离层TEC减小现象, 与9日出现的电离层TEC增强现象相比, 此次减小的幅度较小(约4 TECU)、区域较大(经度方向约80°), 在南半球磁力线共轭区域未见如此大面积的TEC同步减小现象. 主要分析厦门站数据并参照少数其他台站测高仪资料的监测结果显示, 我国多个电离层垂测站均观测到电离层的异常扰 动. 发现震前3天地震附近地区出现了电离层参量异常增加, 与以往研究发现的震前电离层参量异常减小的结果不一致, 初步分析此次震前震前3天电离层参量异常增加可能与该区域电场突然增加有关, 可能是本次地震的电离层前兆; 震前6天电离层参量的异常减小可能与发生在5月5日的地磁小扰动有关, 具体因素需进一步分析.     

利用GPS分析电离层波动现象

利用中国境内连续运行的GPS跟踪站提供的高时空分辨率的双频观测数据, 初步分析了2003年11月3日太阳耀斑期间电离层的波动特性. 当天PRN23号GPS卫星的VTEC及其变化率曲线表明, 此次电离层波动基本沿着经线向南运动, 且主要包含了两种频率的运动. 另外, 结合局域面VTEC涨落的谱分析及穿刺点与电离层波动的相对运动分析表明, 中纬度地区, 这两种频率的波动主要体现为周期分别为1小时左右和20~30分钟的运动; 周期为1小时左右的大尺度电离层波动, 其振幅会达到1~2 TECU左右, 速度会达到120~150 m/s, 且波动速度会随着纬度的降低而变快; 周期为20~30分钟的小尺度电离层波动, 其振幅约为0.4~0.7 TECU, 速度在30~40 m/s左右.     

电离层与太阳活动性关系

秉含着不同时间尺度的太阳电磁辐射变化无疑会调制电离层. 作为电离层物理的核心 问题之一, 电离层对太阳活动性的依存关系是认知电离层结构与演变的基础. 本文简要地综 述最近一些年在电离层的太阳活动性依赖特性方面取得的进展, 涉及的内容包括: (1) 在太阳 辐射的观测与太阳活动指数方面, 以电离层研究的视角评述了太阳活动指数存在的问题, 统 计证实了太阳活动指数与EUV 辐射通量间的非线性关系, 以及改进太阳活动指数的一些努 力; (2) 阐述了在不同高度电离层的太阳活动性依赖性的工作进展, 特别是最近的统计研究发 现, 随着太阳EUV 辐射通量变化, 电离层电子密度变化趋势与所在纬度、季节、地方时和高 度有关, 可区分为准线性、放大和饱和3 种类型, 取决于不同的主控物理过程; (3) 太阳活动 历史序列和23/24 太阳活动周极低展示出太阳活动性存在极端现象, 讨论了太阳辐射极端条 件下的电离层状态; (4) 在电离层的耀斑响应方面, 对全球观测数据的分析研究揭示出耀斑期 间电离层响应与一些太阳参数的统计关系, 特别是修正了以往关于电离层响应与天顶角无关 的错误论断. 利用电离层模式成功模拟了耀斑期间电离层响应的季节、地方时变化和高度差 异等的观测特征. 以上相关工作有助于理解电离层的基本过程, 并为电离层建模、预报和相 关工程应用提供指导.     

忽略1.6μm偏振计算对二氧化碳反演精度的影响

散射引起的偏振效应会对卫星遥感二氧化碳精度产生较大的影响.本文利用逐线积分方法和累加法精确模拟了星载仪器近红外1.6μm波段的大气层顶偏振辐射特征,计算了分子散射和气溶胶散射引入的偏振效应,分析了偏振效应对大气二氧化碳反演精度的影响.研究表明:1.6μm波段散射引入的偏振效应明显,并随太阳高度角、观测天顶角、气溶胶光学厚度、地表反射率而变化.除个别大角度观测天顶角外,偏振效应随太阳天顶角升高、气溶胶光学厚度增加、地表反射率的减小而变大,并且在吸收线位置的影响要高于窗区.忽略偏振效应导致的大气二氧化碳反演误差随太阳天顶角的升高、气溶胶光学厚度的增加以及地表反照率减小而增大,并且该误差与仪器观测角度有关.模拟结果显示在高太阳天顶角、高气溶胶光学厚度以及低反照率场景下,忽略偏振计算可能引入高于10 ppmv(1 ppmv=10~(-6) L/L)反演误差,远高于1~2 ppmv观测需求.为减小误差,基于该波段的二氧化碳反演需要考虑大气辐射偏振的影响.     

电离层经度变化波数谱成分与高层大气潮汐模的相关性

电离层沿经度方向变化的3波(WN3)和4波(WN4)经度波数谱成分与高层大气中周日东向2波(DE2)和3波(DE3)潮汐模之间密切相关.利用由JPL全球电离层地图(GIM)数据计算出的总电子积分含量(TEC)的纬度积分ITEC,以及TIMED卫星搭载的TIDI仪器观测到的MLT(Mesopause and lower ...     

太阳中子事件的观测特征与中子能谱的计算

太阳中子事件是与耀斑活动相关的偶发性即刻粒子事件, 主要表现为地面宇宙线探测装置的计数瞬时突增. 太阳中子携带着爆发源区的物理信息: 耀斑大气的元素组成、大气高度、磁场的会聚程度以及磁流体湍动等. 相对于其他带电粒子, 中子能够不受太阳磁场和行星际磁场的束缚而直达地面. 目前, 对太阳中子事件的理论研究, 主要是通过蒙特卡罗模拟, 考虑太阳耀斑环中磁场的螺旋角散射作用和磁镜效应, 计算耀斑磁环模型里各向异性中子的产生与太阳大气高度、时间、角度和能量间的关系, 计算逃逸中子的角分布和能谱, 以及逃逸到地球附近中子的能谱. 观测方面, 主要是结合地面中子监测器记录的超出时间与空间探测到的g射线核谱线发射峰值的时间差, 利用飞行时间方法(Time of Flight Method), 考虑中子监测器的探测效率和中子在地球大气中的衰减因素, 反演日面处的中子能谱. 本文依据已确定的10例太阳中子事件, 评述基本的观测特征, 介绍相应的观测仪器, 探讨太阳中子能谱计算的两种方法(观测法和模型法), 比较不同方法获得的计算结果; 并依托羊八井太阳宇宙线探测装置(中子监测器、太阳中子望远镜), 报道对太阳中子的初步交叉探测特征(1998年11月28日GLE事件和2005年1月20日GLE事件), 指出目前亟待解决的问题.     

电离层全球电子总含量的气候学特性分析与经验模式构建

利用120°E子午线上的GPS TEC数据, 计算了1996~2004年间的等效电离层全球电子总含量(GEC). 应用偏相关方法分析了GEC与太阳活动指数F_10.7, 以年为基频的季节因子之间的相关性, 发现GEC与F10.7, 年变化和半年变化因子之间均存在较强的相关性. 据此, 构建了一个由太阳活动指数和季节因子共同驱动的GEC经验模式, 并考察了太阳活动指数的修正对建模效果的影响. 结果表明GEC的变化主要由太阳活动周变化, 年变化和半年变化3种分量构成, 其中太阳活动周变化由太阳活动指数控制, 其变化幅度最大; 年变化与半年变化的幅度也受太阳活动指数调制, 半年变化的幅度略大于年变化幅度. 此外, 经过对比分析, 文中构建的GEC经验模型优于Afraimovich等人提出的GEC经验模型.     

两维实时耀斑和活动区色球速度场

1987年7月23日,世界时06h左右,用太阳磁场望远镜配置CCD图象接收与处理系统,对怀柔太阳观测站编号为87036黑子活动区(日面坐标为S21,E38)进行了观测,取得了1级左右耀斑及其活动区的系列磁场和速度场资料。 观测区域为4′×5.3′,CCD象元为500×582,每个象元对应太阳上0.5″的细节。单幅图象积分时间为40s左右,磁场分辨率为±15G,色球速度场灵敏度为±30 M/S左右。以     

云的非均匀性对双向反射率的影响

应用SHDOM模式对选自供国际比对的I3RC PhaseⅡ的积云场与层积云场计算了其0.67及2.13 μm的天底方向的双向反射率, 探讨了云的非均匀性对双向反射率(BRDF)的影响. 数值模拟结果表明, 随着太阳天顶角的增大, 积云场有约6%的格点的0.67 μm的BRDF值出现>1的异常值. 进一步分析表明, BRDF值异常聚集出现于云顶的局地低谷. 这些区域既可以受到太阳的直射, 也可以接收到邻近较高的云的散射辐射, 从而造成该区域的散射辐射增强. 这说明云的非均匀性有可能造成卫星的观测值出现与平面平行辐射传输理论不相符的状况, 提示高分辨率的卫星资料的像素点的辐射值可能会因云非均匀性的影响而被增强, 对应用其反演的产品要有清醒的认识. 中高纬度地区的优势太阳天顶角均较大, 云非均匀性对于这些区域的反演结果的影响更大.     

电离层二阶项延迟对GPS定位影响的分析模型与方法

基于消除电离层一阶项延迟影响后的载波相位Lc线性组合观测量, 建立了电离层二阶项延迟对GPS定位结果影响的定量分析模型. 在此基础上, 利用国际GNSS服务组织WUHN跟踪站连续15 d的观测数据, 分析发现电离层二阶项延迟引起其定位结果规律性向南偏移的现象; 结合武汉地区上空地磁场分布对电离层二阶项延迟的影响规律, 研究表明地磁场是造成电离层二阶项延迟对该区域定位结果产生规律性向南偏移的主要原因之一.     

楼兰残梦

从美国地球卫星传回的照片上可以看到,在新疆塔克拉玛干沙漠以东,大约东经88°～92°、北纬39°～41°之间,有一块面积近10万平方千米的区域,该区域的周围存在着一道道类同心圆状分布的地貌,外形酷似人的耳朵,这就是著名的罗布泊。而楼兰就位于罗布泊的西北角。     

武汉台重力长期变化特征研究

利用武汉台超导重力仪长期连续观测资料, 结合FG5和GPS同址观测结果, 研究了重力长期非潮汐变化特征及其与局部气压和水储量变化及地壳垂直运动之间的关系. 结果表明, 超导重力仪观测的重力长期变化存在非常显著的季节性变化, 其总能量的大约70%来自于局部大气和水储量变化, 其中周年变化超过95%的能量都来自于这两种环境因素的影响. 由于缺乏区域水储量(特别是地下水)变化的实际观测资料, 采用的全球陆地水同化模型LaD和GLDAS不能客观地描述台站局部水储量的实时变化, 由此得到的重力变化与实际观测之间存在大约55 d的时间延迟. 通过与FG5绝对重力仪的对比观测获得了超导重力仪的长期漂移率为17.13 nm·s^-2·a^-1, 同址GPS观测表明台站局部区域的地壳呈缓慢沉降态势, 其沉降速率为(3.71±0.16) mm·a^-1, 与之对应的局部重力场变化为(13.88±0.22) nm·s^-2·a^-1, 即伴随着局部地壳运动的重力变化与高程变化的比值大约为-37.41 nm·s^-2·cm^-1, 表明在地壳垂直运动过程中局部伴随着比较大的物质质量调整, 其力学机制有待进一步研究.     

南极中山站极夜和极昼期间的辐射特征

极夜和极昼是地球上南北极圈内出现的太阳终日不出和终日不落的特殊现象。我国南极长城站(62°13′S,58°58′W)无极夜和极昼;中山站(69°22′S,76°22′E)有58天极夜和55天极昼期。1990年2月至1991年1月,我国在南极中山站进行了辐射和热状况观测实验,为本文研究提供了条件。     

海面油膜的偏振高光谱反射特性分析

针对遥感技术对海面油膜污染监测的需要和油膜污染对海洋的影响,以大庆原油、吉林原油、重油和大连湾海水为材料模拟海面油膜污染,测量不同原油与不同厚度油膜的多角度高光谱偏振反射信息,并计算出偏振度.通过对不同厚度油膜与海水的偏振度对比分析得出:在薄油膜情况下,在400～1000nm内海水的偏振度大于油膜的偏振度,但785nm附近差异较小;在入射天顶角为20°和30°时(探测天顶角等于入射天顶角),利用近红外波段785和880nm处的偏振度易于区分油膜厚度的变化;当油膜厚度增加到一定程度时,呈现出原油固有的偏振度特性,即在可见光范围内海水的偏振度大于油膜的偏振度,在近红外波段范围内小于油膜的偏振度;当入射天顶角从40°到50°时,海水的偏振度逐渐增大,且在50°时大于油膜的偏振度.海面油膜偏振反射特性的研究为遥感监测海面污染提供了新的依据.