用于空间科学研究的基于磁阻传感器的矢量磁强计

提出一种用于空间科学研究的基于低资源消耗各项异性磁阻传感器的矢量磁强计。该矢量磁强计的探测范围为±65000nT,–3dB带宽为DC～10Hz的磁场波,噪声功率谱密度≤0.2nT/Hz^1/2@1 Hz,非线性误差■,非正交性误差■。该磁强计搭载运行于太阳同步轨道的风云三号气象卫星(FY-3E),在轨初步探测结果表明,该磁强计具备探测空间磁场扰动(例如极光椭圆区的场向电流(20～60 nT))的能力。     

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.     

1998年11月7~8日磁暴的行星际源分析

首先分析了1998年11月7~8日的太阳风特性, 分析结果显示, 日地连线引力平衡点的ACE卫星在11月7日07:33 UT观测到一个激波(以下简称第一个激波), 从激波开始到11月7日22:00 UT为激波之后的鞘区, 随后在11月7日22:00 UT至11月8日11:50 UT之间观测到一个类磁云(MCL)物质, 其中在11月8日04:19 UT观测到另一个激波(以下简称第二个激波), 第二个激波显然进入到类磁云的后半部分, 类磁云前半部分未受第二个激波的影响. 通过对1998年11月7~8日磁暴参数SYM-H的分析, 我们把磁暴的主相分为3个阶段. 第一阶段为从磁暴的急始11月7日08:15 UT到11月7日22:44 UT; 第二个阶段为从11月22:44 UT至11月8日04:51 UT; 第三阶段为从11月8日04:51 UT至11月8日06:21 UT, 其中第二阶段对整个磁暴主相的发展起关键作用. 通过对11月7～8日太阳风特性的分析, 我们得到磁暴主相三阶段的行星际源分别为11月7日07:33UT开始的鞘区、11月7日22:00 UT至11月8日04:19 UT和之间的类磁云前半部分和从11月8日04:19 UT至11月8日05:57 UT之间的激波压缩类磁云后半部分, 其中类磁云的前半部分具有持续时间较强的行星际磁场南向分量, 它对这次磁暴主相的发展起着决定性的作用. 第二个激波压缩类磁云后半部分对磁暴主相发展的贡献远低于类磁云前半部分对磁暴主相的贡献.     

中低纬电离层理论模式的构建和一个观测系统数据同化试验

在前人工作的基础上, 完善了一个中低纬电离层理论模式(TIME-IGGCAS: Theoretical Ionospheric Model of the Earth in Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences). TIME-IGGCAS模式自洽的求解等离子体连续性方程、动量方程、能量方程, 对地磁场采用偏心偶极近似. 同时结合欧拉网格和拉格朗日网格, 并考虑了等离子体的电场漂移作用. 计算结果表明模式稳定可靠, 能再现大部分电离层大尺度特征. 基于本模式, 进行了一个观测系统数据同化试验. 结果表明, 采用非线性最小二乘拟合的方法, 把观测到的电离层临界频率和峰值高度同化到理论模式中, 能够准确的估算电场漂移作用, 为进一步开发同化模式, 进行电离层现报和预报奠定了基础.     

2000年7月14日与2003年10月28日太阳质子事件的观测比较分析

对2000年7月14日(巴士底事件)与2003年10月28日的太阳质子事件进行了对比分析, 尽管2003年10月28日太阳质子事件的峰值流量比巴士底事件的高, 但行星际观测到, 巴士底事件能量大于10和30 MeV质子的最大强度都高于2003年10月28日相应能量的最大强度. 进一步的研究表明, 巴士底事件CME驱动的激波在2000年7月14日12:00~17:00UT时间段内, 可被加速到能量大于10和30 MeV的种子粒子的数量远比2003年10月28日12:00~17:00UT期间的多. 巴士底事件CME的高度达到约14R_⊙高度时, 其驱动激波加速能量大于100 MeV高能质子的能力达到最大, 而2003年10月28日的CME在约58 R_⊙高度时其驱动激波加速100 MeV质子的能力达到最大, 此时能量大于100 MeV的通量在155 pfu左右, 比巴士底事件能量超过100 MeV高能质子的峰值通量355 pfu要低得多, 说明巴士底事件可被加速到100 MeV以上能量的种子粒子的数量比2003年10月28日的多. 太阳质子事件的峰值流量不仅取决于行星际太阳高能质子的强度, 还取决于CME驱动的行星际激波的速度和太阳风中可被加速的粒子数以及行星际的磁环境. 伴随2003年10月28日ICME在行星际形成的磁鞘捕获了大量的高能质子, 其中含能量超过100 MeV的高能质子.     

地球等离子层极紫外波段辐射特性计算

介绍了计算地球等离子体层 He⁺密度分布的动态全球核心等离子体层模式(DGCPM), 模拟了等离子体层结构特性和30.4 nm辐射特性, 与IMAGE卫星观测结果的对比分析表明: (1) 等离子体层顶主要位于5.5 R_E以内, 10 min收缩或扩张的特征尺度约0.1 R_E; (2) 等离子体层肩产生于行星际磁场南向偏转并从晨侧向正午方向旋转; (3) 等离子体层尾在行星际磁场南向偏转时会向昏侧旋转并变窄. 模拟得到从月球上观测时等离子体层位于5.5 R_E以内, 对应月基极紫外相机视场角 10.7°×10.7°; 等离子体层 30.4 nm辐射强度为 0.1~11.4 Rayleigh; 首次从侧面模拟出了等离子体层肩和尾结构, 其空间变化尺度量级为0.1 R_E. 以上计算结果为月基极紫外相机参数设计提供了重要理论依据.     

卫星辐射带高能带电粒子观测数据交叉定标-FY3和NOAA应用示例

卫星高能带电粒子观测数据交叉定标是实现多卫星观测数据综合应用的必要前提，同时也为单颗卫星高能带电粒子观测数据相对可靠性验证提供了参考方法．以我国自主观测卫星FY-3B卫星高能带电粒子观测数据与国外同类NOAA-17卫星高能带电粒子观测数据的交叉定标为例，给出了开展空间高能带电粒子观测数据交叉定标的一般方法及过程，经以NOAA-17卫星同期高能带电粒子观测为基准开展的交叉定标结果显示，FY-3B卫星带电粒子观测数据相对于NOAA17卫星观测具有较高的相关性（相关系数CC〉0．9），可比对的通量数据在数量级上有很好的一致性（一致性系数趋近1．0），表明对于空间同一现象交叉定标后的FY-3B卫星与NOAA-17卫星带电粒子观测具有相对一致的定性定量关系，FY-3B卫星观测数据可靠有效，可与NOAA-17数据综合开展应用，同时也说明采用的交叉定标方法可以实现去除两颗观测卫星之间系统偏差的目的，验证了方法的可行性．     

中低纬电离层F2区峰值参量周年和半年变化及电场影响模拟研究

利用二维电离层理论模式,在地磁平静和太阳活动低年的情况下,模拟中低纬电离层峰值电子浓度NmF2和峰值高度hmF2的周年和半年变化规律.在考虑与不考虑理论模式输入电场的周年和半年变化两种情况下,对比分析研究了电场对电离层NmF2和hmF2周年和半年变化的影响.结果表明,当输入电场没有周年和半年变化分量时,模拟NmF2表现出一定的半年变化特征,而hmF2周年变化分量较强;当输入电场包含了周年和半年变化特征时,模拟NmF2和hmF2周年和半年变化特征明显改变,且这种改变随地方时和地磁纬度不同有较大的差别;电场对NmF2半年变化的影响无论是在强度还是范围上都明显大干对hmF2的影响,电场对NmF2的影响在赤道和驼峰区都比较明显,但对hmF2的影响主要集中在地磁赤道区.通过对比模拟NmF2和hmF2发现,中低纬电离层hmF2与NmF2半年变化具有一定的相关性,初步分析认为电离层电场及其关的"赤道喷泉"效应可能是这种相关性的重要纽带;电离层电场对hmF2半年变化的影响仅局限在地磁赤道地区,而对NmF2影响可达驼峰地区,因此hmF2与NmF2半年变化的相关性也仅在地磁赤道较为明显.     

太阳高能粒子的日冕逃逸时间与日冕加速源

太阳高能粒子事件爆发的初期, 太阳高能粒子的加速地点在日冕. 由于太阳高能粒子的观测主要在1 AU附近, 因此, 太阳高能粒子的日冕加速源只能依靠综合观测的资料来推测. 目前太阳高能粒子日冕加速源的研究主要通过研究太阳高能粒子的谱、太阳高能粒子的电荷态、太阳高能粒子的日冕逃逸时间, 并结合多波段的观测资料等方法来开展. 太阳高能粒子日冕逃逸时间的计算是研究太阳高能粒子日冕加速源的重要方法之一, 也是常用的方法之一. 结合大量的太阳高能粒子观测与研究事例, 该文详细介绍了太阳高能粒子日冕逃逸时间计算得到的一些重要研究结果, 同时也介绍了每一种方法的特点. 结合典型的相对论太阳高能粒子事件的研究事例, 讨论分析了利用太阳高能粒子日冕逃逸时间推测得到的几个相对论太阳高能粒子事件日冕加速源和可能的实际加速源, 指出了利用太阳高能粒子的日冕逃逸时间推测太阳高能粒子日冕加速源时可能存在的问题.     

利用单站电离层测高仪与GPS数据的同化反演试验

利用测高仪和GPS观测数据进行了单站电离层电子密度廓线的同化反演实验,实验中设计了一套基于Kalman滤波的电离层数据同化系统,采用了水平和垂直方向可分离的高斯型误差协方差矩阵,利用IRI2000模式作为同化反演的背景场,分别使用了测高仪数据和GPS数据进行了单独同化反演和联合同化反演实验,结果显示：在各类同化参数不改变的情况下,单独利用GPS数据反演结果较好,不仅可以得到较为准确的TEC,电子密度廓线结果也有较好的提升;单独使用测高仪反演的结果较差,在峰高以下电子密度廓线和观测较一致,但峰高以上电子密度廓线和观测比较的结果较差,并且TEC结果和观测也有一定误差;而利用GPS和测高仪数据联合反演的结果最好,无论是反演的电子密度廓线还是TEC值都和观测最为接近.