太阳总辐照量测得新值:技术的改进与精益求精

人类一直对太阳充满好奇,并无时无刻不沐浴在她的光芒里。当了解到太阳并不像我们想象中那样明亮时,人类或许会感到不安。最新测值美国宇航局太阳辐射和气候实验卫星(SOR-CE)上的太阳总辐照监测仪(TIM)的测量以及一系列新的辐射测量实验表明,在2008年太阳活动极小期里,太阳总辐照量的最精确值是1360.8±0.5瓦/     

2003年重大天象预告

太阳活动太阳活动是指太阳表层的各种活动变化的总称。太阳活动的强弱直接和间接影响到地球物理现象及人类活动,所以各国都十分重视对太阳的观测和研究。太阳黑子时多时少,表示太阳活动变化。又由于太阳黑子跟太阳表面的其他活动现象(如耀斑爆发,日冕物质抛射)密切相关,因此人们用太阳黑子相对数(简称黑子数)来代表太阳活动的强弱。黑子数多时,表明太阳     

新知短讯

首幅太阳X射线照片GOES-N气象卫星是今年5月24日发射升空,在进入高度为3.6万千米指定圆形地球同步轨道之后更名为GOES-13。现正处于对其舱内仪器设备进行测试阶段,测试阶段估计需要200天。最近利用X射线波段工作的SXI(Solar X-ray Imager)照相机拍摄到首幅太阳照片,专家宣称获得的首幅太阳X射线照片质量非常出色。GOES-13卫星所有其他仪器都在观测地球表面和大气,只有SXI照相机瞄准太阳,它的主要任务是提供太阳活动信息。SXI照相机将观察太阳爆发、日冕物质喷发、太阳黑子和波长从0.6￣6纳米波段的活跃区域,这对于预报宇宙天气…     

风云三号气象卫星全球臭氧总量反演和真实性检验结果分析

利用我国第二代极轨气象卫星“风云三号”搭载的紫外臭氧总量探测仪(TOU)发射后一年内获取的观测数据以及地基臭氧观测数据, 对全球特别是受到广泛关注的南极地区和青藏高原地区进行了臭氧总量反演试验, 反演结果与国外同类产品及地面观测结果进行了对比分析. 定性的分析结果表明, “风云三号”紫外臭氧探测仪反演的全球臭氧总量分布与国际上发布的同类产品相比, 真实地反映了臭氧随时间与空间的分布特征. 在全球部分地基观测站所处的位置上对臭氧总量探测仪与OMI产品和地基观测数据进行了比较, 结果表明, “风云三号”紫外臭氧探测仪臭氧总量反演结果和国外同类卫星产品相对均方根偏差约为3%, 与地基观测结果相比相对均方根偏差约为4.2%, 中低纬度地区均方根偏差小于高纬度地区, 最大均方根偏差出现在南极臭氧洞之内, 大多数情况小于5%, 个别站点上超过5%但低于10%, 均优于10%的产品设计指标. 目前TOU已经完成了在轨测试和试运行进入业务运行阶段, 向国内外用户提供实时臭氧总量产品.     

太阳活动与地球表面温度变化的周期性和相关性

基于太阳黑子历史数据、太阳总辐照(TSI)重构数据和实测地球表面平均温度数据(全球、陆地、海洋),利用小波分析和交叉相关分析等方法,考察了太阳活动和地表温度变化在数百年时间尺度上的周期性及相关性.主要结果有:(1)在所考察的时间范围内,太阳活动(包括黑子和太阳总辐照)存在4个置信度高于95%(白噪声)的主周期变化,分别为11 a周期、50 a周期、世纪周期和双世纪周期,全球温度存在64.3 a的主周期变化,接近太阳活动的50 a周期;(2)太阳活动与全球温度变化具有22,50 a的显著共振周期;(3)太阳活动与地表温度长期变化的相关性高于其短期变化的相关性,以黑子为例,它与地表温度年均值的相关系数为0.31~0.35,11 a滑动平均值相关系数为0.58~0.70,22 a滑动平均值相关系数为0.64~0.78,太阳总辐照与地表温度的相关性高于黑子与地表温度的相关性;(4)太阳活动在近100年里有明显增强,它与全球温度(包括陆地、海洋)近100年的升温是一致的,太阳活动与海洋温度的相关性略高于太阳活动与陆地温度的相关性.这些结果表明,太阳活动在百年时间尺度上对于地表温度的变化具有不可忽略的影响.     

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.     

风云三号卫星紫外臭氧垂直廓线产品反演试验

新一代极地轨道气象卫星风云三号携带的紫外臭氧垂直探测仪SBUS, 是我国第一次自主研制的卫星臭氧探测仪, 目前正处于在轨测试阶段. 利用现阶段观测数据, 开展臭氧垂直廓线反演试验, 并将观测数据和反演廓线与美国NOAA卫星同类仪器SBUV/2进行了初步对比. 通过太阳辐照度观测、5个短波长通道N-值, 以及反演廓线的比较和分析, 表明我国首次自主研制的风云三号卫星紫外臭氧垂直探测仪SBUS观测数据和反演产品均达到较高精度, 反演廓线与SBUV/2的相对偏差百分率大约为±7%.     

最美丽的太阳照片

雨露滋润禾苗壮,万物生长靠太阳。都见过光芒万丈的太阳,你心中的太阳是什么样的呢?最近美国评选出的最佳太阳照片真让世人大开了眼界。 由美国宇航局和欧洲太空总署联合发起的“太阳和日光层观测”(SOHO)工程已有近8年观察太阳活动的历史,这个旨在探测太阳活动情况     

FY-3卫星紫外臭氧总量探测仪

“风云三号”气象卫星是我国第二代极轨气象卫星, 其上搭载了我国自主开发研制的紫外臭氧总量探测仪TOU, 它的主要任务是测量地球大气对太阳紫外辐射的后向散射, 以反演地球大气臭氧总量的全球分布, 为环境监测、气候预报和全球气候变化研究提供重要参数. 目前已完成了在轨测试, 取得了圆满成功, 即将交付国家卫星气象中心, 进入工程业务化阶段. 本文主要介绍TOU测量原理、仪器概况, 分析了仪器的灵敏度特性, 辐照度测量精度、漫反射板衰变和波长漂移情况以及产品可用性. 结果表明, TOU反演的全球臭氧分布图与OMI的臭氧总量产品一致性很好, 均方根偏差约为5%. 这表明利用TOU观测数据和我国自主开发的反演技术, 可获得满意的大气臭氧总量全球分布数据.     

揭开太阳的强烈耀斑之谜——当火焰风暴达到高潮时,Solar Max宇宙探测器是怎样工作的。

玛莎·皮尔斯指着她面前大地图上的一个风暴点,警告说:“这个地区要引起注意。”看上去她好象是电视台的女气象报告员,其实她是美国国家海洋气象局(NOAA)的太阳预测员。她所指的地方既不是高压区又不是冷锋,而是太阳上的风暴中心。在1980年差不多每天都有许多天文工作者挤在NASA戈达德航天中心狭窄的会议室里进行太阳活动情况的每日预报。为了知道太阳上沸腾的物质下一次在何处爆发,科学家们命令由宇宙飞行器Solar Max运载的一套仪器瞄准这个方向记录太阳上的爆发。这架飞行器的主要目的是观察太阳上的强烈事件——耀斑,日珥爆发和日冕的瞬变现象——一年多来太阳一直处在这样的活动状态中,因为1980年是太阳黑子活动十一年循环周期的高峰时期。     

太阳局部高分辨观测像的日球坐标自动标定

观测图像的日球坐标标定通常是处理太阳局部高分辨观测像的第一个步骤,但这也一直是很多太阳物理学家面临的困难.本文应用尺度不变特征变换来提取特征匹配点,提出了一种将局部高分辨光球和色球图像与空间/地面全日面像自动匹配以确定其视场在日球坐标系位置的方法.同时还总结了一套有针对性的图像预处理方案和流程,用于提高特征点检测的准确度和增加匹配点对数量,从而成功地实现了新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope, NVST)的氧化钛(titanium dioxide, TiO)波段与太阳动力学天文台(Solar Dynamics Observatory,SDO)日震磁像仪(helioseismic and magnetic imager, HMI)连续谱、Hα波段与全球日震网(Global Oscillation Network Group, GONG)或者太阳动力学天文台/大气成像仪(atmospheric imaging assembly, AIA)304?波段的图像配准.最终结果用SDO标准关键字记录在标定后的普适图像传输系统(flexible image transport system, FITS)文件头中,以便使用通用的太阳软件包来进行各种后处理.这一工作实现了高分辨观测像的标准化日球坐标标定,为太阳物理学家更好地使用高分辨观测数据提供了极大的便利,从而提高了数据利用率和科学产出.     

从FY-3B极轨气象卫星VIRR 仪器通道5 遥测数据计算射出长波辐射

基于红外辐射传输方程, 模拟了代表全球各种天气状况3812 条大气廓线的大气顶射出长波辐射通量密度(OLR), 以及FY-3B VIRR 通道5 辐射率, 通过统计回归分析, 建立了通道5亮温与通量等效亮度温度的统计回归关系式. 将回归模式应用于FY-3B VIRR仪器的L1级数据,处理出了卫星观测时刻的OLR格点场产品, 产品的精度经由与观测时间相近的NOAA-18 卫星同类产品对比得出, 对于全球日平均产品, 两者的系统均方根误差RMSE=10~13 W/m²,相关系数R = 0.97~0.98, 误差的主要原因是对同一地理位置两星的观测时间不尽相同. 文中给出了处理出的OLR产品实例, 以及产品的应用范围和初步应用个例     

基于月表面赤道区域实时辐射亮度温度的风云4号毫米波热辐射定标

中国计划发射的地球同步卫星风云4号微波星(FY-4M)将搭载多通道的毫米波辐射计.工作频率从50～430 GHz,能实现区域高频重访气象观测,极大地提高了天气变化的监测与预报能力.在轨辐射定标是FY-4M辐射数据定量化应用的关键因素,由于月球表面物理与化学性质长期稳定,没有大气层等环境变化的影响,是FY-4M毫米波辐射计一个理想的定标源.本研究提出根据实时的日下点位置和日地距离,建立实时的太阳辐射强度模型;依据由克莱门汀750 nm数据得到月表面太阳反射率,以及月壤热物理参数廓线分布,求解一维热传导方程,推算月壤层物理温度廓线;用嫦娥2号37 GHz微波辐射亮度温度拟合,得到月表面正切损耗参数;用起伏逸散定理,计算FY-4M各毫米波频段的月表面辐射亮度温度.以此,给出月球赤道中心区域(0°N, 0°E)的表面物理温度和毫米波辐射亮度温度在2010年间随时间变化的关系,也比较了近日点和远日点附近月表面毫米波辐射亮度温度的差别.本研究提出的月表面实时毫米波辐射模型,可用于FY-4M毫米波辐射计数据的定标研究与应用.     

太阳周期长度:太阳活动性与气候紧密联系的一个“指示器”

科学家进行了许多尝试,力图探讨CO_2大量释放到大气中后对气候的影响。从现实情况考虑,在全球范围进行实验是不可能的,物理学理论的证据就是依赖模型模拟和观察。模型模拟需要某种假设,而获得大量基本数据则需长时间的观察。太阳辐射是与地球气候相关的一个最基本因素。这是无法准确知道的一个参数。埃迪(Eddy)指出,太阳活动性与全球气候的某些“指示器”之间的长期关系可能是由太阳辐照度的变化所引起的。但是,只有在当今人造卫星时代,才能测得有关太阳辐照度的可靠     

中国科学院国家天文台太阳物理研究20年

中国科学院国家天文台自2001年成立以来,汇集了与太阳物理有关的创新研究队伍和观测基地,是我国规模最大的太阳物理研究群体,拥有理论研究、观测分析和设备研制等综合优势. 20年来,国家天文台成功运行着多通道太阳磁场望远镜和太阳射电宽带动态频谱仪等世界一流的观测设备,研制了全日面太阳光学和磁场监测系统及明安图射电频谱日像仪(Mingantu Spectral Radioheliograph, MUSER)等新一代观测设备,正在研制中红外太阳磁场精确测量观测系统(accurate solar infrared magnetic measuring system, AIMS)、我国首个空间太阳望远镜ASO-S(Advanced Space-based Solar Observatory)的有效载荷全日面磁场望远镜(full-disk magnetograph, FMG)、米波-十米波射电频谱日像仪和行星际闪烁射电望远镜等新设备.本文着重回顾近20年国家天文台研究人员取得的一系列开拓性研究成果或亮点研究进展,进一步展望未来我国太阳物理界将主要在太阳磁场、太阳射电和深空太阳探测方面进行的重点突破,推动在太阳和日地物理中解决科学难题,包括太阳磁场与太阳周的起源、日冕加热、太阳爆发起源及其对日地空间环境的作用和影响等.     

关于Maunder极小期之前的太阳自转

Eddy曾于1976年根据对历史上黑子、极光、~(14)C含量和日冕形状的分析,重新肯定了存在Maunder极小期(1645—1715年)这一事实,并且提出了太阳活动11年周期在Maunder极小期间和它之前可能并不存在的论点。同时,他们还从直接测量1642—1644年间的黑子观测描图,得到了Maunder极小期之前的太阳自转速度比现在快的结论,并且认为太阳自转的这     

太阳耀斑预报研究进展

太阳耀斑是指发生在太阳表面局部区域中突然和大规模的能量释放过程.它是空间环境的主要扰动源,对地球空间环境造成很大影响.太阳耀斑预报是空间天气预报的重要组成部分,对其研究具有重要的实用价值和科学意义.现有的大部分太阳耀斑预报模型是从观测数据提取预报因子,利用各种统计和数据挖掘技术建立预报因子与耀斑发生之间的关系模型,利用建立的模型对未来时间的耀斑发生进行预报.在预报研究中,预报因子、预报方法和预报模型是3个主要研究领域.其中预报因子的选取和数据处理尤为重要,是建立预报模型的前期工作.预报因子主要采用太阳黑子、磁场参量和分形因子等.预报方法包括统计方法、机器学习方法和数据同化方法.统计方法在早期的耀斑预报建模中用的较多,随着数据挖掘技术的发展,越来越多的机器学习方法应用到预报模型中并取得了较好效果.而近期发展的数据同化方法有更好的模型修正能力.预报模型早期基本使用静态模型,后来发展起来的动态模型具有更强的优势;而自组织临界模型在物理方面给了耀斑发生更多的解释.本文分别从这3个方面总结了耀斑预报的研究进展,结合中国科学院国家天文台太阳活动预报中心的工作,评述了一些重要的研究成果.最后,对未来的研究方向进行了总结和展望.     

中纬电离层电子密度和垂直漂移速度的潮汐波谱对比分析

利用CHAMP卫星观测数据对全球中纬电离层电子密度(?Ne)和纬向风引起的等离子体漂移速度(?Vz)进行了非迁移潮汐波谱分析,研究发现:D0(DE1)为南(北)半球?Ne和?Vz大尺度一(二)波结构的主导周日非迁移潮汐分量,南半球主导波谱幅度大于北半球;全球电离层-热层模型证实这些主导潮汐分量主要由电离层-热层当地物理过程激发;?Ne和?Vz主导波谱强度的相对强弱程度不同,随季节的变化规律不一致,对太阳活动水平的响应也相反,表明观测到的电子密度的经向差异还来源于除纬向风之外的其他物理过程.     

CSHNET观测网评估MODIS气溶胶产品在中国区域的适用性

利用中国地区太阳分光观测网(CSHNET)气溶胶光学厚度地基联网数据, 评估了MODIS气溶胶光学厚度产品在中国不同生态类型和地理区域的适用性. 2004年8月至2005年7月的验证结果表明, 中国地区MODIS产品的适用性存在较大地域和季节性差异. 青藏高原地区MODIS产品可利用率差, 仅占地面观测数据的16%, 平均有31%～45%的MODIS产品满足NASA误差标准; 北方荒漠地区MODIS产品占地面观测数据的15%～55%, 平均仅有7%～39%满足误差标准; 东北偏远地区MODIS产品占地面观测数据的14%～46%, 49%～69%产品满足误差标准; 森林生态系统MODIS产品占地面观测数据的46%～65%, 30%～59%产品满足误差标准; 东部沿海及湖泊地区MODIS产品占地面观测数据的63%～75%, 25%～67%产品满足误差标准; 内陆城镇MODIS产品占地面观测数据的43%～78%, 35%～75%产品满足误差标准; 农业生态系统MODIS产品占地面观测数据的61%～89%, 59%～88%产品满足误差标准. 地表均一、植被良好区域, 在生长季MODIS产品的利用率可达80%以上, >70%产品符合NASA误差标准.     

日照边缘区电离层对2003年10月28日大耀斑的响应

利用国际GPS服务中心(IGS)的GPS观测数据, 分析了2003年10月28日特大耀斑期间日照边缘区域的电离层总电子含量(TEC)的响应特点. 计算结果表明, 这是有相关记录以来最强烈的一次电离层总电子含量突增事件, 在地面太阳天顶角80°到110°的空间范围内, 观测到了明显的由耀斑辐射引起的总电子含量突增. 在太阳天顶角90°区域的TEC增加值大约为7 TECU, 在110度附近的总电子含量的增加值大约在1~2 TECU. 总的来看, 太阳天顶角越大, TEC增幅越小, 但在天顶角大于90°的区域TEC随天顶角的减少的速度要大于天顶角90°以内的区域.