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1.
中高层大气风速反演需要精确的确定法布里-帕罗干涉仪(Fabry-Perot Interferometer,FPI)干涉条纹的圆心和半径.本文针对FPI非闭合式干涉环条纹,提出了新的条纹圆心和半径确定方法:首先对所得到的条纹强度分布进行噪声去除预处理:包括均值滤波和自适应滤波;然后初步确定圆心,以该圆心为中心作n条射线得到n条干涉环剖线,利用高斯函数拟合得到干涉环峰值位置,再利用所得峰值位置进行圆拟合得到新的圆心和半径;最后以新的圆心为初始圆心重复上述计算过程直到圆心坐标收敛.利用上述方法对FPI仿真数据进行处理,并用于中高层大气风速反演,得到风速值为96.9537 m/s(对应实际风速值约100 m/s)和7.528.2 m/s (对应实际风速值约10 m/s),将其与理论实际值进行比较,得到反演绝对误差分别为-2.977 m/s和-2.465 m/s,相对误差分别为-2.98%和-24.67%,表明上述方法满足中高层大气风速(一般为每秒几十米到几百米)的反演精度要求,初步论证了圆心和半径确定方法的可行性. 相似文献
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热层大气风场、温度场对热层-电离层耦合研究、热层环流特性研究以及太阳活动和地磁活动研究等有着重要意义,同时其也是航天器飞行环境预报的重要物理基础.目前,由于热层所处位置较高,大气非常稀薄,风场探测难度较大,因此针对热层大气风场的探测手段非常少.Fabry-Perot（FP）光学干涉仪可通过观测气辉来进行风场探测,其对成像系统像质要求不高,在设计中无需过分追求像质,已经成为热层风场测量的重要工具.由于风场观测气辉的辐射强度非常微弱,因此必须进行FP干涉仪测量系统优化,获得相对较强的辐射强度,以提高风场测量精度.但目前,对FP干涉仪系统优化方面的研究较少,且在测风误差评价方面的工作也不充实.本文通过热层测风用固定间距标准具地基FP干涉仪数值模型的建立,解决FP干涉仪设计过程中各参量的优化问题,并提出一种新的测风误差估算方法.数值模型结果分析表明,在目前探测器观测技术水平下,采用全部干涉环参与计算并结合像元合并技术进行风速反演可最大限度地提高测量精度.此外,由于气辉辐射强度是影响热层大气风场测量精度的重要因素,因此在仪器测风精度性能评价时需确定观测对象强度,即气辉的辐射强度. 相似文献
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MERINO是沿120°E/60°W子午圈的全球联网观测项目,热层中性风是其中一个十分重要的观测参数.本文介绍了武汉大学扫描式F-P干涉仪(SFPI)及其在MERINO第一轮观测中的结果,并与同站点的流星雷达在98 km高度上的测风数据进行了验证,分析表明两台设备的吻合性很好,SFPI风速测量的误差分别为8 m·s-1(557.7 nm)和7.8 m·s-1 (630.0 nm).本文对地基扫描式FPI的误差做了详细分析,结果表明在FPI仪器设计之初,就需要考虑标准具通光孔径D和成像物镜焦距f的合理组合,在目前CCD和标准具规格的限制下,增加f会提高测风精度,但会牺牲通光量,可通过设置CCD为Binning读出模式来提高灵敏度.在FPI进行风场观测时,要对设备工作的环境温度进行控制,特别是控制标准具的温度漂移.FPI的测风精度可以理论推导,但实际测风误差还与反演算法、元器件的加工和安装精度有关,国际通用的误差评价方法是用统计偏差来表示. 相似文献
4.
作为一种新兴的被动遥感技术,全极化微波辐射计不仅可以提供海面风速产品,还可以提供海面风向产品.以往利用全极化微波辐射计观测亮温进行海面风场反演仅在晴空条件下进行,本文通过对观测亮温结合台风区域海面风场的分布特征进行分析,验证了全极化微波辐射计具有在台风等恶劣天气条件下进行海面风场观测的能力.基于敏感性分析实验,确定使用6.8 GHz和10.7 GHz等低频通道组合可进行台风区域内海面风场反演.其中,海面风速反演使用基于统计的多元线性回归算法,同时对海面温度、大气水汽含量、云中液态水含量及降水强度等物理量进行反演计算,为海面风向反演做准备.海面风向反演使用物理统计法进行,借鉴散射计风向反演使用的最大似然估计法.通过在全极化辐射传输前向模型中加入降水对大气透过率的影响、设计第三和第四Stokes通道亮温环境影响修正函数,在实现台风区域内海面风向反演的同时减小了反演误差.通过对“云娜”台风境内海面风场进行数值计算,验证了本文反演算法的可行性,并对反演误差的空间分布特征进行了分析.将2004年各台风过程的海面风场反演结果与散射计风场产品进行对比,海面风速和海面风向反演的均方根误差分别为1.64 m·s-1和18.02°. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2015,(11)
AURIC是由美国计算物理公司CPI与空军Phillips实验室联合开发的中高层大气紫外-可见光-近红外气辉辐射传输模型,是目前唯一用来进行中高层大气气辉辐射模拟研究的通用模型.基于MODTRAN模型的理论,AURIC可以进行80 km高度以上的辐射传输模拟并将辐射波段扩展到远紫外波段(80 nm).目前,CPI公司只面向全球发布了AURIC v1.2软件封装包,其只能进行2000年以前的单点计算,不适用于批量的中高层大气辐射模拟,更不能用于星上大气成分的批量反演.本文利用Matlab对AURIC v1.2地磁参数模块、大气电子密度模块、大气温度及各种中性气体成分密度模块进行了替代,将更新模块与原有的辐射计算模块相结合,将AURIC v1.2更新为AURIC-2012模型,其可以批量地进行全球的大气辐射传输模拟,可以与星载测量数据相结合进行中高层大气成分的批量反演,如O/N2、电子密度等,同时也为模型辐射计算模块的进一步改进和辐射机制的参数更新奠定基础.基于AURIC-2012模型,进行了气辉临边柱辐射强度模拟和体辐射率计算,并将结果分别与GUVI柱辐射强度和TIDI体辐射率实测值进行了比较,得到两者峰值的模拟平均相对误差都小于20%.最后,利用AURIC-2012对气辉临边柱辐射强度随纬度和高度的分布进行了二维模拟,并基于模拟对昼、夜气辉辐射强度分布特性及影响因素进行了分析. 相似文献
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利用合成孔径雷达获取高空间分辨率的海面风场,对于研究沿岸海域大气海洋过程具有重要意义.应用CMOD地球物理模型直接反演风速受先验风向误差影响较大,30°的风向误差可导致高达40％的风速误差.变分方法考虑了雷达观测值及背景风场的不确定性,能够较好地降低先验风向对反演风速的影响.但不同的观测误差或地球物理模型选择会形成不同的变分方案,使得反演风场存在差异.本文基于Sentinel-1合成孔径雷达数据及NDBC浮标数据,对不同变分方案进行了系统评估.试验结果表明,当观测误差选取常值0.1 dB、地球物理模型选取CMOD7时,反演风速均方根误差为1.11 m·s-1,总体最小;但在特定风速区间内,其他变分方案能获得相对更好的反演精度;各变分方案反演风速精度均显著高于背景风速及CMOD直接反演风速精度,但反演风向相对背景风向没有明显改善.试验结果可为变分方法在不同应用需求下的选择提供参考依据. 相似文献
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全天空流星雷达广泛应用于中间层-低热层大气水平风场的观测,为研究该区域大气风场的变化特征提供了重要数据支持.目前流星雷达主要采用单站观测模式,没有水平分辨率,并且只能探测流星区域的大气平均水平风场.为了得到更加丰富且精准的中间层-低热层大气风场信息,本研究介绍了建设在中国安徽地区的多站流星雷达系统,该系统包括安装在蒙城（33.36°N, 116.49°E）的一台单站流星雷达和长丰（31.98°N, 117.22°E）的一台远程接收机,两地直线距离约为167km.相比于单站流星雷达,多站流星雷达系统探测到的前向散射流星数目增加了约70%,并且一般可以提供400 km×400km以上的水平观测区域.除此之外,多站流星雷达系统还可以提供更加丰富的流星观测角度.新多站系统可以实现中间层-低热层大气二维水平风场的观测,在获取平均水平风场以及风场水平梯度的同时,还可以估计水平风场的散度、相对涡度和拉伸、剪切形变信息.多站流星雷达能够提供更多的水平风场参数,对进一步研究中间层-低热层区域的大气动力学过程具有重要意义.不仅如此,未来即将建成的多站流星雷达观测网将会实现中国中东部地区上空的中间层-低热层... 相似文献
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利用位于海南富克(19.5°N,109.1°E)和广西桂平(23.4°N,110.1°E)两个台站两年多的OH全天空气辉成像仪观测数据,对中国低纬地区的重力波传播统计特征进行了研究.从富克和桂平的气辉成像观测中, 分别提取了65和86个重力波事件.研究结果表明,观测水平波长,观测周期和水平相速度分别集中分布在10~35 km, 4~14 min和20~90 m·s-1范围.重力波传播方向,在夏季表现出很强的东北方向传播.然而,在冬季主要沿东南和西南方向传播. 同时,结合流星雷达风场观测和TIMED/SABER卫星的温度数据,也发现在中层-低热层中传播的大多数重力波表现为耗散传播.且低层-中层大气中背景风场的滤波作用和多普勒频移可能对纬向方向传播的重力波产生的各向异性起到重要的调制作用.然而,经向方向传播的重力波产生的各向异性可能同时被低层大气中波源的非均匀分布以及潮汐变化所影响. 相似文献
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子午工程二期漠河(122°E,53°N)大气风温金属成分激光雷达利用高空大气金属层共振荧光散射机制探测80～120 km区域的金属层成分，并将这些金属成分作为示踪物去研究中高层大气的各种复杂的化学和动力学过程.子午工程二期漠河钙原子激光雷达采用的时间分辨率为1.1 min，空间分辨率为30 m.在这种高时空分辨率下，仍然得到了高信噪比信号.通过对2023年1月钙原子数密度随时间和高度的演化过程进行分析，发现背景层钙原子峰值密度达到了33.55 cm-3左右，并且其突发层钙原子峰值密度可以达到约53.64 cm-3；在与延庆(116.0°E,40.5°N)钙原子数密度的比较研究中，我们发现延庆的钙原子数密度小于漠河的钙原子数密度；在与国外台站钙原子观测的比较研究中，我们发现漠河钙原子数密度和德国Kuhlungsborn(54°N,12°E)台站的钙原子数密度接近，比法国的Observatoire de Haute Provence(44°N,6°E)台站的钙原子数密度大.在2023年1月12日至14日，我们观测到了钙流星尾迹，并且流星尾迹往往出... 相似文献
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1.27μm波段的氧分子近红外气辉是火星大气最重要的气辉辐射之一,该气辉高光谱分辨辐射传输模型的建立对于研制火星探测载荷,反演火星大气的风场温度场与臭氧浓度,以及研究火星空间物理,有重要的科学价值与工程意义.在研究火星大气O2(a1Δg)气辉光化学反应模型的基础上,提出了O2(a1Δg)气辉体辐射率的计算方法,并建立了火星大气气辉辐射传输理论;通过与用于研究火星大气特征的光谱学探测仪(Spectroscopy Spectrograph for the Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars, SPICAM)的实测数据进行对比,验证了所建立的火星O2(a1Δg)气辉高光谱分辨辐射传输模型的准确性;针对火星与地球大气的O2(a1Δg)气辉,在体辐射率、自... 相似文献
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利用东港（40°N,124°E）台站于2013年9月15—16日的OH气辉成像观测数据报告了两个重力波事件（1和2）.同时,结合北京十三陵（40.3°N,116.2°E）台站的多普勒流星雷达风场数据和位于39.4°N,130.6°E位置处的SABER/TIMED卫星的温度参数分析发现,观测的两个重力波事件于2013年9月15—16日02∶00—03∶00 LT时间段,和70~110 km高度是自由传播的.利用反射线追踪方法分析表明,重力波事件1和事件2分别产生于（39.3°N,117.2°E）和（47.1°N,121.3°E）.且事件1的波源位置与对流活动和大气向上向下运动过程中产生的不稳定性吻合较好.然而,通过ECMWF再分析资料和MTSAT卫星观测数据分析表明,事件2可能由对流活动或大气向上运动过程中可能产生的不稳定性导致.利用MERRA自地面到约70 km高度的风场数据分析表明,观测的重力波事件1和事件2的水平相速度分别是83.5 m·s-1（事件1）和80.1 m·s-1（事件2）,均大于低层-中层大气风速-10~45 m·s-1.因此,观测的两个重力波事件是可能从低层大气传播到中层-低热层大气的. 相似文献
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HouMao Wang Chong Wang YongMei Wang XiaoXin Zhang Cong Huang ShaoLin Liang 《中国科学:地球科学(英文版)》2017,60(9):1732-1738
Fabry-Perot Interferometer(FPI) has been used widely for wind measurements of the middle and upper atmosphere.To date, most of FPIs have been based on full-closed circular fringe, which needs 15–25 min to obtain a group of wind velocity(zonal and meridional). However, it is hard to improve the temporal resolution because full-closed circular fringe in several directions cannot be easily imaged onto the same Charge-Coupled Device(CCD) with enough airglow intensity. In this paper, a data processing method is proposed for non-full circular fringe of FPI, which can support CCD with enough area of observations in several directions simultaneously. The method is focused on the center determination of non-full fringe. It includes radial cross-section, peak coordinate determination, and center calculation. Based on the calculated center, the fringe is annular summed. Then its radius is determined subsequently using Gaussian fitting. Finally, the wind is retrieved from the fringe radius. For validation, fringes from two ground-based FPIs were used, which are deployed in Kelan(38.71°N, 111.58°E) and Xinglong(40.40°N, 117.59°E) in China. The results retrieved from non-full fringes of FPIs were compared with that from full-closed circular fringe. The averaged wind deviation between them demonstrates reasonable difference with 5.38 ms~-(1) for 892.0 nm airglow emission, 5.81 ms~-(1) for 630.0 nm emission, and 3.03 ms~-(1) for 557.7 nm emission. Besides, wind results of Xinglong FPI are compared roughly with measurements of meteor radar which is deployed in Ming Tombs of Beijing(40.3°N,116.2°E). Good agreement demonstrates that this method is robust enough for FPI wind retrieval of mesosphere and thermosphere. 相似文献
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极区平流层爆发性增温（SSW）是冬季半球最剧烈的大气扰动现象之一. SSW期间温度和风场的剧烈变化被认为是冬季半球中高层大气波动能量异常增强的主要原因.流星雷达是能够稳定连续探测中间层和低热层风场的重要地基探测设备.主要依托国家重大科技基础设施建设项目：“子午工程”,我国已建设了多个流星雷达观测台站,对中间层和低热层风场进行了长期稳定连续的监测,为揭示SSW期间中间层和低热层波动异常变化的物理机制提供了重要的观测资料.本文简述了近年来以我国“子午工程”流星雷达监测数据为核心,SSW期间中高层大气行星波的研究进展和成果;深入讨论了冬季半球中高层大气行星波发生异常变化的主要激发机制.随着“子午工程”二期十个流星雷达台站即将建成,本文对利用“子午工程”流星雷达监测台网进一步研究SSW期间中高层大气波动的变化特性进行了展望. 相似文献
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由于测量与计算的难度,对热层垂直中性风的观测还很不够,这影响了人们对热层及热层-电离层耦合的认识.本文基于全天空法布里-珀罗干涉仪(FPI)对热层风场的观测,提出了一种反演垂直中性风的方法.利用该方法,对北极黄河站全天空FPI观测数据进行了垂直中性风的反演计算,结果表明,高热层与低热层的垂直风平均幅值分别在40 m·s-1和15 m·s-1,且垂直风日变化表现出明显的时间演变特性,且与地磁ap指数的变化有一定的相关性,在地磁活动强烈时,低热层垂直风会出现高达100 m·s-1的扰动,高热层甚至会达到300 m·s-1的扰动,这些特征与其他学者的观测结果相一致.本文方法不需要假设垂直风均值为零,也不用限制FPI的观测方位,可用于垂直风的反演. 相似文献
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本文扼要介绍中美科学合作夜空气辉观测研究的成果.首先,气辉合作研制成一套四通道的气辉观测仪器,其次,在北京近郊怀柔和兴隆二台站进行观测.从1986年至1989年积累114日成功地提供我国第一批气辉观测数据.本文着重分析其中41次对绿线5577和红线6300的时间变化,进行频谱分析,探讨气辉与大气扰动(声重波)和气辉与大磁暴之间的关系.最后文末提些今后开展气辉研究意见. 相似文献
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测量夜间135.6 nm大气气辉辐射强度是目前有效的电离层探测方式之一,我国即将在风云三号卫星上搭载仪器,利用该波段夜气辉辐射测量来反演电子总含量(本文所指电子总含量表示卫星高度以下大气柱的电子含量)及峰值电子密度,因此非常有必要开展相关的气辉发光模型及反演研究.在介绍氧原子135.6 nm波段夜气辉激发机制基础上,考虑辐射在传输过程中受到大气氧原子的散射及氧气分子的吸收,采用迭代法求解包含多次散射及大气吸收衰减的辐射传输方程,得到该波段的体发射率,最终通过考虑包含辐射传输的路径积分计算得到135.6 nm气辉辐射强度值.对结果的分析表明:该气辉模型能较好地描述体发射率随高度的分布特征,计算得到的135.6 nm夜气辉辐射强度在不同时空及太阳活动的分布与相应条件下峰值电子密度(NmF2)及电子总含量(TEC)的分布基本一致.相同的时空及太阳活动输入条件下,模式计算的135.6 nm夜气辉辐射强度与国外同类模式结果的值平均偏差约为3%.文中最后介绍了通过135.6 nm夜气辉的辐射强度探测来反演电离层峰值电子密度NmF2及电子总含量TEC的反演方法. 相似文献
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《地球物理学进展》2017,(4)
本文利用中国廊坊站(39.4°N,116.7°E)流星雷达在2012年4月1日至2013年3月31日期间的水平风场观测数据,分析了廊坊上空中间层和低热层(MLT,80~100 km)大气纬向风、经向风潮汐的季节变化特征.研究表明:廊坊MLT区域周日潮汐和半日潮汐波动比较显著,有明显的季节变化特征.周日潮汐振幅在88 km以下为半年变化,极大值位于2-3月和10月,极小值位于冬、夏季;在88 km以上为周年变化,振幅冬末春初最强,夏季最弱.周日潮汐相位在秋、冬季比春、夏季提前.半日潮汐主要呈现半年变化,在5月和9月最强,冬、夏季最弱.半日潮汐相位在春、夏季比秋、冬季提前.此外,廊坊风场潮汐的观测结果与WACCM4模式模拟结果进行比较,结果表明两者的主要特征相似,在细节上有显著区别.与40°N附近其他站点风场潮汐观测结果的比较结果表明中纬度MLT风场潮汐有显著的随经度变化特性. 相似文献
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本文利用子午工程海南富克站(19.5°N,109.2°E)全天空气辉成像仪630nm波段的气辉图像,通过对气辉原始观测资料进行图像增强、方位校正和图像投影等预处理,得到可清晰识别电离层等离子体泡的图像产品,获得了我国海南地区首次电离层等离子体泡的光学观测结果.在此基础上,分析了等离子体泡的形状、结构、变化、空间尺度和运动速度这些基本特征.研究显示:典型的等离子体泡形状为南北分布的条状,常出现分叉现象,大部分情况整体向西倾斜;东西方向的尺寸为几十到几百公里;典型漂移速度为50~150 m·s~(-1).统计了2013年9月至2014年5月等离子体泡观测数据,发现其出现的典型季节为9—10月和2—4月、典型时间为日落后1~2个小时并持续1~4个小时左右. 相似文献
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利用昆明电波观测站（25.6°N,103.8°E）两台不同工作频率的全天空流星雷达在2011年特殊联合观测试验期间的数据,基于Hocking的方法利用不同的温度梯度,在确定了昆明地区中层顶位于流星峰值高度之上的情况下,反演了昆明地区上空88 km和85 km高度的大气温度,并与Aura卫星观测的温度进行比较.对比研究发现,两台流星雷达可以分别正确获得88 km和85 km高度的大气温度,但其中由全球温度梯度模式反演得到的大气温度与卫星观测温度相关性不是很好,而利用卫星观测的温度梯度,两台雷达反演出的大气温度与卫星观测温度存在很好的相关性.结果表明了准确的温度梯度在流星雷达观测大气温度过程中是至关重要的. 相似文献