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电离层对人类活动影响重大,涉及天气、通讯、军事应用和卫星运行等许多方面.电离层中各种粒子的发光辐射特性,特别是远紫外辐射特性,是电离层、热层和极光带等高层大气的物理化学信息重要来源.对电离层进行探测,主要是通过最先进的光谱成像技术对远紫外波段进行研究,提供充足的电离层分布的光谱信息和空间信息,建立精确的电离层模型.本文主要阐述了电离层远紫外波段光谱成像技术的发展和趋势,指出了影响这种技术的关键因素,即光学系统和探测器,分析了我国相关技术的薄弱环节.并结合我国目前的研制水平和技术,提出了发展星载电离层探测成像光谱技术的建议. 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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近年来,地球高层大气与电离层之间的耦合研究为众多学者所关注.在回顾这一领域国际上若干研究方向进展的基础上,着重介绍了中国学者的近期研究工作与贡献.首先,扼要介绍了中国高层大气观测的新发展,包括激光雷达、FP干涉仪、全天空气辉成像仪等光学探测,MST雷达、全天空流星雷达等无线电探测手段.在高层大气变化特性研究中,介绍了高层大气的气候学及各种大气波动的研究进展.在高层大气与低电离层的耦合研究方面,介绍了突发钠层及低热层钠层的观测研究和钠层模式的研究进展,以及突发E层与大气行星波之间的耦合研究工作.在高层大气波动过程与电离层F2层耦合研究中,着重介绍了电离层四波经度结构与高层大气非迁移潮汐之间的耦合特性与机理研究.在热层与电离层耦合的研究方向上,介绍了热层背景大气风场和重力波对电离层的作用、带电粒子对赤道热层的影响与热层赤道异常的形成机理研究等热层电离层相互耦合工作.综合认为,近年来中国学者在高层大气与电离层耦合的研究领域进行了大量工作,包括实验观测及数据分析、模式化与理论研究等.中国学者取得的研究成果为这一领域近年来的进展与突破做出了重要贡献. 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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《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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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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氧离子83.4 nm辐射是由氧离子辐射跃迁产生的,是电离层极紫外日辉辐射中辐射强度较高的信号之一.从空间对其进行成像为高层大气状态的监测提供了一种强有力的方法.为了准确的描述辐射强度的分布情况,本文在MSISE-00大气模型下,用AURIC计算氧离子83.4 nm辐射的初始体辐射率、电离层氮气分子、氧气分子以及氧原子的密度分布,接着,用Chapman函数生成氧离子密度分布,计算共振散射作用下的体辐射率.然后,给出在不同的初始辐射率情况下,沿天底方向观测的辐射强度对比.最后,与Anderson的计算结果作了两组对比,指出由电子碰撞产生的初始体辐射率占比提高16%,总的辐射强度会提高30%.本文的工作为低热层大气氧离子密度和光电子通量的探测提供支持,这对电离层电子密度反演具有理论意义. 相似文献
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LBH日辉辐射是由光电子与氮气分子碰撞激发而产生的,是电离层在远紫外辐射波段中最强的分子辐射信号.从空间对电离层LBH日辉辐射进行成像观测为高层大气状态的监测提供了一种强有力的方法.本文分析了LBH辐射的谱带特征,采用电子碰撞直接激发理论,使用球几何大气模型,针对大视场观测模式,给出了一种改进的LBH日辉柱辐射率计算方法RAURIC.RAURIC针对AURIC辐射算法的局限性主要有两点改进：一是增加了观测方位角;二是考虑了沿观测视线LOS方向上太阳天顶角的变化.我们使用RAURIC计算了140~180 nm波段的LBH日辉辐射,并与AURIC进行了比较,结果表明：在天底方向上,二者具有非常好的一致性;在其他观测方向上,尤其在大视场观测模式下,则需要使用RAURIC进行计算.本文工作为电离层LBH日辉图像模拟技术与数据反演技术的研制奠定了基础. 相似文献
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极光是行星大气的发光现象,普遍存在于太阳系行星,也被认为存在于太阳系外行星. 极光辐射反映的是行星空间环境的高能粒子动力学过程. 在太阳系内,木星具有最强的极光辐射,提供给我们重要的遥感手段来理解木星空间高能粒子环境. 此外,木星的软X射线是太阳系最特殊一类极光现象,其产生机制显著区别于主要由电子沉降激发的木星的紫外极... 相似文献
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利用全隐欧拉格式和全球热层-电离层-中间层-电动力学环流耦合模式（TIME GCM） ,本文分析了非线性重力波在向上传播过程中对OH气辉廓线的影响,结果表明,当较小垂直 尺度重力波经过OH气辉发射层时,对其峰值分布有明显的影响,有时会出现双峰现象,说明 非线性重力波传播是引起气辉双峰分布的一个直接原因;重力波在中层顶区域的破碎 在OH气辉分布均有不同程度的表现,这不仅可以解释一些实际的观测,同时也对利用OH气辉 观测分析重力波传播特性有明显的指示意义. 相似文献
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研究了高频电波加热电离层实验期间电子能量分布函数,利用美国HAARP和欧洲EISCAT实验中630.0 nm、557.7 nm与844.6 nm等气辉辐射测量结果,给出了在红光与绿光强度比值小于10和比值大于等于10两种情况下电子能量分布函数表达式,在3~100 eV电子能量范围内,分段幂指数因子随电子能量的增加而下降,并利用获得电子能量分布函数对其他电离层加热期间气辉辐射进行计算,红光与绿光辐射强度之比与实验测量结果相符,从而验证了获得的电子能量分布函数. 相似文献
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本文利用1996年的电离层数字测高仪DPS-4所测的f0F2、f0E以及美国NOAA和DMSP卫星观测估算的半球功率指数和午夜极光区赤道侧边界纬度等资料,考察中山站电离层的极区特征。结果表明,在太阳和地磁宁静环境下,冬季极夜磁正午中山站处于极隙区中心时,电离层内的电离密度达全天的最大值;上、下午各有数小时间隔位极光带内时,高能粒子的电离作用也很重要;夜间进入极差区后,电子密度则很低。夏季极昼时,太阳EUV辐射的电离效应使电离层电离密度比冬季值大许多,而且,日变化的最大值时间也提前了1~2h,强磁扰时,极隙区和极光带均向低纬侧移动;中山站上空的电子密度会大幅度下降。在中等扰动环境下情况要加复杂：磁正午前后极隙区内软粒子沉降的电离强度有所减小,而上、下午极光区的高能粒子电离则有较大增加。 相似文献
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我们将资源一号卫星星内粒子探测器的观测数据与辐射带模式AE8/AP8的预测结果进行了对比，发现在南大西洋异常区的高能电子和质子的通量与辐射带模型的预测结果基本相同，而在两极极光带的电子通量比AE8模型预测的低得多.根据NOAA卫星的观测结果，可以认为这一差异主要是因为在南大西洋异常区（内辐射带）和两极极光带（外辐射带）的粒子投掷角分布的差异造成的.在南大西洋异常区粒子倾向于各向同性分布，而在极光带粒子各向异性明显，投掷角接近90°的粒子通量比0°投掷角附近的粒子通量大得多. 相似文献
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Michael Anastassiades Demetrius Ilias Emmanuel Tsagakis 《Pure and Applied Geophysics》1962,51(1):142-146
Summary On November 1960 a special solar activity occured, producing characteristic disturbances in the ionosphere. Athens center followed this activity by vertical sounding and by Riometer recordings. They are evidences for proton events producing deep absorption in the ionosphere and aurora extending till 38° latitude. Some observations concerning July 1961 solar activity are reported. World wide decrease of the maximum electron density reported during the November period was observed also in Athens. Ionospheric disturbances following vertical sounding observations are of «negative» type. 相似文献
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《Journal of Atmospheric and Solar》2002,64(2):211-229
A review of the observed space scales of the auroral features ranging from the whole auroral oval of bright discrete forms down to the nonlinear moving solitary structures with the scales of the order of Debye length is given. The characteristic physical scale which determines the generation process is indicated whenever possible. Some problems of the auroral theory and modeling are briefly discussed, and a cross-scale coupling between the auroral and magnetospheric altitudes is stressed. It becomes apparent that the first in situ studied real astrophysical plasma object—the Earth's magnetosphere/ionosphere/aurora—is a unified multi-scale system which seems to be ordered at large scales, but sometimes looks as nearly nondeterministic, or chaotic, at small scales. The most powerful processes in this system operate in a very wide range of scales, with multifarious cross-scale couplings. The statistical behavior of magnetospheric/auroral plasmas in the regions of active auroras often can be reasonably described as the near-critical state. 相似文献
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L.R. Lyons S. Zou C.J. Heinselman M.J. Nicolls P.C. Anderson 《Journal of Atmospheric and Solar》2009,71(6-7):717-728
The plasma sheet moves earthward (equatorward in the ionosphere) after enhancements in convection, and the electrodynamics of this response is strongly influenced by Region 2 magnetosphere–ionosphere coupling. We have used Poker Flat Advanced Modular Incoherent Scatter Radar (PFISR) observations associated with two relatively abrupt southward turnings of the IMF to provide an initial evaluation of aspects of this response. The observations show that strong westward sub-auroral polarization streams (SAPS) flow regions moved equatorward as the plasma sheet electron precipitation (the diffuse aurora) penetrated equatorward following the IMF southward turnings. Consistent with our identification of these flows as SAPS, concurrent DMSP particle precipitation measurements show the equatorial boundary of ion precipitation equatorward of the electron precipitation boundary and that westward flows lie within the low-conductivity region between the two boundaries where the plasma sheet ion pressure gradient is expected to drive downward R2 currents. Evidence for these downward currents is seen in the DMSP magnetometer observations. Preliminary examination indicates that the SAPS response seen in the examples presented here may be common. However, detailed analysis will be required for many more events to reliably determine if this is the case. If so, it would imply that SAPS are frequently an important aspect of the inner magnetospheric electric field distribution, and that they are critical for understanding the response of the magnetosphere–ionosphere system to enhancements in convection, including understanding the earthward penetration of the plasma sheet. This earthward penetration is critical to geomagnetic disturbance phenomena such as the substorm growth phase and the formation of the stormtime ring current. Additionally, for one example, a prompt electric field response to the IMF southward turnings is seen within the inner plasma sheet. 相似文献