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基于CNN-LSTM的临近空间温度预报研究
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作者 何汉圳 谷升阳 +1 位作者 秦雨松 刘宇轩 《地球与行星物理论评(中英文)》 2026年第1期118-125,共8页
临近空间是指地球大气层与太空之间的复杂过渡区域,其高度介于20~100 km,包括平流层、中间层和低热层,是地球大气系统的重要组成部分.临近空间不仅受对流层小尺度扰动影响并且受到中高层大气行星波等影响,另外在该区域中存在大气动力学... 临近空间是指地球大气层与太空之间的复杂过渡区域,其高度介于20~100 km,包括平流层、中间层和低热层,是地球大气系统的重要组成部分.临近空间不仅受对流层小尺度扰动影响并且受到中高层大气行星波等影响,另外在该区域中存在大气动力学过程以及各层大气之间的物理化学作用,这使得对临近空间的研究变得困难.国内外学者应用机器学习与深度学习算法在空间物理领域进行了大量的研究,并取得了较好的成果.但由于大气环境的复杂多变,在临近空间中利用深度学习算法对环境温度进行预报的工作研究较少.研究临近空间的温度预报对理解大气动力学过程、大气跨圈层耦合以及分析大气波动有重要的科学意义.基于MERRA-2再分析数据集,本文采用卷积神经网络-长短期记忆网络(CNN-LSTM)算法对临近空间温度进行窗口为7天的预报,其CNN部分能够有效提取空间特征,LSTM部分能够捕捉时间依赖关系.预报结果与原始数据相比,相对误差控制在2%以内.在此基础上,对该算法在季节、高度和纬度上的敏感性展开研究.分析结果显示北半球夏季和秋季的预报效果更好,且在低纬度区域预报模型的准确性也较为可靠. 展开更多
关键词 临近空间 温度预报 机器学习 深度学习
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类地天体外逸层及其变化性研究进展
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作者 李文龙 顾浩 +3 位作者 崔峻 黄旭 赵金锦 李文亚 《地球与行星物理论评(中英文)》 2026年第3期310-329,共20页
外逸层是类地天体大气的重要组成部分,其结构与变化性对理解行星物质流失、大气的演化及行星宜居性具有重要科学意义.本文系统回顾了近60年来类地天体外逸层的研究进展,涵盖其形成机制、观测与模拟方法以及变化性.从起源上看,外逸层可... 外逸层是类地天体大气的重要组成部分,其结构与变化性对理解行星物质流失、大气的演化及行星宜居性具有重要科学意义.本文系统回顾了近60年来类地天体外逸层的研究进展,涵盖其形成机制、观测与模拟方法以及变化性.从起源上看,外逸层可分为三种类型:低层大气起源外逸层、表面起源外逸层和内部起源外逸层.外逸层粒子在形成后还会经历多种损失过程,使其结构始终处于动态演化之中.光谱观测和质谱探测是研究外逸层的主要观测手段,为解析外逸层结构与变化性提供了重要基础.经典Chamberlain模型是最广泛应用于解析外逸层密度分布的方法.随后提出的Boltzmann传输方程和Monte Carlo模拟则进一步考虑了逃逸面以下粒子增能过程的影响,特别在研究局部热平衡偏离和高能非热成分逃逸方面具有优势.外逸层的变化性受到内外部多种因素的共同作用,包括太阳活动周期变化、耀斑事件、低层大气物理和动力学过程及双星系统中的引力相互作用等外部因素,以及天体内部活动等内部因素.这些因素通过影响外逸层粒子的生成与损失,显著改变其结构特征.本文通过梳理相关研究成果,旨在为未来进一步完善外逸层形成理论、揭示其动力学特性及探究其对行星大气演化和宜居性影响提供重要参考. 展开更多
关键词 外逸层 大气逃逸 高层大气 大气演化
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FY-3D电离层光度计IPM对2024年5月11日特大磁暴的响应研究 被引量:1
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作者 江芳 毛田 +6 位作者 付利平 王劲松 胡秀清 张效信 王云岗 贾楠 王天放 《空间科学学报》 北大核心 2025年第4期950-959,共10页
远紫外气辉探测仪小型电离层光度计IPM随FY-3D卫星于2017年11月15日发射升空,通过对地测量夜间O^(+)和电子辐射复合产生的135.6 nm辉光辐射、白天光电子碰撞激发产生的OI 135.6 nm和N_(2)LBH辉光辐射,可以反演得到夜间峰值电子密度N_(m)... 远紫外气辉探测仪小型电离层光度计IPM随FY-3D卫星于2017年11月15日发射升空,通过对地测量夜间O^(+)和电子辐射复合产生的135.6 nm辉光辐射、白天光电子碰撞激发产生的OI 135.6 nm和N_(2)LBH辉光辐射,可以反演得到夜间峰值电子密度N_(m)F_(2)、白天大气氧原子与氮气分子的柱密度比O/N_(2)等重要参数.本文对2024年5月11日特大磁暴事件中IPM的数据响应进行分析,对白天数据的研究结果表明,本次磁暴事件过程中,O/N_(2)在各个纬度较磁平静日均是减小的,可用于解释IGS (International GNESS Service) TEC在各纬度大多呈现的负暴效应.对夜间数据研究发现,磁暴日夜间135.6 nm辐射强度相对磁平静日呈现各纬度的增大,增大幅度可达3个数量级,且从磁暴主相开始一直持续到恢复相,而对应的TEC数据并没有如此大的增强;另外,测量190 nm以上波长辐射贡献的夜间杂散光通道在磁暴日也相应地增强,而这一波段的辐射机制与电离层并无直接关联. 展开更多
关键词 DST指数 135.6 nm辉光辐射 N_(2)LBH带辉光辐射 O/N_(2)
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火星与金星弓激波和磁堆积边界研究进展 被引量:3
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作者 张佳琪 王明 +4 位作者 眭昊旸 管子健 李劲羽 杜可涵 吕建永 《地球与行星物理论评(中英文)》 2025年第4期407-420,共14页
金星和火星虽然没有全球磁场,但是由于它们有大气层和电离层,在与太阳风耦合的过程中也会产生感应磁层以及磁堆积边界和弓激波等分界面.这些分界面不仅能反映上游太阳风参数的变化,同时也可以表征行星空间环境的状态.因此,相关分界面建... 金星和火星虽然没有全球磁场,但是由于它们有大气层和电离层,在与太阳风耦合的过程中也会产生感应磁层以及磁堆积边界和弓激波等分界面.这些分界面不仅能反映上游太阳风参数的变化,同时也可以表征行星空间环境的状态.因此,相关分界面建模研究不仅有助于了解太阳风-行星空间耦合的基本过程,也可为行星探测和研究提供更准确的分界面位置数据,对类地行星的演化和发展也有重要的启示.研究表明,太阳风动压、行星际磁场、地壳磁场以及太阳极紫外辐射等都是影响火星感应磁层边界位置的关键因素,因此它们也会影响火星弓激波的位型.除此以外,磁声波马赫数对火星弓激波的影响也不可忽略.而对于金星弓激波而言,磁声波马赫数是主要控制因素.基于上述参数影响的结果,科学家们建立了相关边界模型.本文总结了目前金星和火星弓激波和磁堆积边界模型研究进展,为行星科学研究以及深空探测任务提供参考. 展开更多
关键词 火星 金星 感应磁层 弓激波 磁堆积边界
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昆明站中频雷达数据集
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作者 王鉴远 陈金松 +2 位作者 田耀宇 丁宗华 王飞飞 《电波科学学报》 北大核心 2025年第6期1173-1182,共10页
临近空间区域是重要的空域,但由于示踪物稀缺,观测数据获取困难,导致现有的观测数据十分稀少。昆明站中频(medium-frequency,MF)雷达是一种可用于探测临近空间和低电离层的设备,由中国电波传播研究所云南昆明电磁波环境国家野外科学观... 临近空间区域是重要的空域,但由于示踪物稀缺,观测数据获取困难,导致现有的观测数据十分稀少。昆明站中频(medium-frequency,MF)雷达是一种可用于探测临近空间和低电离层的设备,由中国电波传播研究所云南昆明电磁波环境国家野外科学观测研究站(25.6°N,103.7°E)运行。该雷达接收低电离层等离子体不均匀体的部分反射回波,利用全相关分析(full correlation analysis,FCA)方法和差分吸收实验(differential absorption experiment,DAE)方法,反演60~100 km高度的大气水平风场和电子密度信息,以FCA和DAE两种数据类型存储。基于MF雷达数据集,研究人员可以开展我国西南地区(昆明站上空)临近空间大气风场及低电离层电子密度变化特征研究,探索中性大气和电离层的耦合作用及物理机制。该数据集也可以为高精度电离层数值预报模型提供支撑,服务电离层通信保障。 展开更多
关键词 中频(MF)雷达 数据集 临近空间 低电离层 地基探测
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内磁层环电流低能段离子通量强度分布随暴相的变化——VAP观测
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作者 许洪文 徐良 马淑英 《地球物理学报》 北大核心 2025年第11期4099-4113,共15页
本文利用VAP卫星HOPE质谱仪在56个磁暴期间的测量数据,统计分析了地球内磁层(L=2~6)低能段(3~48 keV)环电流H^(+)和O^(+)离子的全向通量随MLT和L的二维分布及其随暴相的变化.对于通量全球平均MLT剖面的不对称性,采用与剖面最大变幅以及... 本文利用VAP卫星HOPE质谱仪在56个磁暴期间的测量数据,统计分析了地球内磁层(L=2~6)低能段(3~48 keV)环电流H^(+)和O^(+)离子的全向通量随MLT和L的二维分布及其随暴相的变化.对于通量全球平均MLT剖面的不对称性,采用与剖面最大变幅以及自然常数有关的一个通量作为基准而将剖面划分成各自覆盖连续MLT区间的通量低谷区和高通量区.发现H^(+)和O^(+)在主相以及H+在早期恢复相,向阳面通量谷底随能量升高向西移动,呈磁场梯度-曲率漂移的效果;而高通量区不同能量的离子通量最大峰发生在相同的MLT,表明不依赖于离子能量的驱动力起重要作用;近赤道向阳面的通量谷区应与部分环电流以及二区场向电流有密切关联.O^(+)离子在早期恢复相的MLT剖面很独特,有明显的全球性类波状起伏,似被某种较大尺度的振荡所调制.关于通量的径向剖面,发现早期恢复相具有显著增强通量的O+所能达到的最低L值在本文考虑的所有能量上都比主相期更靠近地球,最低达2.4 RE,发生在00-06 h磁午夜后扇区.全球(L=2~6/MLT=0-24 h)平均总通量随暴相的变化表明,H^(+)离子的全球平均总通量最大峰所在的暴相随能量而异,低于16 keV时在主相,高于16 keV时在早期恢复相;而O^(+)离子全球平均总通量的最大峰对于3~48 keV能量段出现在早期恢复相. 展开更多
关键词 环电流 低能段离子 全向通量分布 磁地方时剖面 径向剖面 暴相
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基于2007—2014年AIM卫星观测数据的夜光云反照率、冰水含量和中层顶温度的相关性分析
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作者 刘晓歌 王翔 刘祎 《电波科学学报》 北大核心 2025年第5期880-891,共12页
本文通过中层大气高空冰探测器(Aeronomy of Ice in the Mesosphere,AIM)卫星的仪器载荷——用于云成像和粒子实验的探测器(Cloud Imaging and Particle Size,CIPS)和用于冰晶实验的太阳掩星探测器(Solar Occultation for Ice Experimen... 本文通过中层大气高空冰探测器(Aeronomy of Ice in the Mesosphere,AIM)卫星的仪器载荷——用于云成像和粒子实验的探测器(Cloud Imaging and Particle Size,CIPS)和用于冰晶实验的太阳掩星探测器(Solar Occultation for Ice Experiment,SOFIE)在2007—2014年间南、北半球的观测数据,分析了2007—2014年间夜光云的反照率、冰水含量(ice water content,IWC)、每日发生率及中层顶温度在南、北半球的变化趋势,讨论了夜光云发生位置和年变化,并且对夜光云反照率、中层顶温度和IWC的相关性进行了分析。结果表明:南、北半球夜光云主要发生在80°~85°纬度范围内,与南半球相比,北半球夜光云反照率持续时间更长、年波动更小、IWC更高且每日发生率更高,而南半球90°W~150°W位置的反照率总是较低;南、北半球夜光云反照率和IWC均与中层顶温度之间存在负相关关系,但反照率和冰水含量相关性表现不明显。本文的研究结果为夜光云作为中间层大气变化的敏感指标提供了量化依据;同时,南、北半球夜光云的差异特性有助于改进气候模型,对理解长期气候变化中的半球不对称响应具有参考意义。 展开更多
关键词 夜光云(NLCs) 中层大气高空冰探测器(AIM) 反照率 冰水含量(IWC) 相关性
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空天过渡区大气动力学研究重要进展
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作者 盛峥 虢盛 +2 位作者 冷洪泽 汪四成 宋君强 《空间科学学报》 北大核心 2025年第4期899-912,共14页
空天过渡区是指传统航空活动和航天活动过渡区域,通常指距离地表50~150 km的大气圈层.近年来,随着空天一体化空间环境应用服务加快布局,空天过渡区大气环境认知和建模预报研究愈来愈受到多学科广泛重视,空天过渡区大气扰动微物理过程和... 空天过渡区是指传统航空活动和航天活动过渡区域,通常指距离地表50~150 km的大气圈层.近年来,随着空天一体化空间环境应用服务加快布局,空天过渡区大气环境认知和建模预报研究愈来愈受到多学科广泛重视,空天过渡区大气扰动微物理过程和机理研究取得了较为显著的进展.本文梳理了近年空天过渡区大气动力学研究现状,简述了太阳/太阳风–磁层–空天过渡区的耦合链式过程中,太阳辐射和极区粒子沉降对空天过渡区大气环境影响的研究进展.从重力波、行星波、潮汐波和典型低层大气活动四个角度出发,重点分析和总结地球活动/低层大气扰动对空天过渡区大气环境影响的研究进展,进而展望空天过渡区未来的发展前景及需要解决的几个关键问题,为大气科学和空间物理领域的研究提供一定参考. 展开更多
关键词 空天过渡区 重力波 行星波 潮汐波
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火星感应磁层边界观测研究进展 被引量:2
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作者 王晶 《地球与行星物理论评(中英文)》 2025年第4期421-445,共25页
关于太阳风-火星相互作用边界的探测研究几乎贯穿了整个火星空间探测的历史.太阳风-火星相互作用区中间总是存在一个边界,即火星感应磁层边界.过去几十年,受火星探测器所携带仪器种类和精度的限制,火星感应磁层边界一直基于单一或部分... 关于太阳风-火星相互作用边界的探测研究几乎贯穿了整个火星空间探测的历史.太阳风-火星相互作用区中间总是存在一个边界,即火星感应磁层边界.过去几十年,受火星探测器所携带仪器种类和精度的限制,火星感应磁层边界一直基于单一或部分仪器探测数据来定义,导致其具有多种多样的名称,如,离子成分边界、感应磁层边界、磁堆积边界等.本文沿着Phobos-2、MGS、MEX以及MAVEN等一系列火星探测器的探测历程,简单梳理了火星感应磁层边界观测研究的发展.总结了具有不同名称的边界的物理特征和定义标准及其之间的位置关系.最新研究基于MAVEN探测器的等离子体和磁场综合探测数据,研究证实了火星感应磁层边界为磁流体动力学间断面,其物理性质与地球磁层顶类似.磁场的堆积位于边界间断面的上游,其性质更类似于地球磁层顶上游的等离子体耗尽层.相关工作进一步厘清了太阳风-火星相互作用边界的结构和物理性质.最早对太阳风-火星相互作用边界的认识来自于Phobos-2探测器对火星等离子体边界的报道.太阳风等离子体流在火星电离层上方几百公里处停滞,形成阻碍太阳风的边界,当时被称为质子边界.在该边界附近,同样观测到了将上游太阳风质子和下游行星氧离子分隔开的边界,称为离子成分边界.同时,还观测到了穿出边界时强电场波动消失的特征,称作行星顶.这三种边界可能重合.由于当时对火星磁场研究的不足,还无法确定该边界是否由行星内禀磁场的障碍产生.随着MEX和MAVEN探测器提供了对等离子体观测的更精确数据,离子成分边界有了更清晰的定义,即边界将其上下游分别由太阳风质子和火星重离子(如O^(+)和O_(2)^(+))主导的等离子体分隔开来,上游的太阳风质子流在边界处停滞.Phobos-2探测器上携带的电磁场仪器,在太阳风-火星相互作用区探测到了电磁场波动减弱和磁场强度增强的信号,该信号所形成的边界称为磁堆积边界.MGS探测器首次提供了清晰的火星全球磁场图像,也为磁堆积边界的研究提供了大量数据,并给出了该边界位置的经验模型.MGS探测器证实,火星不存在全球内禀磁场,因此在磁堆积边界处,行星际磁场受到火星电离层的阻碍,发生堆积,表现为磁场强度的增强和磁场波动的减弱.在此前研究的基础上,利用该特性基于MAVEN探测器的观测数据,定量地给出了磁堆积边界的判定条件.早期因为缺少磁场和等离子体的综合观测数据,压力平衡边界的概念和模拟研究早于对其的观测研究.太阳风在火星弓激波处减速加热,形成了火星磁鞘.来自上游磁鞘的动压、热压和磁压与下游感应磁层中的热压和磁压达到平衡,形成了压力平衡边界.基于MAVEN探测器提供的磁场和等离子体的综合观测数据,对压力平衡边界进行了相关的统计研究,并给出了其统计平均位置.以上三种定义的边界的位置会受到太阳风动压、太阳EUV、火星剩余磁场等因素的影响.然而,三者之间的相对位置尚未有定论,且相互之间的物理联系也没有解释.基于MAVEN探测器的等离子体和磁场综合探测数据的最新研究显示,等离子体成分和流速变化所标记离子成分边界上,存在平行于边界方向的磁场的突变(方向或大小),形成了边界间断面(包括切向间断面和旋转间断面),与地球磁层顶性质类似.而边界上游存在磁场堆积,在磁堆积区域,等离子体成分为太阳风质子主导,且质子能谱与火星磁鞘中的质子能谱类似,质子流速伴随磁堆积减小但并没有停滞.因此,火星磁堆积区域是火星磁鞘的一部分,其性质类似于地球磁层顶上游的等离子体耗尽层.该工作给出了太阳风-火星相互作用区域的边界结构和物理特性. 展开更多
关键词 太阳风-火星相互作用边界 火星感应磁层边界 火星磁堆积边界 火星离子成分边界 火星感应磁层顶
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金星火星电离层小尺度磁通量绳研究 被引量:2
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作者 谢良海 李罗权 +2 位作者 李磊 张艺腾 徐晓军 《地球与行星物理论评(中英文)》 2025年第4期458-473,共16页
磁通量绳是一种螺旋状的磁场结构,广泛存在于从太阳表面到行星磁层的各个空间区域,是空间物理中能量和粒子传输的重要通道.传统观点认为磁通量绳一般形成于磁化等离子体中,主要产生机制包括速度剪切和多X线磁重联.然而,近年来卫星探测... 磁通量绳是一种螺旋状的磁场结构,广泛存在于从太阳表面到行星磁层的各个空间区域,是空间物理中能量和粒子传输的重要通道.传统观点认为磁通量绳一般形成于磁化等离子体中,主要产生机制包括速度剪切和多X线磁重联.然而,近年来卫星探测结果表明,在金星、火星等非磁化的电离层中也存在很多小尺度的磁通量绳结构,传统的速度剪切或磁重联机制无法解释其观测特征,其形成原因一直困扰着人们.本文提出一种新的磁通量绳产生机制,即认为位于电离层中的磁通量管其不同部位由于高度差异受到电离层的非均匀挤压,这种挤压会带来发电机效应,表现为方位角方向上电场旋度的逐渐增加,从而造成磁场扭转,并最终形成所观测到的磁通量绳现象.通过建立多流体MHD模型,本文成功模拟了金星、火星电流层中磁通量绳的产生过程,很好地解释了观测现象.此外,本文还讨论了不同因素对磁通量绳特征的影响,包括下沉速度、离子回旋半径、磁通量管半径等,并解释了金星和火星磁通量绳之间的差异. 展开更多
关键词 磁通量绳 多流体MHD 金星 火星
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日冕物质抛射对金星和火星空间环境的影响 被引量:1
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作者 徐麒 谢良海 +1 位作者 李磊 徐晓军 《地球与行星物理论评(中英文)》 2025年第4期446-457,共12页
日冕物质抛射(coronal mass ejections, CME)是太阳的瞬变现象,其对太阳系内行星的影响备受关注.作为地球的邻近行星,金星和火星也受到CME的直接和间接影响.现有的研究表明,金星和火星的磁层、电离层和行星离子逃逸对CME的响应都很剧烈... 日冕物质抛射(coronal mass ejections, CME)是太阳的瞬变现象,其对太阳系内行星的影响备受关注.作为地球的邻近行星,金星和火星也受到CME的直接和间接影响.现有的研究表明,金星和火星的磁层、电离层和行星离子逃逸对CME的响应都很剧烈,同时中性大气也会在CME爆发时的耀斑以及CME伴随着的高能粒子影响下发生显著变化,比如在火星观测到的中性大气加热以及与高能粒子能量沉积相关的极光发射.另外,在火星观测到磁场拓扑的改变和带电粒子沉降的增加,并且火星稀薄的大气和局部的剩余磁场导致CME的影响在火星地表环境也有独特的显现,比如地表辐射计量的增强和福布斯下降的出现.除了离子逃逸的增加,火星中性大气的逃逸率也在耀斑影响下极大地增加了.本文总结了近年来关于CME对金星和火星的影响的研究成果,旨在深入了解这种影响对金星和火星空间环境和未来探测任务的意义. 展开更多
关键词 日冕物质抛射 金星 火星 空间环境 大气逃逸
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基于理论模式参数智能优化的中间层数据同化
12
作者 任德馨 雷久侯 +2 位作者 陈雪涛 党童 刘宇 《地球与行星物理论评(中英文)》 2025年第3期352-359,共8页
中间层位于地表上方约50~90 km处,是大气波动的重要传播介质,也是地球大气能量收支的关键区域.因此,有必要开展中间层大气数据同化研究,通过融合有限的观测资料与数值模式模拟,实现中间层大气状态的更准确模拟和数值预报.然而,受限于中... 中间层位于地表上方约50~90 km处,是大气波动的重要传播介质,也是地球大气能量收支的关键区域.因此,有必要开展中间层大气数据同化研究,通过融合有限的观测资料与数值模式模拟,实现中间层大气状态的更准确模拟和数值预报.然而,受限于中间层观测资料缺乏,其数据同化的研究仍处于相对初期阶段.因此,本研究关注中间层大气数据同化与数值预报,利用低轨卫星探测的中间层大气温度、密度和气压驱动智能优化粒子滤波算法,优化理论模式内部不确定性参数.结果显示,尽管同化前后大气温度的统计误差相当,同化后中间层密度和气压误差相较于原有的理论模式模拟得到了显著改善.此外,智能优化算法通过对模式内部不确定参数的调整,还提升了同化区域上部的低热层非同化区域大气模拟精度.同时,本研究结果还表明,通过使用智能优化粒子滤波算法调整理论模式不确定参数,可以使中间层大气预报误差在多天内维持稳定. 展开更多
关键词 中间层 数据同化 数值预报 智能优化
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基于经验和物理模型对热层大气密度的评估
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作者 岳超 朱俊 +1 位作者 刘晓佳 王军 《中国空间科学技术(中英文)》 北大核心 2025年第1期88-98,共11页
低轨航天器所受的大气阻力与大气密度密切相关。精确计算大气密度,可以减少航天器精密定轨和轨道预报的误差。采用大气密度经验模型MSIS2.0、DTM2020、JB2008以及物理模型TIEGCM2.0,对历史强磁暴、大磁暴和小磁暴期的热层大气密度进行模... 低轨航天器所受的大气阻力与大气密度密切相关。精确计算大气密度,可以减少航天器精密定轨和轨道预报的误差。采用大气密度经验模型MSIS2.0、DTM2020、JB2008以及物理模型TIEGCM2.0,对历史强磁暴、大磁暴和小磁暴期的热层大气密度进行模拟,并分析模拟值与CHAMP和GRACE卫星原位探测数据的差异,评估各模型的表现能力。模拟结果表明:(1)经验模型的模拟效果优于TIEGCM2.0物理模型,MSIS2.0和JB2008的模拟值分别比卫星原位探测数据高28%~44%和13%~30%,DTM2020的相对误差最小,在-16%~11%之间;(2)在磁暴开始前或结束后的地磁平静或扰动期,DTM2020的模拟效果最优,其与观测值的中心均方根误差在0.3~0.6之间。在磁暴期,JB2008的模拟效果最优,观测与模拟值的相关系数在0.9左右;(3)对于物理模型TIEGCM2.0,当空间分辨率从5°提高到2.5°时,模拟结果与观测数据之间的平均相对误差从20%下降至17%。以上研究结果表明,各模型对不同空间环境有不同的适用性。在航天工程应用中,可以考虑多模型结合的方式对大气密度进行计算,以提高轨道计算精度。 展开更多
关键词 热层 大气密度 磁暴 经验模型 MSIS TIEGCM
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TLE轨道反演大气密度精度评估
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作者 任廷领 罗冰显 +3 位作者 苗娟 王荣兰 王昕 刘四清 《空间科学学报》 北大核心 2025年第3期717-728,共12页
利用CHAMP和GRACE-A卫星的TLE数据进行轨道大气密度反演,并以高精度加速度仪密度作为基准计算反演密度误差,同时与NRLMSISE-00,JB2008,MSIS2.0大气模式误差进行对比,给出了TLE反演误差相对大气模式误差改善率的量化结果,为TLE反演密度... 利用CHAMP和GRACE-A卫星的TLE数据进行轨道大气密度反演,并以高精度加速度仪密度作为基准计算反演密度误差,同时与NRLMSISE-00,JB2008,MSIS2.0大气模式误差进行对比,给出了TLE反演误差相对大气模式误差改善率的量化结果,为TLE反演密度的准确性及实际应用提供了一定的理论支撑.选取的TLE数据覆盖2002-2017年,分别计算了两类密度反演值:TLE平均密度和TLE修正密度.前者为时间分辨率为3 d的平均轨道大气密度,该值不依赖于大气模式;后者则是通过对大气模式进行修正得到的轨道原位处的大气密度.结果表明,在所分析的时间范围内,TLE平均密度的整体平均误差小于5%,标准差小于8%;TLE修正密度在地磁平静期误差最小,相对于大气模式的误差改善率超过80%. 展开更多
关键词 TLE反演密度 误差改善率 经验大气模式
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临近空间大气扰动变化特性的定量研究 被引量:20
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作者 肖存英 胡雄 +1 位作者 王博 杨钧烽 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期1211-1221,共11页
本文利用TIMED/SABER 2002年1月至2013年1月共11年的卫星温度探测数据,通过全球网格化及在网格内作数学统计的方法,得到了20~100km高度上全球网格点上温度的平均值和标准差,实现了对临近空间全球大气扰动进行定量刻画的目的.通过定量... 本文利用TIMED/SABER 2002年1月至2013年1月共11年的卫星温度探测数据,通过全球网格化及在网格内作数学统计的方法,得到了20~100km高度上全球网格点上温度的平均值和标准差,实现了对临近空间全球大气扰动进行定量刻画的目的.通过定量分析温度标准差的分布特性,文中得到了临近空间大气扰动的全球分布规律,并讨论了与这些分布规律相关的物理过程.结果表明,在20~70km高度上,温度标准差为1~10K,有显著的冬季/夏季的差异,冬季的温度标准差比夏季大;大气重力波扰动是最主要来源,同时大气传播性行星波引起的扰动也是来源之一.在70~100km高度上,温度标准差常年较强,量值为10~30K,冬季/夏季的差异小,低纬地区的温度标准差高于中高纬度地区,呈现许多局地化的小结构.大气重力波是引起该区域大气总扰动量的主要扰动来源,大气潮汐波、传播性行星波(准2天、准6.5天)也有重要贡献. 展开更多
关键词 临近空间 大气扰动 行星波 潮汐波 重力波 定量描述
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高层大气测风用地基F-P干涉仪的数值模拟 被引量:13
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作者 王英鉴 王咏梅 王后茂 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1732-1739,共8页
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... 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. 展开更多
关键词 热层大气风场 Fabry-Perot干涉仪 气辉强度 数值模拟 测风误差
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一种基于LEO卫星信标的电离层层析成像新算法 被引量:4
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作者 欧明 甄卫民 +3 位作者 刘裔文 邓忠新 熊雯 徐继生 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期3469-3480,共12页
LEO卫星信标是电离层监测的重要手段之一.利用电离层层析成像算法,LEO卫星信标能够实现区域电离层电子密度的快速重构.针对LEO卫星信标的特点,本文提出了一种函数基模型与像素基模型组合的电离层层析成像新算法.选择差分相对电离层总电... LEO卫星信标是电离层监测的重要手段之一.利用电离层层析成像算法,LEO卫星信标能够实现区域电离层电子密度的快速重构.针对LEO卫星信标的特点,本文提出了一种函数基模型与像素基模型组合的电离层层析成像新算法.选择差分相对电离层总电子含量作为输入数据源,先通过函数基模型法获取电离层电子密度初始分布,再利用像素基模型法对初始分布进行二次迭代重构,该方法可有效降低电离层层析成像对背景电离层模型的依赖,同时能够实现电离层小尺度扰动结构的有效反演.利用数值仿真方法及低纬度电离层层析成像网的实测数据的反演结果验证了本文提出的新算法的可行性和可靠性. 展开更多
关键词 LEO卫星信标 电离层层析成像 电子密度 函数基模型 像素基模型
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利用F10.7和MgII构建太阳极紫外辐射长时间序列 被引量:5
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作者 黄富祥 江月 +1 位作者 黄光东 张效信 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期2912-2917,共6页
利用SOHO/SEM在1996—2008年的太阳EUV观测数据,比较和评估F10.7和MgII作为EUV代理参数的代表性,不能支持Viereck等关于Mg II是比F10.7更好的代理参数的结论.通过比较对两种参数的多种回归计算结果,确立双因子极大似然估计方法构建EUV... 利用SOHO/SEM在1996—2008年的太阳EUV观测数据,比较和评估F10.7和MgII作为EUV代理参数的代表性,不能支持Viereck等关于Mg II是比F10.7更好的代理参数的结论.通过比较对两种参数的多种回归计算结果,确立双因子极大似然估计方法构建EUV计算模式,通过模型计算结果与SEM观测数据比较,表明该模型能够很好地重建EUV数据系列.利用该模式,构建了1978年11月以来的太阳极紫外辐射数据序列. 展开更多
关键词 太阳EUV辐射 F10 7太阳指数 MgⅡ太阳指数 线性回归分析
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基于全天空F-P干涉仪反演热层垂直中性风 被引量:6
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作者 胡国元 艾勇 +2 位作者 张燕革 刘珏 顾健 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期3695-3702,共8页
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... 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40m·s-1和15m·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100m·s-1的扰动,高热层甚至会达到300m·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. 展开更多
关键词 垂直中性风 全天空FPI 热层
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浮式生产储油轮诱导软刚臂系泊系统的动力响应 被引量:9
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作者 肖龙飞 杨建民 姚美旺 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期162-167,共6页
建立软刚臂系泊系统的理论模型和动力方程,模拟实际几何与物理特性及作用机制.开发误差判断结合变步长迭代搜索的数值逼近求解方法和软件,计算分析软刚臂系泊系统在浮式生产储油轮(FPSO)空间6自由度运动诱导下的动力响应特性,并进行模... 建立软刚臂系泊系统的理论模型和动力方程,模拟实际几何与物理特性及作用机制.开发误差判断结合变步长迭代搜索的数值逼近求解方法和软件,计算分析软刚臂系泊系统在浮式生产储油轮(FPSO)空间6自由度运动诱导下的动力响应特性,并进行模型试验验证.结果表明,该模型的数值计算与试验结果符合很好,而且迭代计算次数少、收敛快、误差小,可用于海上软刚臂系泊FP-SO系统动力性能的实时监测或理论预报.建议进一步研制实时监测装置,实现安全监控与防护. 展开更多
关键词 软刚臂系泊系统 浮式生产储油轮 动力响应 浅水
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