大磁暴后我国温度的变化

本文应用1955年英国格林威治观象台出版的大磁暴資料,研究了1909-1952年时期內历次大磁暴前后我国九站逐日溫度变化的情况。文中用重迭时序分析法,对大磁暴后90天内我国九站逐日溫度正距平百分率及平均溫度距平进行了計算,結果見图1。同样,对大磁暴前30天的計算結果,見图2。从而发現,在大磁暴后第10,16,24,44,75-77天附近,我国出現几次显著的溫度增暖期;而且在大磁暴前后,我国的溫度变动表現出27天太阳自轉周期性的振动。在大磁暴出現日期和其后第45天与第75天,亚欧地区自然天气周期的环流类型表現出清楚的韵律振动,因此认为天气过程的韵律振动当与太阳发射强烈粒子流輻射的活动区及其自轉周期发生密切关联。此外,本文还研究了某些小磁暴之后30天內,我国八站溫度的变动（图3）,发現在其后第13天附近出現显著的降溫。     

流星和高层大气分子間相互作用的热力学和动力学过程

本文根据高速稀薄气体动力学討論了流星在高空稀薄大气中运行时的加热和制动过程。研究指出,在不同高度上大气分子与流星表面的碰撞机制是不同的。例如对直径为0.05厘米,速度为40公里/秒的流星而言,在100公里以上自由大气的分子可与流星表面直接碰撞,在75公里以下,流星前面形成阻塞层,自由大气分子完全不能与流星表面直接碰撞。本文討論了在三种情况下,高层大气对流星的加热和制动过程,并計算了流星的有效加热系数和阻力系数,这些結果也可用来說明人造卫星的加热和制动过程。最后根据美国火箭探测的密度資料,对有效加热系数做了估計,結果与理論值相符。     

Gtz逆轉效应中I_(3112 )的有效散射高度上升过程的跳跃性及逆轉方法B解的不唯一性

本文探討了Gotz逆轉效应中,单色天頂散射光强I_3112（?）的有效散射高度h_E的上升过程。首先从理論上証明:h_E并非沿高度連續的上升,而是跳跃上升的。然后用实际观測数据的計算,証实了理論結果。由此并指出,由于h_E的跳跃,那么在应用逆轉效应,建立測定大气臭氧垂直分布方法时,如果将大气分层較多,那么可能在臭氧层中下部所得的結果,是不唯一的。基于上述結果,进一步研究了方法B,发現目前国际上通用的,由Ramanathan与Davo所給出的逆轉方法B的解是不唯的。这些解之間有着亘大的差异。因此以該方法計算出的各层臭氧含量,并不能肯定大气臭氧的垂直分布情况。     

磁暴期間外輻射带結构的变化

本文根据磁矩守恆的条件,利用刘維定理（Liouville's theorem）,討論了磁暴期間在赤道平面外輻射带內,带电粒子的空間分布及能量分布的变化。結果表明:当主相时,粒子密度及通量的峯值变小而且位置向外移动。此結果与探測事实相符。能譜分布也有显著的变化,不論垂直能量或是平行能量,当主相时能量分布的峯值向低能量的方向偏移;急始时向高能量的方向偏移。对投擲角及鏡点高度作了計算,发現当急始时投擲角变大,而鏡点高度下降;主相吋投擲角变小,镜点高度上升。由此可以訊为,在主相期間緩慢的磁場下降,不能使外輻射带內粒子侵入上层大气。相反,在急始时則可能有一部分粒子会侵入上层大气。根据所得結果,基本上可以解释目前的观測現象。     

用AE-D卫星近地点上观测的n(He)估算湍流层顶高度

文分析了AE D极轨卫星近地点的变化及其相应的大气膨胀和密度分布情况. 在高度相同情况下, 中低纬区热层底部的大气密度比高纬区大, 卫星受阻也就更大, 从而卫星近地点的高度在中低纬区比高纬区要低、白天比夜间低. 采用近地点上的n(He)观测资料, 根据大气数密度在低层内均匀混合和高层内扩散分离的不同垂直分布特征, 粗略地估算出湍流层顶的高度Zt及其变化. 高纬区内Zt高低与纬度几乎无关, 但对磁暴的响应十分明显. 中低纬区内, Zt随纬度减小而增大; 白天地区Zt大于夜间, 而与磁暴的关系不大.     

磁铁温度系数及感应系数的测定

測定磁棒磁矩的溫度系数时,用了一个电流綫圈以抵消磁矩变化的影响,因而簡化了計算工作。測定磁棒的綫膨胀系数时,利用現有設备及一个比較簡单的装置,得到了相当准确的結果。測定磁棒感应系数使用的螺綫管（納尔逊法）中磁場的均勻性,在纵方向及横方向都作了核算,因而对它們的影响,能进一步加以估計。綫圈及其他磁强計附加装置也还准确而簡单易制。     

磁流体冲激波在非均匀磁场中的传播

本文应用Chisnell- no方法,求解了在理想介貭中,垂直磁流体冲激波在非均勻磁場中的传播問題。这种方法,把非均勻介貭分解成无限小的弱間断面,根据气体动力学中波与間断面相互作用的原理,算出激波通过弱間断面时的强度变化,然后用积分求得激波通过整个非均勻区时的强度变化。作者引入了激波的特征速度（它是激波在波前后介貭中传播速度的几何平均值）作为輔助参量,得到形式上比較簡单的激波传播方程。然后考虑了磁压力远大于气体压力的强磁介貭中的激波传播問題,并进行了数值积分。采用的介貭密度模型有三种:（1）阿尔芬波速为常数;（2）密度不变;（3）密度与磁場强度成正比。計算結果表明:当激波由弱磁場向强磁場传播时,激波的强度逐漸变弱。其中,在阿尔芬波速为常数的介貭中,激波强度的衰减最为緩慢;在密度不变的介貭中,激波强度的衰減最为迅速;而在密度与磁場成正比的介貭中,激波强度的衰減則介乎上述两种密度分布之間。作者联系磁流体冲激波在地球外层空間的传播問題进行了討論,密度的模型采取大气啃昔的观測結果（卽上述第三种密度分布）,并进行了适当的外推,估計了在十个地球半径处的磁流体冲激波传到地面时的强度,求出了激波在地面引起的磁場变化与激波初始速度之間的关系。根据上述簡化模型,計算結果表明,在十个地球半径处初始速度为10⁸厘米/秒的激波,传到地面引起的磁場变化大約为60伽（亻馬）,这个数值的量級恰好与中低緯度强磁暴的急始变幅相符。     

磁暴期间热层中性大气受热抬升的观测例证

采用AE-D卫星上中性大气数密度的观测资料,分析了1975年11月内多次磁暴期间热层大气中氦和原子氧与氮分子之数密度比值的变化.结果表明,磁暴对中性大气加热的理论是符合实际情况的.低热层大气受热抬升使较高高度上的大气中质量较轻成分的数密度相对比例有明显下降,而较重成分的百分比则有增加.与地磁宁静期间相比,在140-10km高度上n(He)/n(N₂)之比值降低了一个数量级,而n(Ar)/n(N₂)的增幅则略大于一个数量级.此比值的变化幅度大小随高度而变,但各高度上暴时变化的发展趋势是基本一致的.     

相关分析法在研究电离层不均匀結构中的应用

本文詳細地介紹了武汉采用的交点相关法和十点相关法的理論基础和具体計算方法,并与Philtips和spcncer的相关法（PS法）及Yerg的六点相关法进行了比較。正如理論上所預期到的,武汉的实驗表明:交点法提供的参量最多,也最精确可靠,但計算量与PS法的差不多;十点法提供的参量与交点法的一样多,精确性不此PS法的低,然而計算量比PS法的少得多,与六点法的差不多。文中还討論了利用时移图上曲直线,以进一步提高十点法的精确性,以及在相关分析中采用結构函数和后效函数,以进一步簡化計算的可能性。本文还初步討論了各种相关分析法的誤差間題;并提出了相关函数值在时空上的預报方法,以及根据相关函数的預报值与实測值的对此等,判别在記录分析中有无反常現象,和甄別所求出的参量值是否可疑的方法。最后还特別指出了电离层混乱运动变化速度出現虛数值的可能性,并介紹了消除这种虛数值的方法。     

基于经验正交分析法的暴时热层大气密度时空分布规律

本文选取2002-2006年期间的36个强磁暴为研究对象,对CHAMP卫星加速度仪反演的实测大气密度进行经验正交分解,研究暴时热层大气密度的纬度分布特征,以及大气密度与ap指数、Dst指数的关系.结果表明,大气密度的纬度分布与季节相关,夏季半球的密度大于冬季半球,春秋季节南北半球的大气密度几乎对称分布;春秋季节白天大气密度在低纬地区呈现出赤道密度异常结构,在中高纬地区密度随纬度增加而减小,夜间则呈现抛物线的形状,赤道附近密度值最小.大气密度的纬度分布特征在若干天内具有良好的稳定性,发生时间相近的磁暴事件,纬度分布曲线非常相似,并且暴前与暴时的纬度分布变化不大.相关性分析表明,大气密度滞后ap指数2~6 h,相对Dst指数平均提前0~1 h,对磁暴的响应速度在日照区比在阴影区快,大气密度与ap指数、Dst指数具有较好的相关性.     

不同高度和不同地磁扰动期间热层大气密度模式值与探测值的显著差异

热层大气密度是空间大气环境的重要参数,经过多年的研究已开发了多种大气模式,但其误差普遍较大,尤其在磁暴期间偏差值甚至超过100%.本文利用中国星载大气密度探测器和CHAMP卫星加速度计在轨获得的连续探测数据,针对近10年(2003—2014)中多次强磁暴事件和多次中等强度扰动事件,即2003年11月、2004年7月和2005年8~9月多次强磁暴事件(Kp值均达到9),2006年4月、2012年4月的两次中等强度磁暴事件(Kp值分别达到7和6),分析和比对不同强度磁扰事件期间不同高度全球大气密度就位探测值与模式值(NRLMSISE00)之间的差别.在2005年8月24日强磁扰事件中,560 km高度中国卫星就位探测值上涨幅度约2~3倍,扰动区中的增变比高达5.7倍,375 km高度CHAMP卫星就位探测值上涨幅度约0.8倍,扰动区中增变比达4.0倍,期间大气密度模式值不仅没有出现明显的涨落,更没有出现强烈的区域扰动;在2003年11月和2004年7月的强磁扰事件中,CHAMP卫星就位探测值均有显著涨变和强烈扰动变化,而模式值无明显扰动变化;在中等强度磁扰事件中,高度560 km附近就位探测值在北、南半球高纬地区显著上涨,远高于模式值,高度350 km附近就位探测值在地球阴影区域显著上涨,上涨幅度也大于模式值.分析结果表明现有大气模式对地磁扰动(尤其是强磁暴事件)期间全球热层大气密度的响应并不明显,需要进一步改善.     

大气阻力引起卫星轨道衰减的数值模拟

本文以德国低轨道卫星CHAMP为例,联合考虑地球扁率和大气阻力摄动的影响,对相应摄动方程进行数值积分,计算轨道根数变化,并进而计算得到卫星空间位置,由此模拟考察大气阻力引起的轨道高度衰减.模拟中使用综合考虑了太阳辐射和磁暴等多种因素影响的最新国际大气标准JB2008模式来计算热层大气密度. 选取CHAMP卫星轨道高度自然衰减（无点火提升卫星高度操作）的2005全年进行模拟;为了考察不同年份阻力系数的可能变化,对2002年1—3月处在较大高度的轨道也进行了模拟.考虑到CHAMP卫星的特殊几何构形及飞行高度的热层温度条件,取阻力系数大于2.8,并在一定范围内变化,以求得模拟与实际轨道衰减符合较好.结果表明,对于2005年,阻力系数为2.91时模拟得到的轨道高度的衰减与实际轨道衰减符合得最好,模拟与实际轨道半长轴全年的标准偏差为81m;在卫星高度稍高的2002年,模拟的最佳阻力系数为3.0;模拟所得最佳阻力系数值比传统使用的值2.2大30%以上.由于在模拟中忽略了高阶保守力分量,所得近/远地点高度没有出现实际轨道所显示的周期性起伏.     

磁暴主相期间外辐射带结构的变化

本文利用相对論带电粒子的两个寝渐不变量,討論了磁暴主相期間外輻射带中心結构的变化。作者认为磁暴主相是由“磁暴带”环电流所产生。“磁暴带”假設位于外輻射带中心之外,它是太阳等离子体穿入磁层后形成的。本文对初始能量W=20Kev和W=1Mev的电子分別进行了計算。 結果表明,在磁暴主相期間电子向外漂移,其赤道投擲角減小,但镜点离地面距离增高。因此,主相时所观測到的极光,并不是由于地磁場的平緩下降使小投擲角电子注入大气层而形成的。此外,計数率降低的主要原因是由于力管截面膨胀造成的粒子密度減小以及电子減速,而电子減速与投擲角有关,由此决定了电子通量沿磁力线分布的变化。以上結果与探险者6号（Explorer Ⅵ）的观測一致。     

中层和热层大气的垂直动力传输及其影响

本文根据气体分子运动论导出了垂直动力传输函数,此函数可以代替Nicolet和Mangc的混合比,较好地描述高层大气中从完全混合状态向扩散分离状态的过渡过程。分析了高层大气中湍流运动的观测结果,给出了湍流系数随高度分布的几个模式,利用这些模式计算了惰性气体氩、氦与氮的数密度比的高度剖面,并与箭载质谱仪探空资料作了比较。根据光化-动力传输理论,计算了上中层及低热层大气主要化学成份的高度分布。结果表明:垂直动力传输明显地影响着大气成份的分布。文中还指出,氧分子的光离解系数与其数密度的高度剖面耦合在一起,因而应当由上向下数值求解有源有汇的连续方程组,这样可避免由于光离解系数的假设所造成的误差。     

中层和热层大气的湍流结构

本文首先讨论了中层和热层大气湍流谱区的划分,发现对于同样尺度的湍流,在不同高度对应的谱区是不同的。随着高度的增加,愈向耗散区一端移动。其次,从理论上讨论和计算了不同高度的湍谱分布。最后,导出了湍流扩散系数的公式。湍流扩散对于高层大气成份的垂直分布有很大的影响。观测结果表明,并不是所有尺度的湍流对高层大气成份的垂直分布都发生影响,而是具有某一尺度的小尺度湍流起主要作用。我们引出了一个有效湍流尺度的概念,并从理论上计算了湍流扩散系数随高度的分布。结果与观测的氩和氦随高度的分布反推出来的湍流扩散系数相符合,同时也与ALADDN 1试验测量的结果相符合。     

基于星载高精度GPS观测数据的大气密度反演

星载高精度GPS观测数据可提供卫星速度和位置信息,而卫星的运行轨迹又与所处位置的大气密度紧密相关,因此可通过求解大气阻力微分方程,由高精度GPS观测数据反演出卫星运行轨迹上的热层大气密度.本文从星载高精度GPS观测数据出发,给出大气密度的反演方法,以及平均平动参数nM、反弹道系数B两个重要参数的解算过程,并以天宫一号为例,给出反演结果与天宫一号观测数据的比对.结果表明,反演结果与观测值符合很好,两者的均方差在2012年1月1日、2月24日分别为8.6%和8.4%,说明利用星载GPS观测数据反演大气密度是有效、可行的,可成为今后获取高精度大气密度的一种方法.     

中层顶区域钾层静态模型的初步建立

以流星烧蚀为源,大气沉降为汇,并利用连续方程和涡旋扩散方程为动力学控制方程,求解总含钾成分随高度的分布,再根据各含钾成分之间闭合的化学反应,计算每个高度处各含钾成分的浓度配比,初步建立了一个钾层静态模型.本文详细的阐述了钾层静态模型的建立过程,输入参数和模拟结果.此模型能够模拟出钾原子浓度随高度的分布,并与北京激光雷达观测的钾原子浓度的夜间年平均曲线进行了对比.钾层峰值密度和质心高度的模拟值与观测值仅相差0.2%和0.7%,但柱密度和RMS宽度的模拟值却比观测值明显偏小.模拟结果与观测并不完全一致,其差别主要来自于钾层的下部.钾层静态模型的建立和不断完善为研究钾层的特性和演化规律提供了有力的支撑.     

南极大气臭氧和温度垂直结构及其季节变化的研究

利用南极中山站2008年2月至2009年2月臭氧和温度探空等资料,对中山站上空大气臭氧和温度的垂直结构及季节变化特征进行了研究.结果表明,在中山站上空热对流层顶和臭氧对流层顶的高度相近,年平均高度分别为7.9和7.4km.对流层顶的气压和温度都存在位相相反一波型季节变化.春季和冬季对流层顶的温度转折没有夏季和秋季明显,而依据臭氧变化恰能更好地确定对流层顶高度.在对流层臭氧垂直分布的季节变化不显著;而平流层却十分明显.春季下平流层臭氧严重耗损,14km处的臭氧最小分压仅为1.57MPa,最大分压出现在上平流层,其他季节下平流层臭氧随高度增加而升高.春季下平流层臭氧的严重损耗,与极夜过后低温条件和平流层冰晶云表面消耗臭氧的光化学过程有密切关系.大气臭氧和温度的垂直结构及季节变化特征,对春季南极臭氧洞的形成和发展具有重要意义.     

爆炸激发地震波的理論計算

本文中近似的考虑了爆炸后岩石的破碎和可塑性形变性貭,对于柔性岩石設定为在爆炸孔周围有一层μ=0的介貭,对于脆性岩石則认为岩石在爆炸之先就已經破碎,作者分別計算了两种介貭中所激发的地震波的性貭,在結果中指出在脆性岩石中所激发波的振幅随时间的衰減系数比在柔性岩石中小。     

电离层E层和F层中的日出效应

本文对德意志民主共和国Juliusruh/Rügen电离层站（54°38′N,13°23′E）,在1958年11月至1959年10月期間,日出前后一分钟測量一次的頻高图記录进行了分析。可以确认,E2层是一个純受太阳紫外輻射所控制的正常层次;該层每天开始电离时的太阳高度年变化是沒有規律的,而F层每天开始电离时的太阳高度却具有有規律的年变化。对这些統計分析結果进行理論研究,可以发現无論对F层而言,还是对E层而言,均不存在能够强烈吸收有关太阳紫外輻射的遮蔽层。决定F层每天开始电离时間的机制,是高层大气随季节不同而膨胀或收縮。在同样的太阳高度下,E1层和E2层的电子密度主要由运动項所决定,該項的大小和电离层飘移速度的东西分量有紧密的关系。此外,还估計了各个月份的E1层极大电子生成率,以及与E1层有关的太阳輻射的强度。对E2层的成因也作了一些估計。