上海地区地基GPS水汽三维层析技术和初步应用

地基GPS(Global Positioning System)探测大气水汽主要包括3个方面的内容:一是观测天顶方向的大气水汽总量(Precipitable Water vapor,PW);二是遥测倾斜的信号路径上的水汽总量(Slant-path Water vapor,SW);三是应用组网的GPS站倾斜路径观测反演局地上空的水汽三维信息,即水汽层析(watervapor tomography)技术.简单介绍了上海地区稠密的地基GPS网,并且在该网的基础上通过GAMIT软件计算出的整层水汽PW和各个方向上的梯度信息及观测残差,来获得GPS测定的SW,运用层析的技术可获得上海地区水汽的三维分布信息.以2008年8月25日上海罕见的大暴雨为例,分析了水汽三维结果在强对流天气中的应用.     

低高度角大气静力学延迟修正的改进

进行低高度角观测是GPS(Global Positioning System)气象学的发展趋势,其中发展高精度的低高度角的大气静力学延迟修正是主要的关键技术.比较了3种计算无线电波从空间到地面接收机的大气静力学延迟修正方法:(1)在大气球对称假设下用探空气球资料路径积分得到大气静力学延迟;(2)在大气球对称假设下用NCEP(National Centers for Environmental Prediction)再分析资料得到大气静力学延迟;(3)用Niell的大气静力学映射函数得到大气静力学延迟.与2001年中国地区89个探空气球站资料计算得到的大气静力学映射函数比较结果显示:NCEP再分析资料路径积分的方法在低高度角(5°以下)的精度好于Niell映射函数模型约5倍.     

太阳选址全国日照条件分析

利用国家气象信息中心气象资料室整编的中国756个基本、基准气象站在1971～2000年间的日照时数和日照百分率年值、月值数据集,研究了全国范围的日照条件,结合1951～2008年间我国云量、水汽要素资料,分析了影响日照的因素.研究结果表明,我国日照时数和日照百分率的分布形势一致,东南少而西北多,从东南向西北递增.在我国东部地区日照时数由南向北逐步递增,西部地区日照条件整体好于东部,符合常规.藏西南狮泉河一带日照条件最优;40°N纬度带附近和藏南地区次之,江南华南、四川盆地以及云贵高原东部地区的日照条件较差;其余地区日照条件居中.日照时数受云量、水汽要素的影响,呈负相关关系.     

修正的Neupert效应

Neupert效应的定性描述是耀斑中脉冲分量(硬X射线、微波暴)与渐变分量(软X射线发射)之间存在的因果关系,即耀斑最初的能量是以加速粒子的形式释放,加速的电子在大气传输过程中产生非热硬X射线轫致辐射,并加热大气,耀斑软X射线发射是高能粒子注入大气的响应.根据经典Neupert效应的定量描述,硬X射线发射(表征非热电子注入)结束时软X射线应该立刻达到极大,但以往的观测发现一些耀斑软X射线峰值时间(t2)明显晚于硬X射线结束时间(t1)(τ=t2–t1,τ 0),热与非热辐射之间存在明显的偏离经典Neupert效应的情况.为了研究偏离经典Neupert效应的事件,在2002—2015年间的RHESSI (Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager)和GOES (Geostationary Operational Environmental Satellites)耀斑列表中,按照在25–50 keV范围内光变较简单、软X射线有对应发射峰等判据,共选择276个耀斑样本,统计了这些耀斑的τ分布、环长d (用双足点源之间的距离来表征)与τ的关系.结果显示:(1)有227个耀斑τ 0,即有约82%的耀斑偏离经典Neupert效应;(2)τ与d之间存在一定的线性相关,即环越长,软X射线极大的时间越延后;(3)似乎存在一个临界距离,当环长小于临界距离时,经典Neupert效应成立.这些结果印证了修正Neupert效应的必要性,并对其物理意义进行了讨论.     

高层大气密度的午夜极大值特征分析与建模

利用CHAMP (CHAllenging Minisatellite Payload)、GRACE-A (Gravity Recovery and Climate Experiment-A)、SWARM-C (The Earth''s Magnetic Field and Environment Explorers-C)等3颗极轨卫星的资料, 研究360—480km高层大气密度在低纬度区域的午夜极大值(Midnight Density Maximum, MDM)现象. MDM一般出现在23:00- 02:00 LT (Local Time)之间,峰值位置在低纬度15°以内,谷值位置在中纬度35°-45°附近,整体略偏向南半球,振幅约为平均密度的26%.随着高度增大以及太阳辐射水平的增强,MDM振幅呈减小趋势;冬至和夏至日附近的季节效应会减弱MDM振幅,在春秋分日的振幅最大.用3个主流大气模型DTM2000 (Drag Temperature Model 2000), NRLMSISE00 (US Naval Research Laboratory, Mass Spectrom-eter and Incoherent Scatter radar)和JB2008 (Jacchia- Bowman 2008 model)对MDM进行模拟,JB2008没有刻画出MDM现象;另两个模型低估了MDM效应,在360km和480km两个高度DTM2000模型的振幅仅为观测的46%和53%, NRLMSISE00模型仅为观测的33%和26%;模型没有准确刻画出MDM与高度、辐射水平和季节的关系.联合3颗卫星的资料,研究了-种基于地理纬度的6阶勒让德多项式,同时融合地方时和高度因素的经验函数,在振幅和相位上可以较好地刻画MDM特征,相关系数达到0.923,可为大气密度模型的修正提供借鉴,服务于低轨道航天器高精度轨道预报.     

主序星的Ⅴ波段经验质光关系

恒星质量是恒星物理以及恒星系统动力学研究中一个不可或缺的参量.双星轨道拟合是获取恒星(动力学)质量的最可靠途径,而绝大部分恒星的质量仍然需要通过恒星质光关系来估计,因此,通过拟合恒星动力学质量和光度数据得到经验质光关系的工作具有重要意义.尽管主序星的Ⅴ波段质光关系由于金属丰度的影响而具有一定的弥散性,但有研究表明这种影响主要限于恒星质量小于 0.6M_⊙的情况.对于较大质量的主序星,近年来的观测拟合研究积累了比较充分的动力学质量和Ⅴ波段光度数据,从而为显著改进上述质光关系提供了可能.利用一个能合理分配两个不同量纲观测量权重的拟合方法,根据 203 颗恒星的动力学质量和光度数据给出了主序星的Ⅴ波段经验质光关系,该结果对此前结果的改进不仅具有统计显著性,而且其对恒星质量估计的相对误差已达到约 5%.因此,该结果不仅可以用于开展有关恒星物理或恒星系统动力学方面的统计性研究,而且对具体实际多星系统的长期动力学研究和短期定位研究等也有应用价值.     

基于双频星载GPS数据的LEO卫星运动学定轨研究

运动学定轨是星载GPS特有的定轨方法,该方法不依赖于任何力学模型(地球重力场、大气阻力及太阳辐射压等),尤其适用于受大气阻力影响严重的低轨卫星定轨.基于双频星载GPS数据,研究了运动学定轨原理,讨论了数据预处理方法,建立了一套非差运动学定轨算法.并以GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment)-A、B卫星2008年2月实测数据作为试算验证了本研究方法的有效性和可靠性.GRACE 卫星实测数据计算结果表明:运动学定轨能达到5 cm精度(相对于SLR (Satellite Laser Ranging)),与动力学和简化动力学定轨精度相当.     

上海天文台GPS气象学的研究现状

介绍了上海天台GPS气象学的背景,进展和研究成果,从90年代起,上海天台就分别开展了地基GPS气象学和空基GPS气象学的研究工作,在地基GPS气象研究中,利用国内分布的23个GPS网站及周边地区6个IGS台站,在1996年7月26日到31日（6天）的GPS观测资料,首先求得中性大气天顶延迟改正序列,然后推出测站上空可降水汽量积分,采样频率分别取为30分钟和2小时,得到的天顶延迟改正的精度好于1cm,后演出可降不汽含量的内部精度约1－2mm,把国内GPS网中具有探空气球观测的4个台站,上海,武汉,箍春和西宁的资料进行比较,发现GPS和探空气球的可降水汽含量之间的平均中误差为3－4mm,考虑到上海地区在台风和气候变化较剧烈的季节因素,选择了1997年8月2日到9日（8天）和8月17日至27日（11天）的两个观测时段,做了国内第一个GPS/storm实验,实验结果表明,地面GPS网有可能获得几乎实时的,连续的和主精度的可降水汽含量值,它的结果很好地与实时降雨量过程相对应,实验证明,利用预报轨道可以获得与精密轨道几乎相同的结果,在空基GPS气象研究中,发现地面GPS网水汽观测具有良好的时间覆盖率的优点,缺乏空间分辨率的缺点,而现在的GPS无线电掩星方法恰恰具有良好的空间分辨率而缺乏时间覆盖率,因此,在地球低轨道（LEO）卫星的轨道设计中,提出了通约LEO卫星的方法,希望通过改进轨道的LEO卫星获得长达200多天的观测序列,而它的地面观测点的漂移可以控制在于小100km,这种方法也可以用来设计对特定地面点上空大气剖面的测定,还在设计和建立GPS无线电掩星反演大气剖面的软件。     

太阳活动与太阳自转速率变化关系的分析

研究发现,太阳自转速率的变化与太阳活动之间存在一定的联系,但是不同学者的研究结论存在着矛盾:有的认为两者为正相关,而有的却认为是负相关.究竟两者之间是什么关系,需要做进一步深入的分析.利用EEMD (Ensemble Empirical Mode Decomposition)等方法对太阳自转速率和太阳黑子数据序列进行相关关系以及相位关系的计算和分析,以探讨太阳自转速率变化与太阳活动之间的关系.研究发现:两者的长期趋势项分量呈显著负相关;在11 yr左右周期分量上,观测到的太阳自转速率滞后太阳黑子的变化约2 yr时,呈显著负相关关系,超前3 yr时呈现次显著的正相关;对太阳活动第12–23周各周内部太阳黑子与太阳自转速率的相关分析表明,两者的关系比较复杂,但负相关关系更为显著.这为进一步理解太阳活动变化与太阳自转速率变化之间的成因联系提供了新的依据.     

天文选址的主要参数及测量方法

大口径地面光学和红外望远镜必须安装在具有良好大气条件的观测台站才能充分发挥其效率，因此仔细地选择天文观测站址是非常重要的。本文总结了选择一个好的站址需要考虑的各种参数，着重对其中两个最重要的参数即大气视宁度和大气积分水汽含量的各种测量方法作了介绍，最后提出了在天文选址中要注意的一些基本事项。