电离层氧离子83.4 nm辐射计算方法

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.     

基于紫外辐射传输模型AURIC-2012的气辉辐射模拟

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.     

利用OI 135.6 nm夜气辉辐射探测电离层峰值电子密度及电子总含量的研究

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(N_mF₂)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N_mF₂及电子总含量TEC的反演方法.     

雷暴云准静电场引发的中层闪电辐射光谱计算研究

中层大气闪电现象的研究是中高层大气的热门研究课题,本文主要从数值模拟方面对中层闪电的辐射光谱进行模拟研究.基于准静电场的物理机制,用点电荷模型计算雷暴云放电后形成的准静电场随高度的分布,以E/N(E为电场,N为大气密度)为输入参量,代入到Boltzmann方程求解电场存在下弱电离气体中电子能量分布的时变函数,结合各碰撞过程对应的碰撞截面及中性分子数密度,得到各过程所对应的激发率,在此基础上得到每个激发线的体发射率,将体发射率代入到大气辐射传输方程,计算得到辐射强度随波长的分布.文中以E/N=200Td产生的体发射率为例,计算产生的辐射强度可达到几千瑞利,光谱分布与大气成分、仪器观测路径等有关.     

利用中国GPS站网对地震波引发的大尺度电离层扰动的观测

地震瑞利波在沿地表传输时衰减很慢,其能量在远离震中的区域仍然能够激发大气和电离层扰动.本文利用中国境内的GPS接收机网络观测电离层总电子含量(total electron content,TEC),分析了 2011年日本地震后在中国区域上空产生的电离层扰动.研究发现,瑞利波的能量从地面经大气耦合传输到电离层高度,导致在中国区域上空电离层出现与瑞利波传播同步的TEC扰动.利用中东部的稠密接收机网络,还揭示了扰动的大尺度二维空间结构:瑞利波经过后产生的TEC扰动呈条带状,在中纬度地区沿西北—东南方向排列,而在低纬度大致为东西方向.条带的转向可能与地磁场作用下的中性-离子耦合过程有关,大气波动导致的等离子扰动倾向于沿磁力线方向(向南)传播,从而形成垂直磁力线方向(东西)的波前结构.这是首次在远离震中的区域使用GPS站网研究地震波耦合电离层扰动的大尺度二维空间结构.     

中国高层大气与电离层耦合研究进展

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.     

星载远紫外极光/气辉探测发展综述

地球热层和电离层是近地卫星运行的主要场所,也是空间天气对人类活动影响的重要区域.气辉和极光是高层大气中的重要发光现象,其辐射特性、特别是紫外波段的辐射特性,是高层大气和电离层物理化学过程信息的重要来源、本文详细分析了国外远紫外极光/气辉探测和相应探测器的发展里程,并结合我国相关研制技术和水平,提出了发展星载极光/气辉探测的基本考虑和建议.     

星载电离层探测成像光谱技术发展综述

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.     

一个中纬电离层E层理论模式

本文建立了一个中纬电离层E层理论模式. 该模式从NO+,O２＋,O+和N２＋这四种主要离子的连续性方程出发,通过数值模拟得到中纬电离层E层电子和各种离子密度随时间和高度的变化情况. 计算结果能较好地反映出E层电子密度峰值（NmE）或E层临界频率（foE）的日变化、季节变化以及随太阳活动的变化趋势. 将模式的计算结果与武汉地区测高仪的观测数据进行比较,结果证明模式能够较为客观地反映中纬电离层E层的实际形态. 针对以往电离层E层理论模式存在的主要问题,本文还进一步讨论了几种重要因素,包括二次离化源,λ<150?谱段的辐射通量,吸收截面以及NO分布对于模式计算结果的影响.     

1987年9月23日日环食引起的电离层扰动

本文利用武汉电离层观象台的高频多普勒台阵、TEC台阵和加密频高图等多种观测资料,分析了1987年9月23日发生在我国境内的日环食的电离层效应,简要地讨论了光食过程的电离层变化,着重研究了食后电离层扰动以及这种效应的高度演变和传播特征.结果表明:1.在不同高度上电离层的光化过程的弛豫时间不同,光食效应有明显的高度差异;2.食后出现了电离层行扰,这种扰动的特性随高度变化十分复杂,但不同高度上扰动的水平传播方向都指向日食中心带.这种扰动的激发源不在环食中心带内,它的激发可能与日食时大范围的大气冷却收缩所引起的低层大气运动的不稳定性有关.     

HIRISE: a ground-based high-resolution imaging spectrograph using echelle grating for measuring daytime airglow/auroral emissions

We discuss a new optical technique for measuring daytime optical emissions. We elucidate the method of analysis for retrieving the daytime airglow and auroral emissions using this instrument and explain the procedure used to account for the Ring effect contribution. Finally, we show sample results of thermospheric oxygen dayglow emissions obtained by this instrument.     

震后恢复重建民用建筑考虑碳排放的研究与监测

为了解决现有震后重建民用建筑碳排放监测方法未考虑节能减排条件与计算碳排放系数,导致监测结果不准确与监测效率低的问题,提出了一种新的震后恢复重建民用建筑考虑碳排放的研究与监测方法。首先针对碳排放研究的基础进行详细阐述,根据国际碳排放标准开展研究;其次采用排放系数方法,完成建筑碳排放数据采集。具体以建筑使用阶段碳排放的边界条件为基础,确定碳排放边界条件,对震后重建民用建筑全生命周期碳排放进行计算,完成震后建筑碳排放量的实时监测。结果表明：提出的震后建筑碳排放量实时监测方法,能有效的对震后建筑的碳排放量进行实时监测,且具有较高的监测效率。     

Recent advances in the research on seismo-electromagnetic emissions

The paper briefly reviews the recent advances and the main trend, as well as the major subjects for future study in the research on seismo-electromagnetic emissions. The preliminary results obtained show that the recently discovered electromagnetic emission phenomena prior to earthquake events are objective facts and may be prospective precursor applicable for short term earthquake prediction. Considering the complexity of the generation mechanisms, as well as the space coupling and the time variation processes of the seismo-electromagnetic emissions, we must deeply study the essential connection between the precursory emission phenomena and the seismogenic processes. Closely connect the field observations and theoretical research and try to comprehensively diagnose by correlating with other precursors. The Chinese version of this paper appeared in the Chinese edition ofActa Seismologica Sinica,13, 254–258, 1991.     

Airglow simulation based on the Atmospheric Ultraviolet Radiance Integrated Code of 2012

The Atmospheric Ultraviolet Radiance Integrated Code (AURIC) is a software package developed by Computational Physics, Inc. (CPI) under the sponsorship of the Air Force Phillips Laboratory/Geophysics Directorate (PL/GP) (currently the Air Force Research Laboratory) for middle and upper atmospheric radiance modeling from the far ultraviolet to the near infrared. The AURIC has been considered as a general model for the radiative transfer simulation of airglow. Based on the theory of MODerate resolution atmospheric TRANsmission (MODTRAN), the AURIC extends calculation to altitudes above 100 km and the wavelength down to 80 nm. A package of AURIC v1.2 was released in 2002, which can be used for single-point simulation from 1947 to 1999. It means that the model is not suitable for atmospheric simulation of large datasets or for atmospheric parameters retrieval from amount of satellite measurements. In this paper, AURIC v1.2 is upgraded to AURIC-2012 based on MATLAB with improvements for modules of the Geomagnetic Parameter (GEOPARM), Atmosphere neutral composition (ATOMS), and Ionospheric electron density (IONOS). The improved AURIC can be used for global automatic airglow simulation and also for automatic retrieval of atmospheric compositions from satellite global observations, such as O/N₂ and electron density etc. Besides, the model supplies possibilities for further improvement of airglow radiative mechanism and for substitution of other modules. Based on the AURIC-2012, Limb Column Emission Intensity (L-CEI) and Volume Emission Rate (VER) are calculated. For validation, the results were compared with measurements of the Global Ultraviolet Imager (GUVI) and TIMED Doppler Interferometer (TIDI), respectively. The averaged relative errors of L-CEI and VER at peak altitude are both within 20%. Finally, L-CEI varying with latitude, altitude, solar activity, and geomagnetic activity is simulated, and the distribution characteristics of the simulation and their influencing factors are analyzed subsequently.     

Methane Oxidation in the Water Column of Xiangxi Bay,Three Gorges Reservoir

Four field campaigns are carried out to quantify the methane (CH₄) oxidation rate in Xiangxi Bay (XXB) of the Three Gorges Reservoir (TGR), China. The water depth of the sampling site varied from 13 to 30 m resulting from the water level fluctuation of the TGR. The CH₄ oxidation rates are measured in situ as the decline of dissolved CH₄ concentration versus time in incubated, and those rates. The CH₄ oxidation rates range from 1.18 × 10^?3 to 3.69 × 10^?3 µmol L^?1 h^?1, with higher values and stronger variation during summer. A static floating chamber method is used to measure CH₄ emitted to the atmosphere resulting in an annual mean flux of 4.79 µmol m^?2 h^?1. The CH₄ emission rate is significantly negatively correlated with the water level. The results show that a large fraction of CH₄ is consumed in the water column with a range of 28.97–55.90 µmol m^?2 h^?1, accounting for ≈69–98% of the total CH₄ input into the water column, and more than 90% is consumed outside the summer, when the water level is lowest. Water depth, which is dominated by water level of the TGR, is a potentially important driver for CH₄ oxidation and atmospheric emission in the tributary bay.     

排烟方式对大空间建筑火灾空气升温的影响

为了考察烟气排放对大空间建筑火灾温度场的影响,利用FDS程序仿真模拟了火灾场景,系统分析了不同排烟系统对温度场的影响。结果表明：烟气排放对温度的影响较大,最大降温幅度可达原最高温度的50%左右;降温幅度与建筑高度有密切联系;当建筑高度小于12m时,按规范设计的自然排烟系统下的火场温度低于机械排烟的火场温度;当建筑高度达到或超过12m时,自然排烟系统下的火场温度将接近或高于机械排烟的火场温度。     

The ultra-low-frequency magnetic disturbances associated with earthquakes

The ultra-low-frequency (ULF) electromagnetic emission is recently recognized as one of the most promising candidates for short-term earthquake (EQ) prediction. This paper reviews previous convincing evidence on the presence of ULF emissions before three major EQs. Then, we present further statistical study on the ULF occurrence, our networks of ULF monitoring in different spatial scales in Japan and finally we present several signal processings to identify the seismogenic emissions by showing latest results for recent large EQs.     

湍流相干结构在中蒙中区一次沙尘暴起沙中的作用

起沙机制是沙尘暴天气研究中一个重要问题.本文基于中蒙中区一次沙尘暴天气过程,通过提取沙尘源地涡动相关数据中的湍流相干结构（Coherent structure,简称为CS）,研究了CS在起沙中的作用.结果发现：（1）起沙期间存在CS,其典型特征表现为上扬—下扫循环,即暖空气的辐合上升与冷空气的辐散下沉相伴;（2）起沙期间,CS具有频次高、持续时间短、间歇性适中、连发频繁、速度切变大、水平尺度远大于垂直尺度和尺度变化比较大的特点;（3）CS是重要的起沙机制,它可起动粒径在0.1~156 μm之间的各种沙粒,起动最多的是粒径低于8 μm的粉粒与粘粒,但CS不是唯一的起沙机制;（4）CS的上扬与下扫两过程均可引起起沙,区别在于前者通过暖空气的上升将沙粒向上空输送,后者则是将上空高速冷空气拖带下来引起地表沙粒的起动;（5）CS起沙分为单起式和连发配合式两种形式.单起式是单发CS产生的起沙形式,连发配合式是连发的CS产生的跃移—上扬的配合起沙形式.其中,连发配合式为主要形式;（6）下扫过程对起沙的贡献是上扬过程的1.8~15倍,上扬过程可将下扫过程中起动沙粒的1/3左右向上输送到空中;（7）一般情况下,CS对起沙具有稳定的贡献,其贡献率为51%,当临界起沙风速大于13 m·s^-1时,其贡献急剧降低.     

First results from ground-based daytime optical investigation of the development of the equatorial ionization anomaly

A meridional scanning OI 630.0-nm dayglow photometer was operated from Ahmedabad (17.2^°N dip lat.) scanning a region towards the south in the upper atmosphere extending over \sim5^° in latitude from 10.2^°N to 15.2^°N dip latitude. From the spatial and temporal variabilities of the dayglow intensity in the scanning region we show for the first time, evidence for the passage of the crest of the equatorial ionization anomaly (EIA) in the daytime by means of a ground-based optical technique. The relationship between the daytime eastward electric field over the dip equator in the same longitude zone as inferred from the equatorial electrojet strength and the evolutionary pattern of EIA is clearly demonstrated. The latter as inferred from the dayglow measurements is shown to be consistent with our present understanding of the electrodynamical processes in the equatorial region. The present results reveal the potential of this ground-based optical technique for the investigation of ionospheric/thermospheric phenomena with unprecedented spatial and temporal resolution.