脉冲星导航发展概要

随着空间探测任务的纵向深度发展,基于地基设备和操作的现有导航模式无法胜任未来的任务需求,利用遥远宇宙中脉冲星辐射信号信息的脉冲星导航为深空飞行器的精密定轨开辟了新的发展方向.文章介绍了脉冲星成因及辐射机制,在分析现有通用导航模式特点及其在深空任务中的局限性的基础上,阐述X射线脉冲星自主导航原理,对脉冲星导航方法以及X射线探测器等关键技术的发展进行了介绍,最后,对射电脉冲星导航进行了初步探讨.     

基于探地雷达的植物根系探测研究进展

植物根系在植物的生长发育、生态系统功能以及碳循环过程中具有重要作用,需要了解根系的直径大小、生物量、空间分布和三维构造等参数.传统的植物根系的探测方法具有破坏性,费时费力,而探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)作为一种较新的地球物理方法,以其特有优势广泛应用于植物根系的探测.首先介绍了利用探地雷达探测植物根系的基本原理,然后对植物根系的制图、植物根径大小的估算、根系生物量的估算等几个方面的应用进展进行了综述,并从探地雷达系统、根系性质和土壤性质等不同角度探讨了影响探地雷达在植物根系探测中的主要因素,同时指出目前研究中的不足之处,今后的研究工作应侧重于探地雷达探测植物根系的作用机理及提高其在野外真实条件下的探测能力,以期为探地雷达在植物根系探测中应用的深入和推广提供思路.     

空间站与空间气象观测

一、引言自从1957年第一颗人造地球卫星发射成功之后,迄今已整整三十年了。三十年来,空间科学技术得到迅猛发展,对中、高层大气、近地空间环境、月球、太阳、行星、各种天体以至宇宙深空进行了大量的探测和研究,取得许多重大发现。卫星是一种具有极高实用价值的工具,民用以通信、气象卫星等为代表已进入业务化、系列化;军用以侦察、预警     

大气探测高技术及应用研究进展

大气探测技术是支撑大气科学,特别是大气物理和大气环境学科发展的重要基础,其主要任务是发展新的探测和试验手段、原理和方法,为认识大气运动以及大气中各种物理、化学、生物过程的基本规律及其与周围环境的相互作用提供技术手段和方法。除了充分利用国内外已有的成熟技术和产品对大气科学发展提供支持外,大气探测还存在一系列科学与技术问题需要研究和开发,这也是大气探测科学与高技术的前沿。本文从强对流和降水探测技术、雷电探测技术、云特性探测技术、臭氧和气溶胶等大气成分探测技术、地基GPS观测反演大气和海洋参数、大气与环境综合探测平台六个方面综述近五年来中国科学院大气物理研究所在地面大气探测高技术研发、实验观测及相关研究领域所取得的一些主要进展,并对未来发展进行展望。     

风云一号气象卫星——我国第一颗试验试用型气象卫星

本文简要介绍了我国首次发射的气象卫星(FY-1)的星体概貌,星载遥感探测器的类型及功能,以及该卫星提供的探测资料的种类和传输方式。     

GPS探测气象参数的技术进展

回顾了全球定位系统(GPS)探测气象参数(GPS/MET)的技术进展.全球定位系统探测气象参数利用GPS信号穿过大气受到大气折射而产生的延迟来探测大气中的温度、气压、水汽含量或湿度及电离层的电子浓度.就地基GPS/MET来看,GPS对中性大气层水汽的探测研究,主要集中在大气可降水量反演、水汽层析及GPS资料在数值预报模式中的应用等领域; GPS对电离层探测,主要应用于电离层变化的分析和研究,监测和预报电离层的危害方面.天基GPS/MET技术利用了导航卫星GPS星座和LEO小卫星在地球地平线边缘的上下相对运动,获取大气参数的垂直分布.GPS气象小卫星在太空飞行,探测范围大、频率高.两颗天基低轨GPS气象小卫星系统的高空资料收集能力就超过了现行全球高空气象探测能力的总和.天基GPS/MET掩星探测技术的业务实现将是全球高空大气探测技术发展的一次飞跃.GPS/MET的探测精度高、全天候、时间分辩率高、观测稳定、无需校正.可以预期, 这种新型的探测手段将是未来大气探测系统中重要的组成部分,随着GPS探测站网的建设和业务化,它所提供的数据源,将会对气象、环境、水文和空间天气等学科领域的研究产生深刻的影响.     

高性能机载云粒子成像仪研制及应用

机载云粒子成像仪是目前直接观测云中粒子谱分布和形状特征的关键设备,在云物理结构探测、遥感反演验证、数值模式云物理过程改进和人工影响天气等领域具有十分重要的作用。因此,针对现有进口仪器性能和应用方面的不足,开发更高性能的云粒子探测仪器十分必要。通过2011年启动的国家重大科学仪器设备开发专项—机载云粒子谱仪与成像仪研制项目,研制出国产高性能机载云粒子测量系统。经过多年的研制和反复测试,解决和显著改进了激光光束均匀化、弱信号探测、多路并行处理及微粒消衍射等关键技术,从而提高了探测器像元的光功率均匀性和一致性,使光斑区域内平均光功率密度提高约3倍,从而改进了粒子成像能力。采用更高分辨率国产光电线阵探测器,测量响应时间明显缩短,对小云粒子的探测能力明显提高。研制的仪器通过一系列基础参数测试、系统优化、环境适应性实验和累计60多架次的飞行测试。对2018年11月5日进行的两架次对比探测结果的初步分析表明,新研制的云粒子成像仪对小粒子浓度的测量精度较进口仪器提高一个量级左右,测量数据起伏更小,稳定性更高,并且可正确获得更清晰可靠的云粒子形态特征。      

不同机载设备观测的气象要素与飞行参数对比分析

为了了解机载探测不同数据源之间差异,检验飞机探测数据质量,结合新舟60增雨飞机2018年10月21日一次飞行案例,对该飞机平台和飞机任务系统不同机载设备对关键飞行参数与气象要素的观测对比分析。结果表明:飞机平台全球卫星定位系统(GPS)和任务系统北斗卫星导航系统(BDS)、机载综合气象测量系统(AIMMS-20)三套定位源的经度、纬度和海拔高度定位偏差较小,飞机气压高度表观测海拔高度则明显低于任务系统BDS和AIMMS-20。飞机平台大气数据系统(ADS)与任务系统AIMMS-20、云粒子图像探头(CIP)观测的真空速、环境气压、温度以及相对湿度各参数变化趋势一致。ADS与AIMMS-20真空速观测值非常接近,AIMMS-20对环境风速瞬时变化响应更灵敏,CIP探测真空速明显小于ADS和AIMMS-20,平均偏慢约10 m·s~(-1);AIMMS-20和CIP环境气压变化趋势完全一致,且观测值非常接近,ADS环境气温比AIMMS-20平均偏低1.4℃,偏低最大时观测存在明显逆温。CIP环境气温比AIMMS-20平均偏低0.6℃,环境湿度比AIMMS-20平均偏低8.6%。机上不同设备对环境与气象参数的观测差异,一方面因机载设备安装位置不同所致,另一方面也受大气与云结构不均匀的影响。飞机平台与任务系统不同设备观测对比分析,不仅为云物理机载探测数据合理应用提供指导,还能够为国家和地方人工影响天气飞机机载设备系统集成设计提供重要技术支持。     

将科学仪器设备自主创新摆在科技工作的突出位置

刘燕华在2007年3月2日《科技日报》撰文指出，科学仪器设备是科技创新和经济社会发展的基石和重要保障，一流的科学研究往往离不开一流的科学仪器。科学技术是第一生产力，科学仪器是科学技术发展的重要“工具”。科学仪器是保障经济发展、国家安全不可或缺的重要基础条件。[第一段]     

探测环境保护现状分析及对策

利用2007年探测环境评估数据资料,通过对南昌市气象局所属5个台站的探测环境现状分析发现,随着经济社会的发展、城镇化建设和其他基础设施建设发展步伐的加快,有些台站探测环境遭到破坏,气象探测环境保护面临巨大的压力和挑战.气象部门应从提高自我保护意识、加强气象法律法规宣传、加大部门沟通协作等方面加强探测环境保护工作.     

木星大气探测综述

我国计划在2030年发射木星探测飞船,相关工程技术、科学目标论证的前期准备工作已经开始。为了更好地规划我国木星探测的科学目标,我们在本文系统地总结了美欧在过去几十年所进行的历次木星探测项目及其大气探测成果。到目前为止,已成功发射的有关木星的探测飞船共有9次,其中7次为飞越探测（飞船在飞越木星时顺带进行了木星的探测）,另外2次为专门探测（专门为了探测木星而发射的飞船）,分别为伽利略号和朱诺号飞船。这些飞船携带了大量的探测仪器,对木星大气的动力、物理和化学性质,磁层、电离层和内部结构等进行了综合探测。我们在本文中将主要集中在木星大气探测方面,对7次飞越探测做简要的介绍,对两次专门的探测进行详细介绍,并对一部分尚未解决的科学问题进行简单讨论。     

基于VC++的PC机与Avantes光谱仪串口通信的实现与应用

针对荷兰Avantes公司因未开放光谱仪的串行通信口,不能适合工业上较长距离与PC机进行通信的弊端,提出了PC机与Avantes光谱仪串口通信的方案,包括通信部分硬件结构,通信协议的制定及Windows下VC++串口程序的实现,在此基础上,开发了光谱仪数据采集与波形实时显示系统.应用结果表明,该系统能稳定地运行,具有很强的实用性.     

地形云催化增雨试验研究进展

地形云作为最具有前景和可行的人工影响云系,受到人工影响天气工作者和研究人员的关注。本文分析了国内外地形云催化增雨野外科学试验的历史进程,总结了野外科学试验中取得的成果,梳理了在地形云催化增雨试验中需关注的几个关键科学问题,包括对地形云自然降水过程的分析、地形云系统中过冷水在云内的分布、山地云系的微物理过程演变特征及其与中尺度动力结构的关联,介绍了宁夏开展地形云野外科学试验的实践,提出了加快地形云催化野外科学试验,提高地形云云水资源开发利用的对策及建议。为解决中国西北地区干旱问题,推动黄河流域生态环境保护及高质量发展提供了一种思路。     

FY-3 IRAS水汽通道亮温正演精度改进方法

卫星大气探测仪器的正演模拟是卫星资料同化和定量遥感的基础, 同CO₂吸收通道相比, 目前红外水汽探测通道的亮温正演模拟误差较大。利用国际上通用的TIGR (thermodynamic initial guess retrieval database) 43廓线库作为训练样本, NESDIS (national environment satellite, data and information service) 35廓线库作为独立检验样本, 对水汽廓线按照整层大气水汽总量为阈值进行分组训练, 基于RTTOV (radiative transfer for TOVS) 模型训练获得风云三号气象卫星红外分光计的正演回归系数并模拟计算观测亮温。以0.045 kg·m-2作阈值进行分组训练为例, 结果表明:该方法可有效改进水汽通道亮温的正演精度, 特别是对低水汽含量廓线的模拟精度改进比较明显, 最大可达0.17 K。进一步分析表明:分组训练方法改进水汽通道辐射模拟精度的原因是提高了水汽光学厚度的计算精度。     

半干旱气候与环境综合观测站(SACOL)仪器通讯集成研究

兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)是国内第一个在高校建立的研究型气候与环境观测平台,拥有各类精密大气探测仪器.针对当前气候站仪器分散、数据格式多的特点,本文提出了大气探测仪器系统集成新思路,利用1台主控计算机完成对所有观测仪器的控制:(1)将已具有网络接口的观测系统(微脉冲激光雷达、大气质量监测系统)通过Hub连接至主控机,利用远程桌面完成对观测子系统的控制;(2)利用PCI总线,扩展主控计算机的串口数量,使TP-WVP3000和CE-318与主控机直接通信;(3)采用电流环技术,将MFR等观测仪器输出的RS232信号经过长线驱动器,能够达到最远2 000 m的通讯距离;(4)对具有美国Campbell数据采集器的近地层观测、辐射、土壤、通量等仪器,使用串口设备联网服务器将RS232信号转换成TCP数据格式,经以太网口发送至主控计算机,同时创建出与真实串口无区别的虚拟串口,不需要修改原有的基于COM通讯的Loggernet软件.本文方法以现代通信技术为基础,建立多种数字通讯传输方式,实现观测仪器集成式的自动化管理.     

2018年3月4日强对流过程多源资料分析

本文针对2018年3月4日苏州地区冬末春初的一次强对流天气过程,运用S波段多普勒雷达、C波段双偏振雷达、闪电定位仪和雨滴谱仪等资料对强对流天气中尺度特征进行分析,发现综合分析各种新型探测资料对于分类强对流监测预警有一定作用。分析表明:(1)冬末春初强对流发生的各种阈值与汛期强对流形成的阈值明显不同,虽然不稳定能量没有春夏高,但在动力条件下触发低层冷空气强烈抬升暖湿气流,继而引发局地冰雹、下击暴流和短时强降水的发生。(2)双偏振雷达可以有效识别强冰雹;下击暴流发生时反射率因子质心和VIL快速下降,低层风场为辐散及中层有径向辐合特征存在。(3)昆山短时强降水发生时雨滴数密度有突然增大特征。     

乌鲁木齐河流域普通民众对冰冻圈变化的感知及适应性对策选择

基于乌鲁木齐河流域普通民众对气候变化及冰冻圈变化感知情况的问卷调查,结合有关监测研究结果,分析了普通民众对流域气候变化及冰冻圈变化的感知情况,探讨了环境变化对流域水资源和农业生产的可能影响.普通民众对气候变化和冰冻圈变化的感知基本与科学监测事实相符.对气候变化和冰冻圈变化条件下普通民众对水资源紧缺的适应措施的分析发现:...     

地空基GPS探测应用研究进展

GPS大气探测(GPS气象学)目前已成为国际GPS应用的热点问题，可分为地基和空基应用两个方向。目前，地基的研究和应用技术已基本成熟，并从技术研究走向业务应用；在空基探测方面，国际上很多国家和地区都实施并发射了GPS应用气象小卫星，美国国家极轨环境卫星(NPOES)和欧盟极轨气象卫星系列(METOP)也都将搭载星载的GPS接收机，用于对地的掩星探测。GPS气象学已成为卫星气象学的一部分，它所获得的稳定的覆盖全球的对流层和平流层温度、气压、水汽和空间电子浓度的廓线资料，对气象预报、气候变化和空间天气的研究业务应用具有重要的应用价值。     

南京冬季平流雾微物理结构观测研究

利用Vaisala系留气球低空探测系统、自动气象站和雾滴谱光谱探测仪（FM100）等,对2006年12月24—27日南京市区及其周边地区出现的罕见浓雾过程进行了综合探测。结果表明,此次雾过程属于典型的平流雾,雾的发展及消亡过程主要受冷暖平流的影响。此次雾过程可分为生成、发展、维持和消亡阶段,期间的平均数密度为123.58-661.24个.cm^-3,平均直径为3.12-7.33μm,平均含水量为0.016-0.137 g.m^-3,最大直径为20.28-50.00μm。在生成发展阶段,雾滴谱逐渐上抬、拓宽,谱型由单峰逐步向双峰、三峰转化。单峰峰值直径为2μm,双峰2μm、16μm;三峰期间分别为2μm、16μm和23μm。在维持阶段,滴谱存在周期性振荡。雾滴谱的演变具有明显的日变化特征。