中间层顶变化的SABER/TIMED卫星观测

本文利用TIMED卫星搭载的SABER探测仪对全球中间层顶信息进行了研究,包括中间层顶的高度、温度及其季节和纬度变化,并对双中间层顶现象进行了分析.中间层顶的温度约在160~180 K之间变化,高度在85~100 km内变化,温度和高度都是冬季高夏季低,有着较为一致的变化趋势.中间层顶高纬呈现显著年变化,而低纬和赤道呈现弱的半年变化,南北半球的中间层顶信息有着不对称性.高纬地区的双中间层顶现象十分显著,中间层顶一般会从100 km附近迅速降低至85 km附近.根据长时间范围内平均的结果显示,北半球的双中间层顶现象在20°N—30°N的中纬范围开始发生,证实了北半球双中间层顶现象不再仅限于极区和中高纬地区.而南半球则仍是在50°S才显著发生双中间层顶现象.我们统计了中高纬地区夏季所有的单个观测剖面并且与当年冬季的平均背景剖面相比较,数据显示,较低的夏季第二中间层顶高度绝大多数比冬季中间层顶低12~16 km.     

2003-2011年平流层顶抬升事件的SABER/TIMED观测

利用2003-2011年的SABER/TIMED温度数据观测发现,在2006年、2009年和2010年北半球高纬（70°N）的冬季（1-3月）发生了“平流层顶抬升”.在这3次事件中,1月末-2月初的~50 km和~80 km高度处分别出现了温度的极大值~260 K和~230 K,即平流层顶的高度突然由原来的50 km左右上升至80 km左右,这就是平流层顶抬升事件;随着时间的推移,抬升的平流层顶的高度逐渐下降直至恢复到原有位置,与此同时其温度由~230 K上升至~260 K.值得注意的是,虽然在极区的每年冬天都发生平流层突然增温事件,但是只在伴随着极涡分裂的平流层突然增温事件后出现平流层顶抬升.此外,在发生平流层顶抬升事件的冬季里,高纬的重力波活动在1月末-2月初的~80 km高度处突然增强,对应着平流层顶的抬升时间和高度;在2月份之后,重力波活动在75 km以下逐渐增强、在75 km以上逐渐减弱,同时抬升的平流层顶也不断下降.通过重力波活动与平流层顶抬升事件的相关性分析,表明重力波活动可能对平流层顶的抬升有重要影响.     

中间层与低热层二氧化碳体积混合比的年际变化特征研究

利用17年的SABER(Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry)Level2C数据研究了中间层与低热层大气(MLT, Mesosphere and Lower Thermosphere) CO₂ VMR(Volume Mixing Ratio)的年际变化特征.使用多元线性回归模型对双月平均时间序列拟合,定量地提取各变化特征.结果表明,SABER CO₂ VMR长期趋势在中间层保持在5.5%/decade左右,在中间层顶和低热层降低至4.5%/decade左右;结果与模式预测在统计意义上相符.长期趋势没有显著的纬度差异,但在各纬度上都具有明显的季节依赖,MLT CO₂ VMR长期趋势的季节性改变源自低层大气长期趋势季节性改变.SABER CO₂ VMR对QBO (Quasi-Biannual Oscillation)和ENSO (El Ni1o-Southern Oscillation)在绝大多数区域没有统计显著的响...     

卫星遥感东经120°子午圈MLT典型温度结构：中间层顶统计分析

利用2002~2006年期间SABER/TIMED温度数据综合考察了中心位于120°E,宽度为30°子午圈（东经120°子午圈）内中间层和低热层（MLT）大气的平均热力状态. 季节平均温度的分析结果说明该子午圈中平均温度与用相同数据集建立的纬圈平均温度之间表现出相当好的一致性,但是与国际参考大气CIRA-86温度之间则表现出显著的差异,而对MLT典型温度结构描述不同是导致70 km高度以上出现这种显著差异（20 K以上）的主要原因. 进一步利用逐日数据开展温度梯度诊断确定了中间层顶的位置和温度,在此基础开展考察的结果显示,在夏季,与极区中间层顶高度一致（83 km）的中间层顶稳定地伸展到中纬度（48°N）,而热带和赤道地区中间层顶稳定地维持在97 km高度,形成了“两台阶”中间层顶结构. 逐日分析结果还揭示了中纬度地区夏季中间层顶异常复杂的表现,结果表明在这里可以看到两种位于不同高度的中间层顶,第一种位于83 km并且伴随异常低温,而另一种位于约100 km高度. 虽然基于当前分析结果并利用过去用于解释极区中间层顶“两模态”的理论对有关问题进行了探讨,但是全面理解夏季中纬度中间层顶的复杂表现还有待更深入的研究.     

卫星遥感东经120°子午圈MLT典型温度结构：中间层顶统计分析

利用2002-2006年期间SABER／TIMED温度数据综合考察了中心位于120°E,宽度为30°子午圈（东经120°子午圈）内中间层和低热层（MLT）大气的平均热力状态．季节平均温度的分析结果说明该子午圈中平均温度与用相同数据集建立的纬圈平均温度之间表现出相当好的一致性,但是与国际参考大气CIRA-86温度之间则表现出显著的差异,而对MLT典型温度结构描述不同是导致70km高度以上出现这种显著差异（20K以上）的主要原因．进一步利用逐日数据开展温度梯度诊断确定了中间层顶的位置和温度,在此基础开展考察的结果显示,在夏季,与极区中间层顶高度一致（83km）的中间层顶稳定地伸展到中纬度（48°N）,而热带和赤道地区中间层顶稳定地维持在97km高度,形成了“两台阶”中间层顶结构．逐日分析结果还揭示了中纬度地区夏季中间层顶异常复杂的表现,结果表明在这里可以看到两种位于不同高度的中间层顶,第一种位于83km并且伴随异常低温,而另一种位于约100km高度．虽然基于当前分析结果并利用过去用于解释极区中间层顶“两模态”的理论对有关问题进行了探讨,但是全面理解夏季中纬度中间层顶的复杂表现还有待更深入的研究．     

GRACE卫星观测到的与汶川Ms8.0地震有关的重力变化

利用GRACE卫星重力资料,计算了中国大陆及周边的卫星重力时变场和地表密度变化分布,获取了具有代表性的点位区域的每月重力变化时间序列.同时获得了WUSH、LHAS、KUNM、LUZH站相对于区域参考框架的GPS位移时间序列.卫星重力观测结果显示喜马拉雅弧形带的重力在2004年苏门答腊M_w9.3地震后快速下降, 2006~2008年尤为明显,西域地块西北边界带上震后重力下降也较为显著;而沿青藏高原北至东边界2007年出现明显的重力上升沿构造边界的弧形分布,且2008年南北地震带中南段重力上升变化显著.这些苏门答腊地震后的重力变化趋势到汶川地震发生后才开始改变.GPS位移结果显示四个台站均记录到苏门答腊大地震的同震信号,震后WUSH、LHAS、KUNM站水平位移向量出现明显的运动趋势改变,且一直持续到2008年汶川M_s8.0地震的发生.GRACE卫星揭示的青藏高原及周边地表质量的变化为解释汶川地震的动力机制提供了新的观测途径和资料.本文结合区域构造运动的特点和GPS位移,对GRACE观测的时变重力场特征及汶川地震的动力机制进行了初步解释和讨论.     

北京MST雷达探测中间层-低热层观测结果初步分析

北京MST雷达是子午工程建设的国内仅有的两部MST雷达之一,为研究其在中间层-低热层MLT区域的探测能力以及数据可靠性,本文应用北京MST雷达2012、2013两年高模式数据,从数据获取率、与廊坊流星雷达测风对比以及风场时空分布特征三个方面进行初步分析.结果是:(1)数据获取率日变化特征为:白天65~100km均可获取数据,数据获取率的高值区主要集中在70~80km,最大值可达80%;夜间主要集中在80~100km,数据获取率在30%及以下.表明该MST雷达白天可以探测到电离层D层和E层低层,夜间D层消失,只探测到E层低层.季节变化特征为:夏季白天可获取数据的时间和高度区间都比较大,春季次之,冬季最小.夏季白天以及日落后1h内可探测到120km.(2)对北京MST雷达与廊坊流星雷达2012年5月份、80~100km高度区间测量的水平风进行对比分析,二者测风结果在时空分布上有很好的一致性,表明MST雷达探测数据是可靠的.(3)2012年和2013年相应月份平均的纬向风、经向风时空分布特征有较高的一致性,并与HWM07模式结果也基本一致.上述初步分析结果表明,北京MST雷达对中间层-低热层60~120km高度区域已具备较强的探测能力,所得结果将可用于MLT过程揭示与驱动因子研究,并可与该高度上其他探测手段作综合研究.     

f0F2 半年变化的特征和一种可能机制

利用东亚和澳大利亚扇区不同地磁纬度台站和两个极区台站1974-1986 年电离层垂直探测数据, 分析了f₀F₂ 半年变化的主要特征. 提出了产生f₀F₂ 半年变化的一种新的物理机制: 低热层日潮的半年变化, 引起赤道电急流幅度的半年变化, 通过 喷泉效应! 使得赤道电离层异常幅度产生半年变化, 从而形成f₀F₂ 的半年变化.     

利用掩星数据研究全球对流层顶断裂带变化

应用掩星数据研究全球对流层顶断裂带的变化.介绍了温度递减率定义下的对流层顶的判别原理和算法,并且把由掩星数据判别的对流层顶与探空仪数据获得的对流层顶作比对,验证掩星对流层顶数据的可靠性.进一步给出了通过生成的对流层顶数据获得对流层顶断裂带的原理和算法.选用2006年7月到2008年12月COSMIC掩星数据,分析了南北...     

卫星捕捉到的四川大地震时的地壳变化

2006年1月26日,发射了期待已久的地球观测卫星"大地".这个卫星搭载3个感应器,可到处观测地球表面,几乎全域.其中之一,合成孔径雷达PALSAR将电波发向地球,地表面接收弹回的电波.使用合成孔径雷达干涉法(InSAR),分析电波数据,即可得到观察到的地球表面的起伏和状态的信息.     

Global structure and seasonal variations of the migrating 6-h tide observed by SABER/TIMED

Ten years of SABER/TIMED temperature data are used to analyze the global structure and seasonal variations of the migrating 6-h tide from the stratosphere to the lower thermosphere. The amplitudes of the migrating 6-h tide increase with altitudes. In the stratosphere, the migrating 6-h tide peaks around 35°N/S. The climatologically annual mean of the migrating 6-h tide clearly shows the manifestation of the(4, 6) Hough mode between 70 and 90 km that peaks at the equator and near 35°N/S. Above 90 km, the 6-h tide shows more than one Hough mode with the(4, 6) mode being the dominant one. The migrating 6-h tide is stronger in the southern hemisphere. Annual, semiannual, 4-, and 3-month oscillations are the four dominant seasonal variations of the tidal amplitude. In the stratosphere and stratopause, the spring enhancement of the 6-h tide at middle latitudes is the most conspicuous feature. From the mesosphere to the lower thermosphere, the tidal amplitude at low latitudes is gradually in the scale of that at middle latitudes and exhibits different temporal variations at different altitudes and latitudes. Both ozone heating in the stratosphere and the background atmosphere probably affect the generation and the seasonal variations of the migrating 6-h tide. In addition, the non-linear interaction between different tidal harmonics is another possible mechanism.     

Possible modulation of migrating diurnal tide by latitudinal gradient of zonal wind observed by SABER/TIMED

Temperature data from SABER/TIMED and Empirical Orthogonal Function(EOF) analysis are taken to examine possible modulations of the temperature migrating diurnal tide(DW1) by latitudinal gradients of zonal mean zonal wind(■). The result shows that z increases with altitudes and displays clearly seasonal and interannual variability. In the upper mesosphere and lower thermosphere(MLT), at the latitudes between 20°N and 20°S, when ■ strengthens(weakens) at equinoxes(solstices) the DW1 amplitude increases(decreases) simultaneously. Stronger maximum in March-April equinox occurs in both z and the DW1 amplitude. Besides, a quasi-biennial oscillation of DW1 is also found to be synchronous with ■. The resembling spatial-temporal features suggest that ■ in the upper tropic MLT probably plays an important role in modulating semiannual, annual, and quasi-biennial oscillations in DW1 at the same latitude and altitude. In addition, ■ in the mesosphere possibly affects the propagation of DW1 and produces SAO of DW1 in the lower thermosphere. Thus, SAO of DW1 in the upper MLT may be a combined effect of ■ both in the mesosphere and in the upper MLT, which models studies should determine in the future.     

Application of tomographic inversion in studying airglow in the mesopause region

It is pointed out that observations of periodic nightglow structures give excellent information on atmospheric gravity waves in the mesosphere and lower thermosphere. The periods, the horizontal wavelengths and the phase speeds of the waves can be determined from airglow images and, using several cameras, the approximate altitude of the luminous layer can also be determined by triangulation. In this paper the possibility of applying tomographic methods for reconstructing the airglow structures is investigated using numerical simulations. A ground-based chain of cameras is assumed, two-dimensional airglow models in the vertical plane above the chain are constructed, and simulated data are calculated by integrating the models along a great number of rays with different elevation angles for each camera. After addition of random noise, these data are then inverted to obtain reconstructions of the models. A tomographic analysis package originally designed for satellite radiotomography is used in the inversion. The package is based on a formulation of stochastic inversion which allows the input of a priori information to the solver in terms of regularization variances. The reconstruction is carried out in two stages. In the first inversion, constant regularization variances are used within a wide altitude range. The results are used in determining the approximate altitude range of the airglow structures. Then, in the second inversion, constant non-zero regularization variances are used inside this region and zero variances outside it. With this method reliable reconstructions of the models are obtained. The number of cameras as well as their separations are varied in order to find out the limitations of the method.     

COSMIC大气掩星与SABER/TIMED探测温度数据比较

本文利用2009年1月—2011年12月共3年的COSMIC大气掩星观测数据与SABER/TIMED探测数据开展15~60 km大气温度数据的比较分析研究,计算COSMIC与SABER/TIMED探测温度的绝对偏差(TSABER-TCOSMIC),并统计其平均温度偏差和标准偏差,分析温度偏差随高度、纬度和季节的分布特征,为COSMIC大气掩星与SABER/TIMED探测数据的应用提供更多的参考依据.结果表明:COSMIC与SABER/TIMED数据所反映的温度随高度的变化特征是一致的,数据的大体趋势吻合较好.全球范围的平均温度偏差在38 km左右接近于0 K,在38 km以上,平均温度偏差表现为负的系统性偏差,且随着高度逐渐增大,在38 km以下,平均温度偏差表现为正的系统性偏差,在23 km左右存在极大值,约为2.7 K.COSMIC与SABER/TIMED温度偏差的分布存在着随纬度和季节的变化特征,35 km以下,平均温度偏差在高纬地区和冬季较小,低纬地区和夏季较大,35 km以上,平均温度偏差在高纬地区和冬季较大,低纬地区和夏季较小.温度偏差的标准偏差在低纬地区和夏季较小,高纬地区和冬季较大.纬圈平均的温度偏差在南北半球的分布基本呈对称结构.     

昌平台Sacks体应变仪观测曲线年变现象成因研究

本文系统地研究了北京昌平台Sacks体应变仪观测曲线年动态变化的基本规律，结合井水位、抽水和降雨等实际观测资料，分析后认为，台站附近农田机井季节性抽水和地下水的自然补给是造成体应变年变现象的根本原因，并探讨了体应变与井水位的定量关系和物理机制，同时对地震预测中所关心的“破年变”问题也进行了探讨。     

不同卫星轨道高度对地壳磁场反演的影响研究

利用最新的波茨坦地磁场球谐模型（Potsdam Magnetic Model of the Earth,POMME）进行仿真实验,分别模拟出不同卫星轨道高度下的磁测数据.根据仿真的观测数据反演地壳磁场的高斯球谐系数,对反演结果进行对比和分析,总结出卫星轨道高度对反演结果的影响.针对CHAMP卫星实测数据进行地壳磁场反演,由不同轨道高度磁测数据反演得到的磁场（Magnetic Field,MF）系列模型,验证卫星轨道高度对反演的影响,从而为磁测卫星系统设计论证指标中的卫星轨道高度设计提供一定的参考和指导.

     

Variation of the plasma turbulence in the central plasma sheet during substorm phases observed by the interball/tail satellite

Fluctuations of the plasma bulk velocity across the plasma sheet are studied using single-point measurements from the Corall instrument on board the Interball/Tail satellite. Several hour-long intervals of continuous data corresponding to quiet geomagnetic conditions and different phases of isolated substorms are analyzed. The plasma sheet flow appears to be strongly turbulent, i.e. dominated by fluctuations that are unpredictable. Corresponding eddy diffusion coefficients were obtained as a function of the autocorrelation time and rms velocity of the fluctuations. It was found that the amplitude of the turbulence and the values of eddy-diffusion coefficients increase significantly during substorm growth and expansion phases and they decrease to their initial level during the recovery phase. We also studied a relationship between the eddy-diffusion coefficients and the absolute value of the geomagnetic field, also measured by the Interball/Tail satellite. It was found that this relationship varies depending on the phase of substorm, indicating possible change in the turbulence regimen with substorm phase.     

天津王3井逸出氦气浓度变化特征分析

对天津王3井逸出氦气浓度日变化和年变化特征进行了分析,结果表明：①王3井逸出氦气浓度日变幅背景值在0.0012%—0.0036%之间,日变幅在冬季偏高;②在大多数观测日的10—18时左右,王3井逸出氦气浓度日变化曲线有“波谷”,但没有明显的“波峰”,但在部分观测日逸出氦气浓度日变化曲线的“波谷”却不明显,王3井逸出氦气浓度日变化形态不属于“固体潮”型;③王3井逸出氦气浓度年变化曲线呈上升的“双峰双谷”似“潮汐”形态,一般在6月、12月左右出现“波峰”,3月、9月左右出现“波谷”,相比较而言,“波峰”更显著。通过对井孔所在地的地质构造、大气温度、降水、同井孔水位、周边地热资源开采等因素的分析,笔者认为王3井逸出氦气浓度的变化基本不受大气温度、降水和同井孔水位变化的影响,主要与井孔所在地的断层活动性和周边地热资源的开采有关。