地球弓激波的旋转非对称性

通过对太阳风-磁层-电离层系统的全球MHD模拟,研究地球弓激波相对日地连线的旋转非对称性．模拟限于太阳风速度沿日地连线、地球磁偶极矩和行星际磁场（IMF）与日地连线垂直的简单情况．模拟结果表明,即便对于IMF强度为零的情况,弓激波相对日地连线也不具备旋转对称性质：终端面（晨昏子午面）及其向阳侧的弓激波截线的东西宽度大于南北宽度（约9%~11％）,终端面尾侧的弓激波截线东西宽度小于南北宽度（约8％）．在存在IMF的情况下,弓激波的位形同时受到磁层顶的形状和快磁声波速度各向异性的影响．磁层顶向外扩张并沿IMF方向拉伸,且其扩张和拉伸程度随IMF由北转南而增强．在磁鞘中,垂直于磁场方向的快磁声波速度高于平行方向．因此,磁层顶拉伸方向与快磁声波速度最大方向垂直,它们对弓激波位置的效应恰好相反;弓激波的最终形状取决于何种效应占据主导地位．对于终端面尾侧,快磁声波速度的各向异性起主导作用,弓激波截线沿IMF垂直方向的宽度大于平行方向．对于终端面及其向阳侧,弓激波截线的形状与IMF取向有关：在准北向或晨昏向IMF情况下,弓激波截线沿IMF垂直方向的宽度仍大于平行方向;在准南向IMF情况下,弓激波截线沿IMF垂直方向的宽度小于平行方向的．鉴于弓激波形状同IMF取向之间的密切关系,我们提议以IMF为基准方向,提取弓激波截线的平行半宽度R_b∥和垂直半宽度R_b⊥作为尺度参数．这些尺度参数和通常引入的弓激波截线的东西半宽度y_b和南北半宽度z_b相比,更为合理地表征了弓激波的几何性质．模拟结果表明,在终端面上,y_b/z_b和R_b∥/R_b⊥在IMF各向同性取向下的统计平均值均低于1,与观测得到的结论一致.     

地球弓激波前的低频磁流体波

一、引言 在地球弓激波前存在着低频磁流体波。这种低频磁流体波是太阳风在地球弓激波上的反射粒子和太阳风粒子之间相互作用产生的。根据人造卫星的观测资料可以得到,在地球弓激波前,Pc3—4脉动频率范围内的低频磁流体波的主频率和行星际磁场强度     

地球弓激波前的低频磁流体波

一、引言 在地球弓激波前存在着低频磁流体波。这种低频磁流体波是太阳风在地球弓激波上的反射粒子和太阳风粒子之间相互作用产生的。根据人造卫星的观测资料可以得到,在地球弓激波前,Pc3-4脉动频率范围内的低频磁流体波的主频率和行星际磁场强度     

基于大倾角卫星轨道跟踪数据的月球重力场模型仿真解算

本文针对已有月球探测任务主要为极轨的特点,仿真分析了大倾角轨道卫星跟踪数据在月球重力场解算中的贡献.文中针对极轨道、77°倾角和极轨道结合77°倾角轨道三种情况各三个月的轨道跟踪数据进行了月球重力场模型仿真解算,通过重力场功率谱、基于解算模型位系数协方差矩阵的重力异常及月球大地水准面误差以及精密定轨等手段对解算模型进行了精度评价.结果表明结合大倾角的轨道可以较为明显地改进月球重力场模型的计算精度.     

火星弓激波的基本特征与位形模型

由于火星没有内禀磁场,太阳风可以直接与火星大气和电离层相互作用,并在火星上游形成弓激波.?过去几十年,利用弗伯斯2号(Phobos?2)、火星环球探测者号(MGS)、火星大气与挥发物演化(MAVEN)等探测器对火星空间磁场和等离子体的探测,研究人员对火星弓激波的基本特征、影响火星弓激波位形的主要因素开展了大量研究和探索...     

基于嫦娥一号卫星激光测高数据的月球数字高程模型

利用嫦娥一号激光高度计获取的800多万个有效记录点科学数据,描述了一种基于Kriging插值方法来生成空间分辨率为0.25°×0.25°全月球均匀网格的数字高程模型.即对激光高度计科学数据进行加权插值,通过引进以距离为自变量的变差函数来计算权值.因变差函数既可以反映激光测高数据的空间结构特性,又可以反应激光测高数据的随机分布特性,故采用Kriging方法插值可以得到较理想的月球高程模型.同时,基于生成的全月球数字高程模型得到了月球的汉麦尔投影、麦卡托投影、正面、反面、南极、北极等月球地形图.该模型也与国际上的月球模型Clementine、ULCN2005与CLTM-s01进行了对比.由于嫦娥一号激光测高数据达800多万个记录点,得到的月球数字高程模型的精度更高.     

基于多轨道卫星观测数据分析尼泊尔地震长波辐射特征

综合已经在红外异常提取中应用的涡度和RST（Robust Satellite Technique）算法优点,提出了红外异常指数算法.并基于长时间尺度的中国静止卫星FY-2D和美国极轨卫星NOAA长波辐射数据,应用RST和异常指数算法,分别对2015年4月25日尼泊尔M_S8.1和5月12日M_S7.5地震前后卫星长波辐射变化特征进行了分析,开展了多轨道、多时空分辨率长波辐射同步地震热红外特征研究.结果表明,运用RST算法,两次地震前后,未能在震中周围发现明显的长波辐射异常.运用异常指数算法：（1）对于NOAA卫星,4月15日在M_S8.1地震震中以西出现热红外异常,到4月24日震中以西约100 km处出现异常最大值,随后逐渐消失.5月10日在M_S7.5地震震中以东约200 km发现异常;（2）在NOAA卫星长波辐射异常发现最大值当日,采用FY-2D卫星每3 h的数据分析可发现红外异常的动态演化过程,弥补NOAA卫星分辨率不足.以上结果为利用多轨道卫星监测地震热辐射变化提供了依据.

     

根据宇宙线Forbush下降计算地球轨道附近的耀斑击波

本文根据Forbush下降幅度随源耀斑经度分布的东、西不对称性,得到了有关地球轨道附近的一种由耀斑引起的冲击波模型。发现冲击波各向异性传播且表现出东、西不对称性。击波西部是强磁场区,东部为弱磁场区。与此相反,动力学参数和等离子体参数β则是东部比西部高。耀斑产生的扰动有分别向东、西方向的方位角速度存在。该模型同观测资料和理论推论是一致的。它能对磁扰和宇宙线Forbush下降等东、西不对称效应给出统一而自然的解释。耀斑等离子体流的这种东、西不对称性流动的可能起因也作了讨论。     

根据宇宙线Forbush下降计算地球轨道附近的耀斑击波

本文根据Forbush下降幅度随源耀斑经度分布的东、西不对称性,得到了有关地球轨道附近的一种由耀斑引起的冲击波模型。发现冲击波各向异性传播且表现出东、西不对称性。击波西部是强磁场区,东部为弱磁场区。与此相反,动力学参数和等离子体参数β则是东部比西部高。耀斑产生的扰动有分别向东、西方向的方位角速度存在。该模型同观测资料和理论推论是一致的。它能对磁扰和宇宙线Forbush下降等东、西不对称效应给出统一而自然的解释。耀斑等离子体流的这种东、西不对称性流动的可能起因也作了讨论。     

基于Collocation积分法的LEO卫星轨道预报研究

低轨卫星轨道的高精度预报是一个非常重要而又棘手的问题.本文提出利用高精度离散的低轨卫星位置序列,采用Collocation积分法,通过动力学拟合,实现低轨卫星高精度短期预报的方法.该方法可以直接计算积分区间内任意时刻卫星的位置、速度及加速度.通过HY-2A及JASON-2卫星的精密星历数据,验证了该方法的效果.结果表明:HY-2A及JASON-2卫星的4 h弧长预报轨道3D RMS小于3 dm;预报12 h、24 h及48 h弧长轨道,其3D RMS分别小于2.3 m、4.3 m及8.6 m.     

基于GRACE卫星重力数据确定地球重力场模型WHU-GM-05

基于卫星轨道运动的能量积分方程,可导出利用卫星跟踪卫星数据求解地球重力场的实用公式.本文在Jekeli给出的公式基础上导出了基于能量守恒方程利用两颗低-低卫星跟踪的扰动位差求解重力位系数的严密关系式.基于两颗GRACE卫星的观测数据,采用本文导出的严密能量积分方法求解得到120阶的GRACE地球重力场模型,命名为WHU-GM-05;将WHU-GM-05模型与国际上同类重力场模型EIGEN-GRACE系列和GGM02S分别在阶方差和大地水准面高等方面作了比较,并与美国和中国的部分地区GPS水准观测值进行了精度分析.结果表明基于本文推导的严密双星能量守恒方程得到的WHU-GM-05重力场模型精度与国际上同类重力场模型的精度相当.     

地球同步轨道附近哨声湍流对“种子电子”的加速

本文在等离子体准线性理论下研究了地球同步轨道附近哨声湍流对亚暴“种子电子”的波-电子共振相互作用. 当发生这种共振时，“种子电子”的动量分布函数经动量扩散而随时间演化，部分低能电子数减少了，而高能尾部分的相对论电子（能量大于1MeV）数增加了，说明“种子电子”得到了哨声湍流的有效加速，且哨声湍流的能量越高，其加速效率越高. 另外，哨声湍流的频率越低（或波数越小），共振电子的能量越高（或单位质量的动量越大）；频率范围越宽，共振电子的能量范围越宽，被加速的电子数也越多. 磁层哨声湍流加速“种子电子” 大约在30h内就可以造成相对论电子数显著增加，这正好和大多数磁暴期间观测到的相对论电子通量的增长时间相当.     

基于卫星轨道扰动理论的重力反演算法

为了更充分利用低轨重力卫星的高精度观测数据,根据卫星轨道的扰动理论,导出了应用卫星轨道与星间距离观测值联合反演地球重力场模型的算法.该算法的实质是将牛顿运动方程在卫星轨道处进行展开,转化为第二类Volterra积分方程,并采用基于移动窗口的9次多项式内插公式进行数值求解.给出了该算法的观测方程,用QR分解法消去局部参数矩阵,最后采用预条件共轭梯度法求解法方程.利用GRACE卫星2008-01-01~2008-08-01时间段内的轨道及星间距离观测数据,解算了120阶次的地球重力场模型SWJTU-GRACE01S,该模型在120阶处的阶方差为1.58×10-8,大地水准面差距累计误差为22.29 cm,与美国GPS水准网比较的标准差为0.793 m,结果表明:SWJTU-GRACE01S模型精度介于EIGEN-GRACE01S与EIGEN-GRACE02S模型之间,从而验证了该算法的有效性.     

基于能量衰减法利用CHAMP卫星精密轨道数据反演热层大气密度

利用CHAMP卫星精密轨道数据,使用新的反演方法,即能量衰减法反演了热层大气密度,并将反演结果与加速度计数据反演的大气密度以及经验模式结果对比.主要结论如下:(1)利用卫星精密轨道数据,可以使用能量衰减法反演热层大气密度,其反演结果与半长轴衰减法一致;(2)反演密度的时间间隔与反演精度相关.对于CHAMP卫星,采用20min左右的积分时间较为合适;(3)应用能量衰减法反演密度,可同时对加速度计数据进行标定;(4)使用精密轨道数据反演密度精度与卫星高度、地方时等相关.     

基于卫星数据和NRLMSISE-00模型的低轨道大气密度预报修正方法

NRLMSISE-00大气模型广泛应用于航天器定轨和预测等方面,但存在着较大的误差,尤其是在短期变化方面.为了提高低轨道大气密度短期预报的精度,我们提出了一种基于实测数据对NRLMSISE-00大气模型密度结果进行修正预报的方法:利用GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)和CHAMP(Challenging Mini-Satellite Payload)卫星2002—2008年大气密度探测数据对NRLMSISE-00模型进行误差分析,获得模型的修正因子,再对模型的大气密度结果进行修正.采用该修正方法对GRACE-A和CHAMP卫星轨道上的大气密度进行3天短期预报试验验证,结果表明可显著提高大气密度的预报精度,在太阳活动低年,修正后的大气密度预报误差比NRLMSISE-00模型误差降低50%以上.     

利用卫星长波长地球物理位场对东亚地区深部结构的研究

有研究表明从中国北部经黄海、朝鲜半岛、日本海至日本本州岛存在一个大型断裂带,被称为“北纬40°断裂带”.为了验证该断裂带的存在性,本文通过GRACE和CHAMP卫星的位场数据中的大尺度区域重力和磁力异常来研究该区的大型构造特征.区域性研究范围为24°N~56°N,90°E~150°E,详细研究范围为32°N~42°N,122°E~132°E.2008年Taylor等利用CHAMP卫星2005年6月至12月收集的轨道数据,从测量数据中消除地核和外部产生磁场效应,经化磁极之后得到磁异常图,从中来追踪构造特征,并根据地质和地球物理资料建立了数学模型来进行解释.本文在此基础上,增加了GRACE卫星2003年10月份测量的重力异常场数据.实测差分位场数据利用高斯-勒让德求积法转换为垂向重力异常值,通过减去最新地球重力场模型（EGM96）的场值来去除波长超过1100 km的长波长异常,所得的重力异常数据和磁场数据进行比较.为了能从中得到研究区的共同构造特征,建立一个球面棱柱模型进行正演模拟、并进行重、磁异常场的波数相关性分析.研究发现在重、磁异常中均发现一个呈负相关的纬向构造特征,东亚地区“北纬40°断裂带”横穿了整个朝鲜半岛.     

太阳风在地球激波前兆区减速的统计研究

本文首次利用完全相同两颗卫星（CLUSTER C1和C3）的数据对地球激波前兆区太阳风的减速和偏转特性进行了统计研究.结果表明,在激波前兆坐标系中,太阳风减小的速度随观测点到激波的距离D_BS增大而减小,随行星际磁场与激波法向夹角θ_BN增大也减小,在ULF波动区深度D_WS小于6R_e(R_e为地球半径)的范围内最为显著;伴随着太阳风减速的另外一个现象——太阳风的偏转,也存在相似的规律.其最大减速和最大偏转角度分别为10 km/s和3°.太阳风减速和偏转,以及随之变化的太阳风动压,可能会引起地球磁层顶位置和形状发生改变,同时也为激波前兆区弥散（diffuse）离子的起源及加热提供了一种可能的机制.     

应用LP165P模型分析月球重力场特征及其对绕月卫星轨道的影响

通过现有的最新月球重力场模型LP165P和GLGM-2模型对月球重力场的特征进行了分析,计算了相应重力场的阶方差,给出了两种模型在月球外部空间不同高度上的重力异常分布图,分析比较了截断至不同阶次的月球重力场模型在不同高度上所反映的月球重力场的特征和差异.此外,利用GSFC/NASA/USA的GEODYNⅡ轨道分析软件模拟计算了不同高度处卫星的轨道变化,得出了在进行一定高度的轨道计算时,可以对重力场模型进行适当截断的结论.     

基于GRAIL重力数据的月球深部断裂识别和空间分布研究

月球深部断裂是研究月球早期应力场演化和动力机制的一类重要构造.本文基于GRAIL月球重力数据计算了全月布格重力梯度,在此基础上对月球深部断裂进行了全球绘制,共识别月球深部断裂226条.计算了断裂的长度和走向等基本参数,断裂总长度达到37137 km,平均长度为164 km.统计月球深部断裂在不同范围内的分布情况,发现多数断裂分布在月球的中低纬度地区,且北半球的断裂多于南半球.此外,大型月海集中区所在的纬向带断裂分布最多,断裂经向分布最多的区域为风暴洋的西侧.从全球尺度和不同经纬度带绘制断裂走向玫瑰花图,总体上月球全球尺度上的深部断裂表现出NE-SW和NW-SE的优势走向,不同经度带断裂的优势走向变化不明显,但在纬度带上有显著的变化.南北半球的中纬度带和高纬度带具有相同的优势走向,分别为NE-SW和NW-SE、E-W,在低纬度带的优势走向有所差异,分别是南半球的NE-SW和NW-SE以及北半球的N-S.