Progress in polar upper atmospheric physics research in China

The Chinese Antarctic Great Wall, Zhongshan, Kunlun and Arctic Yellow River stations have unique geographical locations, well suited to carry out polar upper atmospheric observations. This paper reviews the tremendous history of nearly 30 years of Chinese polar expeditions and major progress in polar upper atmospheric physics research. This includes the polar upper atmospheric physics conjugate observation system at Zhongshan Station in the Antarctic and Yellow River Station in the Arctic, and original research achievements in polar ionospheric fields, aurora and particle precipitation, the polar current system, polar plasma convection, geomagnetic pulsations and space plasma waves, inter-hemispheric comparisons of the space environment, space weather in polar regions, power spectrum of the incoherent scatter radar, ionospheric heating experiments and polar meso- spheric summer echoes, polar ionosphere-magnetosphere numerical simulation and others. Finally, prospects for Chinese polar upper atmospheric physics research are outlined.     

MODIS极区遥感应用研究进展

卫星遥感技术在极地区域的应用日益广泛,中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,即MODIS)则是遥感领域的重要卫星传感器之一。MODIS传感器,包括它的搭载平台、系统构成、硬件特征、波段范围及一般性应用都在文章中进行了全面性地描述。着重介绍了MODIS在极区遥感应用研究的进展,具体阐述了MODIS在极区地貌、极区大气和极区海洋方面的应用。在每个方面都列举分析了国内外的相关研究实例,充分说明了MODIS在极地区域的广泛应用现状。     

基于"嫦娥一号"激光测高数据的月球极区光照条件研究

月球极区光照模型为研究月球车着陆点选择和水冰存在的探测提供了依据.利用"嫦娥一号"探月卫星获取的激光测高数据,得到了全月面高精度的数字高程模型(DEM),特别是在月球两极地区,地形细节清晰可见,为极区光照模型的建立提供了精确的数据基础.本文通过由测高数据建立的DEM和月球轨道参数相结合,采用地形最大高度角法,对月球极区的光照条件及其应用进行了研究和分析.光照率的计算周期为19年,考虑了黄道和白道交点进动的影响(18.6年).计算结果表明:(1)未发现有持续光照区;(2)有长久阴影区存在;(3)在南极或北极的夏季,撞击坑边沿高地处可以享受到连续的光照;(4)Shackleton撞击坑可以作为月球车着陆的首选目标之一.     

利用GPS对磁暴期间极区TEC变化与极区碎片（Polar Patches）的研究

利用2004年11月6～10日磁暴发生期间南极区域内的中国中山站GPS常年跟踪站（ZHON）和国际GPS服务站（CAS1, MCM4, SYOG, MAW1）的GPS观测数据,计算了可观测卫星传播路径上的TEC和ROT值,进而依据TEC的波动频率和幅度推估出极区碎片的个数,分析了极区磁暴期间电离层响应及其极区碎片特性. 最终所得TEC和ROT结果与极区地磁场Dst和Kp指数信息相吻合,如实地反映了磁暴事件和极区碎片的出现. 本文所做工作在国内尚未开展,因此所用方法和结论为将来这一方向的研究提供了一定的参考.     

极区海洋锚碇测流系统的设计和布放

中国第二次北极科学考察期间,在白令海峡和北冰洋楚科奇海布放了一套潜标和两套明标,这是我国首次在极区布放锚碇观测系统。潜标和明标在本次考察结束前被成功回收,获得了最长为45 d的连续观测资料。文中通过介绍这次布放过程,对极区锚碇系统的相关技术问题进行了讨论,包括观测站位和层次的选择,锚碇系统的设计,布放步骤等,为在海冰存在的低温海域布放锚碇系统提供参考。     

高纬电离层气候学特征研究——EISCAT雷达观测及与IRI模式的比较

利用1988～1999年欧洲非相干散射EISCAT（European Incoherent Scatter）雷达观测数据,对不同太阳活动周相、不同季节的极光椭圆区电离层F区电子密度进行统计分析,研究其气候学特征,并与IRI-2001模式比较.EISCAT观测到的电子密度显示出显著的太阳活动高年“冬季异常”和太阳活动低年半年变化等现象.EISCAT实测电子密度随时间和高度的平均二维分布和500 km高度以下总电子含量TEC,从总体来看与IRI-2001模式预测结果符合较好.但高年在TEC达到最大值前后,IRI-2001模式预测的电子密度高度剖面与EISCAT观测结果有显著差别：F2峰以上IRI-2001模式预测的电子密度过大,造成TEC明显高于雷达观测值.另外,在太阳活动下降相,EISCAT观测显示出明显的半年周期季节变化特征,但IRI-2001模式未能预测出此下降相季节变化.     

不同能谱沉降电子对极区电离层的影响

利用极区电离层自洽模型,考虑沉降电子引起的电离,计算了极区电离层的高度积分电导率和F层电子浓度,模拟了不同能谱分布的沉降电子对极区电离层的影响.研究发现不同能谱分布沉降电子对电离层电导率的影响不大,在能通量一定的情况下,平均能量是影响电导率大小的决定因素.而能谱对F层电子密度影响较大,随着平均能量的增加,能谱对电子浓度的影响越显著.在平均能量大于1 keV（甚至更低）时,修正的麦克斯韦分布谱能明显地增强F层电子浓度.     

中国极区高空大气物理学观测研究进展

中国南极长城站、中山站、昆仑站和北极黄河站有着独特的地理位置,非常适合于开展极区高空大气物理学的观测研究.回顾中国极地考察研究近30年历程,综述极区高空大气物理学研究方面取得的主要进展,他们是:在南极中山站和北极黄河站建立了国际先进的极区高空大气物理共轭观测系统,实现了极区空间环境的连续监测;在极区电离层、极光和粒子沉...     

极区ELDI随太阳活动的变化特征—— EISCAT/ESR雷达观测

利用1999—2011年EISCAT(EISCAT Tromsø UHF)和ESR(EISCAT Svalbard Radar)雷达的场向电子密度观测数据, 对比分析了两处雷达观测到的极区E层占优电离层ELDI (E-Layer Dominated Ionosphere)事件在太阳活动高、低年的统计特征。地面雷达观测表明, 太阳活动水平对极区ELDI发生率的空间分布影响显著: 在太阳活动高年, ELDI在EISCAT雷达处(极光椭圆区纬度)的发生率高于ESR雷达处(极尖/极隙区纬度); 在低年则恰好相反。夏季似乎不利于ELDI的发生, 且在该季节的变化特征不受太阳活动水平及空间位置变化的影响。两部雷达在太阳活动高年观测到ELDI的季节变化规律分别与低年期间的结果相一致: 在冬季和早春, ELDI的发生率较高, 其他季节发生率较低, 夏季尤其低。在ELDI事件期间, 两处雷达观测到事件的持续时间和电离层E层厚度随太阳活动水平的变化表现出明显差异: 高年事件的持续时间总体上比低年短, 低年观测到ELDI的厚度要小于高年结果; 然而N_mE/N_mF₂比值及H_mE却没有表现出明显依赖。     

南极中山站DPS-4电离层测高仪的中层夏季回波统计分析

The vertical temperature profiles of snow and sea ice have been measured in the Arctic during the 2nd Chinese National Arctic Research Expedition in 2003(CHINARE2003).The high-resolution temperature profile in snow is solved by one-dimensional heat transfer equation.The effective heat diffusivity,internal heat sources are identified.The internal heat source refers to the penetrated solar radiation which usually warms the lower part of the snow layer in summer.By temperature gradient analysis,the zero level can be clarified quantitatively as the boundary of the dry and wet snow.According to the in situ time series of vertical temperature profile,the time series of water content in snow is obtained based on an evaluation method of snow water content associated with the snow and ice physical parameters.The relationship of snow water content and snow temperature and temporal-spatial distribution of snow water content are presented