环球大气电路—— 一个充满奥秘的迷

本文将介绍环球大气电路．首先介绍大气中的离子，晴天大气电场，晴天大气电流等概念．进而引入电荷再生机制——雷暴概念．并介绍维持大气电荷平衡的几种主要电流机制．最后给出全球大气电过程的球形电容器模型．     

全球电路

 在晴天,接近地球表面处存在着一个垂直指向地面、大小为１００-３００Ｖ／ｍ的电场．这表明地球表面带有负电荷,而大气带有净正电荷．那么当一个人站在地面上是否在头部与脚底之间经受了一个２００Ｖ以上的电势差呢？回答显然是否定的．在日常生活中,这个电场所以并未引起注意是因为我们的躯体和身旁的许多物体（例如树杆等）比之于空气都是良导体,它们短路了电场,使我们感受不到它的影响．但是晴天大气电场是客观存在的．由于大气中存在着净正电荷,于是它们在晴天大气电场的作用下,形成方向垂直向下的晴天大气电流,将大气中的正电荷输送给地球表面,使全球大气携带的正电荷与地球携带的负电荷中和,造成晴天大气电场消失．     

西藏地区近地晴天大气电场气象效应和时间变化研究

基于西藏羊八井宇宙线观测站在2006年3月至2011年6月期间记录的近地大气电场数据, 分析研究了该地区近地晴天大气电场气象效应和时间变化特征. 气象效应分析结果显示, 该地区近地晴天大气电场与三个气象参量(大气压强、温度和相对湿度)的长时间变化趋势基本一致, 并有明显的季节效应. 冬春季, 大气电场强度整体水平相对较低, 约为0.14 kV/m; 夏秋季, 电场强度水平相对较高, 为0.18 kV/m左右. 近地晴天大气电场强度与大气温度间的线性相关性最强, 拟合相关系数达到0.89; 与大气压强和相对湿度间的线性相关性相对较弱, 拟合相关系数依次为0.43和0.53. 傅里叶分析结果表明: 晴天大气电场时间变化受太阳日周期、半太阳日周期及其三、四次谐波分量调制作用, 调制强度依次减弱. 西藏地区近地晴天大气电场日变化特征呈大陆简单型, 即双峰双谷. 主、次峰谷分别出现在白天和夜间, 主峰谷出现的早晚因季节不同略有差异, 次峰谷出现的早晚因季节不同差异相对较大.     

大气电场及其对植物和农业的影响

介绍了大气电场的物理参数及其形成的物理机制,讨论了大气电场对植物和农业的影响.     

可见到近红外波段整层大气光谱透过率的测量研究

利用太阳光谱辐射计进行了可见到近红外波段整层大气连续光谱透过率的测量研究.在对太阳辐射计可靠定标的条件下，通过测量太阳直射光谱，运用Langley方法推算到达大气层顶的太阳辐射，最终获得了该波段范围内的连续大气光谱透过率及特殊波长上的透过率的实际变化情况.通过分析晴天无云大气条件下不同时间、不同气溶胶含量、不同季节、不同气溶胶模式下的大气透过率特征，初步获得了其变化规律，为大气层外目标探测提供了一些基础.     

间歇性大气湍流中光传播问题的近Gauss极限分析

间歇性是湍流的重要特征，多年来一直是湍流研究的核心内容之一.考虑大气湍流中的光传播问题，一般回避其间歇性，假设大气介电起伏满足Gauss统计.考虑大气湍流（内）间歇性 对光波传播的影响.考虑到大气介电起伏方差较小的事实，将光场统计矩方程在Gauss场附近 展开到四阶累计量，分析其近似解.进一步，以层次结构模型为基础，着重研究了光场二阶 统计矩的间歇性效应.研究表明，大气湍流间歇性对光场的影响很小. 关键词： 光波传播 大气湍流 间歇性     

一种简化非Gauss场模型在随机介质中光传播问题中的应用

为了研究大气湍流间歇性的光传播效应，构造出一种比较简单的非Gauss场模型(Poission场 )用于描述大气介电常数(或折射率)随机起伏.模型特征泛函含有四个待定函数，根据大气湍 流的统计均匀性，介电起伏的单点概率分布函数，以及介电起伏能谱可以选择或确定它们. 对在这种简化湍流中传播的光波平均场及二阶统计矩性质进行了理论分析，并给出数值模拟 的一个简单例子. 关键词： 光波传播 大气湍流 间歇性     

兰州地区光强分布及其起伏特性研究

在兰州地区夜间进行了链路长为610m的激光传输实验,研究了高斯激光在不同天气条件下的光强分布及其起伏特性.采用三维伪彩色变换方法,分析了光斑光强的空间分布规律,得到了光斑主瓣光强服从类高斯分布,并按照晴天、多云天、阴天的顺序,光斑几何中心位置附近光强分布的陡峭度依次减小,而其衰减则依次增大的结论.同时,利用实测光强值分析了大气闪烁指数,结果表明:晴天、雨后晴天和阴天下的闪烁指数分别为0.225 4、0.189 2、0.188 8,这说明晴天下的光强起伏大于雨后晴天和阴天的,且均为弱起伏.通过对归一化光强的频数分布进行非线性拟合得到了光强的概率密度分布,它们均服从对数正态分布,其中晴天下的概率密度曲线的拟合优度更是达到了0.997 50.     

对流层高度大气温度、湿度和气溶胶的拉曼激光雷达系统

为了实现大气温度、水汽(相对湿度)和气溶胶的实时同步探测研究,成功研制了一台日常观测的多参数探测拉曼激光雷达,采用高性能二向色镜和窄带干涉滤光片组成高光谱分辨率高效率拉曼分光系统,实现独立5通道大气回波信号的高精细分光和高效率提取,并研发了多参数同步反演算法,获得了大气水汽密度、温度和气溶胶消光系数廓线,结合水汽密度和温度得到了同时刻大气相对湿度的垂直变化特性。利用该系统在晴天和有云条件下对西安局地进行初步实验观测,获得温湿度及气溶胶廓线以及云层内水汽与逆温层的高度关系。实验结果表明,在探测时间15 min和激光能量150 m J的条件下,系统在晴天条件可实现高度16 km以下大气温度和湿度的同步探测,在有云条件下系统可实现大气底层和云层顶逆温层的精确探测,并可获得高层云层内和水汽层内大气水汽密度和相对湿度的同步增长趋势。实验数据与当地探空数据的多次随机比对在大气温度、湿度廓线上取得了较好的一致性,充分验证了该拉曼激光雷达实现对流层高度大气多参数同步探测的有效性和系统的可靠性。使用该系统可有效开展区域性大气的观测研究,为大气气候变化以及雾霾生消过程的研究提供可靠的实时探测数据。     

大气相干长度的昼夜观测

 介绍了利用差分像运动测量法测量光波到达角起伏方差来确定大气相干长度的方法，阐述了一种能对大气相干长度进行昼夜测量的日夜两用型大气相干长度仪的测量原理与结构,经过长期昼夜观测分析得知: 整层大气湍流强度有随时间变化的趋势，这种趋势与近地面层的湍流强度的时间变化特征基本吻合，即在日出后和日没前两段时间内的相干长度值远大于其它时间段内的值。     

对流层高度大气温度、湿度和气溶胶的拉曼激光雷达系统EI北大核心CSCD

为了实现大气温度、水汽(相对湿度)和气溶胶的实时同步探测研究,成功研制了一台日常观测的多参数探测拉曼激光雷达,采用高性能二向色镜和窄带干涉滤光片组成高光谱分辨率高效率拉曼分光系统,实现独立5通道大气回波信号的高精细分光和高效率提取,并研发了多参数同步反演算法,获得了大气水汽密度、温度和气溶胶消光系数廓线,结合水汽密度和温度得到了同时刻大气相对湿度的垂直变化特性。利用该系统在晴天和有云条件下对西安局地进行初步实验观测,获得温湿度及气溶胶廓线以及云层内水汽与逆温层的高度关系。实验结果表明,在探测时间15 min和激光能量150 m J的条件下,系统在晴天条件可实现高度16 km以下大气温度和湿度的同步探测,在有云条件下系统可实现大气底层和云层顶逆温层的精确探测,并可获得高层云层内和水汽层内大气水汽密度和相对湿度的同步增长趋势。实验数据与当地探空数据的多次随机比对在大气温度、湿度廓线上取得了较好的一致性,充分验证了该拉曼激光雷达实现对流层高度大气多参数同步探测的有效性和系统的可靠性。使用该系统可有效开展区域性大气的观测研究,为大气气候变化以及雾霾生消过程的研究提供可靠的实时探测数据。     

太阳直射光谱和天空光谱的测量与分析

在海拔9600m高空测量并获得了大气上界直射太阳光谱和天空光谱，测量了成都、丽江和玉龙雪山地表直射太阳光谱和天空光谱.结果表明：(西昌段)大气上界直射太阳光谱能量最大峰值对应的波长位于482.1nm，天空光谱能量分布相对于直射太阳光谱能量分布明显紫移，0.41—0.42μm波段成为天空光谱能量第一主峰区；地表晴天天空光谱中的能量分布与直射太阳光谱的能量分布区别很大，而有云时天空光谱中的能量分布和直射太阳光谱能量分布的差别比较小；玉龙雪山山峰积雪雪面在可见光波段对不同波长有不同的反照率. 关键词： 太阳直射光谱 天空光谱 大气上界     

激光雷达大气湍流测量方法研究

 报道了一种用激光雷达方法测量大气湍流的技术，利用发射激光束在空间所需位置产生一个聚焦光斑，通过此光斑处的大气分子瑞利散射机制形成一个空间的人造散射光源，接收系统对此光源的散射光进行探测，测量出从地面到此空间散射光源之间的大气湍流参数。给出了对武汉上空大气湍流测量的初步结果。得到了不同高度层的大气相干长度随时间的变化特性、平均值和起伏均方差，并对实验测量和模型计算的大气折射率结构常数在相应高度段的积分值进行了比较，二者积分值都在10-12量级，得到的结果基本相符。这种测量方法的实现，为测量空间不同方位、不同距离的大气湍流提供了一种新的手段。     

大气电场及其应用

本讨论了大气电场的规律，并介绍了利用大气电场推动静电电动机和刺激农作物生长的新技术。     

激光塑造大气透镜技术分析

激光塑造大气透镜（laser developed atmospheric lens,LDAL）是一种先进的太空监视概念,即利用高能激光在大气层形成类似于透镜的结构,实现敌方目标的有效监视。介绍这种概念的应用需求,详细分析了“激光塑造大气透镜”的产生机制和系统结构,深入讨论了其面临的技术挑战,包括大气透镜的形成效应、塑造方式、所需激光功率、机载电力、目标监视时间等,并对相关信息进行了分析。分析结果标明:激光塑造大气透镜是一项颠覆性的新兴技术,可能会改变未来的战场感知态势,在实现上需要高功率激光器的小型化、巨大的机载电力、高速摄影、自适应光学以及高精度成像等技术的综合支持。     

激光雷达中层大气遥感技术

介绍了中科院武汉物理与数学研究所瑞利激光雷达的技术特点，并从其对武汉地区中层大气密度和温度廓线探测的典型结果，给出了该激光雷达对中层大气主要参数的探测能力。     

辐射温差大气传递的简化模型

通过对辐射能量在大气中传输的分析，提出了辐射温差传递的概念及其数学模型，从而可以简化热成像系统的探测识别的计算。     

高层大气被动探测技术

简要介绍了高层大气被动探测技术的研究历史、现状和发展趋势.论述了高层大气被动探测技术的基本原理和方法,给出了高层大气被动探测的辐射源和气辉谱线、四强度探测法和临边探测模式.重点介绍了自行设计研制的风成像干涉仪的宽场、消色差、温度补偿理论以及工程设计和研制.采用风成像干涉仪进行了模拟高层大气探测实验,给出了高层大气风场、...     

四孔差分像运动测量大气相干长度的方法研究

 介绍了最新研制的基于四孔差分像运动法到达角起伏测量仪，利用该仪器测量的4个方向（两组正交方向）上的到达角起伏方差，从而推算出大气相干长度。在近地面水平路径的实验中发现，不同方向上的测量结果获得的大气相干长度值有一定的差别。测量结果表明：大气湍流存在一定的各向异性，在实际应用中应考虑这个因素；在一些应用场景下，大气相干长度应根据至少一组正交方向的测量结果来分析确定。     

高功率激光表面大气击穿阈值的波长关系

通过对大气击穿的物理机制、低空大气中的自由电子及其寿命和电离机制进行讨论,给出了高功率激光大气击穿较为明晰的物理图像。并通过理论分析,给出了激光大气击穿阈值的波长关系,对给定波长激光的大气击穿阈值可以作出迅速的估值,是一种较为简捷的方法