雷击与闪电

 1.地球的电场要认识雷击与闪电,首先必须了解地球的电场。这个电场位于带负电(按计算总电量Ｑ=-9×10⁵库仑)的地球表面和带正电的高层大气之间,由于宇宙线和地球天然放射性的活动,造成了空气分子持续不断地电离而形成。电离产生的一部分电子向高层大气移动。在大约海拔高度50千米的高空,充满了大量的正电荷,这部分大气是一个导电性良好的球形导体。上升的电子将中和这个带正电的导体。与此同时,电离产生的一部分正离子亦会下降到带负电的地面而发生中和作用。由于电离产生的全球电流共约1800安培,地面和高层大气两者都应该在数分钟内放电。     

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．     

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、...     

洛伦兹光谱线型的高层大气风场被动探测原理分析

通过探测高层大气中气辉(极光)辐射线的多普勒频移,可以反演出高层大气中的速度、温度和压强等物理量。以高层大气中的极光(原子氧跃迁所辐射的两条主要谱线)为被探测源,对于洛伦兹光谱线型高层大气风场的探测原理和方法进行了研究;给出了基于洛伦兹光谱线型高层大气的速度场、温度场和压力场的分布规律和理论计算公式;采用计算机模拟,描绘了洛伦兹光谱线型风场的误差曲线,表明了洛伦兹光谱线型在高层大气风场探测中占有相当重要的地位。     

高层大气风场洛伦兹光谱线型粒子辐射率探测研究

以高层大气中的极光谱线为被探测源,提出了一种高层大气(80—300km)风场洛伦兹光谱线型的粒子辐射率被动探测的新原理.采用该原理不仅可获得高层大气风场的速度、温度和压强信息,更重要的是还能同时探测到高层大气中辐射粒子体辐射率,解决了目前高层大气风场研究中只能探测高层大气风场速度、温度和压强却不能获知粒子的体辐射率的问题.给出了基于洛伦兹光谱线型的辐射源粒子体辐射率、大气风场速度、温度和压强的理论计算公式.采用计算机模拟对探测误差进行了分析,给出了体辐射率、风场速度、温度、压强的误差分布规律,为进一步丰富和完善高层大气风场探测提供了理论依据和实验基础,对航空航天、空间探测、环境保护、国家安全和国民经济建设都具有重要的科学意义和广阔的应用前景.     

大气声遥感

本文系统而简要地评述了大气声遥感。与作者提出的将大气声学分为“经典的”和“现代的”两大范畴的观点相对应，大气声遥感亦可分为低层大气遥感和高层大气遥感两个方面：前者以可听声的主动遥感为主，其基础是大气“微观结构”对声波的散射；后者以次声的被动遥感为主，其基础是大气“宏观结构”对声波的折射。对这两大范畴，本文分别作了技术原理、仪器设备和主要观测等方面的概述。     

地球极区电离层上空发现“太空台风”

正台风或飓风是低层大气中发生的强烈热带气旋。那么,在地球或其他行星的高层大气中是否存在类似台风或飓风的现象呢?研究者一直在寻找它的踪迹。针对这一挑战,山东大学张清和、中国科学院国家空间科学中心王赤带领团队利用电离层卫星等的观测数据,     

大气声学:关于现象、原理和应用的综述

作为声学主要分支之一的大气声学在国内迄今未能得到应有的重视，既无专著又无综述性文章介绍．有鉴于此，本文比较全面、系统而又简明扼要地阐述了该领域最重要的一些现象、原理和应用，并穿插揭示出从经典到现代的历史发展过程，使读者可以概括了解大气声学的对象、方法、基本原理和实际应用─—特别是有关涉及高层大气的各种类型次声波现象，以及它们日益成为一种重要的主、被动遥感手段的态势．     

大气对流层水汽对温室效应的影响分析

大气温室效应是地球有别于其他星球具有温暖、适合生命生存特性的直接决定因素,而随着地球由温暖再继续变暖,水汽作为地球上含量最丰富的温室气体,其对温室效应的影响也将进一步增强。文章主要针对对流层水汽,利用逐线模型,分析了不同高度下水汽对地气辐射的吸收特点。结果表明,对流层不同高度处水汽对于工业革命前地球环境的"温暖"和目前所面临的"变暖"贡献有着本质的不同:地球的"温暖"主要来自于近地面3 km以下的丰富水汽对于长波辐射的吸收,其吸收比例占到了整个对流层水汽温室效应的50%;但是,目前近地面处水汽的强吸收带已经趋于饱和,因此,地球当前的"变暖"主要是由于对流层高层水汽含量增加所造成的温室效应显著增强所致。     

人类活动影响气候变化的统计分析

大多数的气象模型是将大气作为一个复杂的流体力学体系，首先用大气温度并加上树轮、气象记录等数据建立起动力学方程，再利用差分法去解这个方程．这些计算表明，地球的温度将会持续地上升．但有些气象学家们怀疑，在这个计算过程中，把人类活动的人为因素过份地夸大了．因为在三维格点模型中引用了粗粒化的计算，有可能忽略了大气云层的作用，     

土卫六探测器高超声速化学非平衡特性数值计算

为了研究土卫六探测器在地球大气和土卫六大气中飞行时气动热环境的差异,采用数值模拟的方法分别对地球大气成分和土卫六大气成分下探测器前方流场内气动热环境进行了研究,得到如下结论:与地球大气条件相比,土卫六大气条件下探测器表面的热流密度较高,其峰值可达到地球大气条件的1倍以上.探测器表面的热流密度先随着高度的减小而增加,而后...     

高层大气风场四强度测量法误差分析与计算

利用干涉成像光谱技术和电磁波的多普勒效应，通过测量高层大气(80—300km)中的气辉(极光)辐射线的四个干涉强度值而获知高层大气的速度和温度信息.采用四强度干涉测量法，分别对基于Michelson干涉仪的动镜扫描和基于无动镜四分区镀膜的干涉图获取模式所引起的测量误差进行了深入的理论分析与研究.给出了由于此测量误差所导致的相位误差所引起的高层大气风场速度、温度的误差数值；采用计算机模拟得出了在不同相位误差条件下，两种模式计算得到的风场速度和温度的误差分布图；给出了风速误差、温度误差与相位步进误差的关系曲线     

偏振风成像干涉仪多波长探测理论研究

简述了偏振风成像干涉仪(PAMI)探测高层大气风场的基本原理;研究得出了多波长探测时偏振风成像干涉仪干涉强度、仪器调制度与位相延迟片的延迟位相之间的理论表达式;得出了偏振风成像干涉仪的干涉强度和仪器调制度受所探测谱线波长调制的重要结论;采用计算机模拟分析了使用偏振风成像干涉仪(设计谱线为高层大气氧原子跃迁时辐射的630nm的极光谱线)探测高层大气时各目标谱线的干涉强度和仪器调制度,给出了干涉强度和仪器调制度与探测谱线波长之间的关系,得出了732nm的极光谱线不适合用作探测目标的结论. 本文为高层大气风场探 关键词： 高层大气风场探测 偏振风成像干涉仪 调制度 多波长探测     

上期问题与思考解答

题1:由于大气摩擦对卫星作负功,似乎要使卫星的动能减小,从而使卫星的速率减小。但是,由于卫星是处在地球的引力场中,速率的减小将导致轨道半径的减小,这将使卫星的引力势能减小,从而要使卫星的动能增加。实际上,引力势能的减小将抵偿摩擦力的负功而有余,从而使卫星的动能增大,因而它的速率将增大。定量计算如下: 卫星作圆周运动的条件为式中m和M分别为卫星和地球的质量,r为卫星轨道的半径。对此式取微分: 在某一时间t内,摩擦力F对卫星作的功为: 从功能原理得卫星动能的增量为:由于由(4)式得:把(2)式代入(5)式得 这就说明由于大气的摩擦,卫…     

一个关于大气压强的疑难问题及其解决

通过解决一个涉及地球场中大气压强的疑难问题，说明了大气压强本质上是由大气分子热运动而产生的宏观效应。该压强小于由于大气重量所产生的压强。     

重力场中的范德瓦耳斯气体

将地球大气近似为重力场中的范德瓦耳斯气体,在绝热过程近似下导出了大气温度、压强随高度的分布,并与理想气体近似结果进行了比较分析.     

非平衡大气辐射强度与透过率的Line-By-Line计算模式

导出了非局域热力学平衡(NLTE)大气辐射强度与透过率的基本公式,以及NLT和LTE的线强、光学厚度和透过率的关系。假设转动能级是热力学平衡(LTE)的,建立了一个精确的Line-by-LineNLTE辐射强度与透过率的有效算法来计算较高层行星大气红外活跃样品的辐射强度。计算了地球大气¹⁶O₃9.6μm带在白天、夜晚和NLTE、LTE条件下的临边光谱辐射强度、线积分辐射强度、带积分辐射强度和合成光谱辐射强度,揭示了NLTE辐射强度对LTE辐射强度有显著而重要的偏离。     

电离层和电离层的探測

电离层——地球周围大气的重要組成部分地球周围复盖着厚厚的大气层,从它的表面一直延伸到星际空間。长期实驗結果都表明了,在不同高度范围內大气层具有不同的性貭。人們通常按照温度变化特性将整个大气划分成若干区域。从图1可以看到,大气的温度随高度的变化是:从地面开始到地面以上10公里左右温度迅速下降到-50℃,这个区域里靠大气     

对流层大气温度高度廓线半定量估算

一般大学物理教材中都有求解出地球表面温度的例子或习题,能否扩展到估算对流层大气温度随高度而降低的规律?本文探索建立了地球和对流层分层大气模型,依据最新的大气吸收率、辐射率来计算分层大气的相关参数,再利用辐射能量平衡和斯特藩-玻尔兹曼定律,估算对流层温度高度廓线.计算结果表明:对流层分为5层时,估算出的地球表面温度和各层大气温度,与美国标准大气模型中地球表面温度及对流层大气温度随高度降低率6.5 K/km符合较好.     

宇宙射线与云的形成

丹麦与英国的物理学家们通过将粒子束注入云室中,演示了宇宙射线如何促进地球大气中水滴的形成．这是一个最好的实验证据,表明太阳通过改变达到地球表面的宇宙射线强度来对地球气候产生影响．