电离层

在那些使廿世纪物理学如此丰富多彩的显著发现中,电离层的发现占有重要的地位。卅年以前就有实验证明,无线电波段范围内的电磁波,在距地面100公里以上的地方遭到反射。这意味着在高空大气层内的气体一定包含着很多自由电子或离子,即它们被剧烈地电离。所以,大气的这个区域后来被称为“电离层”。远在这些实验以前,曾有过这样一种假设,认为大气的上层是一种良好的导电体,它们在地球的外磁场中运动而产生电流,这种电流的磁场就引起了地磁场的周期性变化。当人们发现借波长为5-10公里的无线电波能建立远距离(相对于不大的功率而言)通讯     

星光掩星剥洋葱法反演臭氧密度

星光掩星技术探测恒星光经大气层消光、折射等作用后的恒星光光谱,利用大气中不同成分对不同波长的光吸收的差异反演得到大气密度信息。低轨卫星与恒星分别位于地球两侧,低轨卫星接收到不同切线高度上光谱,即构成星光掩星观测。光谱探测高度可从平流层至低热层,其中不同波段可用于不同大气痕量成分密度反演。星光掩星技术具有探测参数多、全球覆盖、垂直分辨率高、无需定标等优点。GOMOS(global ozone monitoring by occultation of stars)是搭载在欧洲航天局ENVISAT卫星上的平流层臭氧检测仪器。GOMOS利用星光掩星技术进行探测,设计精密,分辨率高,在轨稳定运行十年（2002年-2012年）,探测波长跨越紫外到可见光波段,采用光谱反演和垂直反演迭代的方法反演大气成分密度,得到了大量关于临近空间区域大气资料,对长期监测平流层至低热层区域变化提供了可靠的数据支持。利用GOMOS掩星数据,提出一种简单的反演方法--剥洋葱法,反演临近空间高度上臭氧数密度。剥洋葱法假设地球大气对称且水平分层,利用单个波段光谱进行反演,假设在此波长上光谱的大气吸收效应全部由臭氧造成,即选择臭氧吸收占据绝对优势的波长。经分析,在50～100 km高度上可以利用290 nm波段进行反演,在15～50 km高度上可以利用600 nm波段进行反演。根据Beer-Lambert定律,随切点高度自上而下,对恒星光光谱透过率利用剥洋葱法进行反演得到臭氧数密度。将剥洋葱法反演结果与GOMOS官方发布结果相对比,两者符合得很好。     

重力场中的气温公式

热学教材中大都讨论了等温气压公式，但实际上大气并不等温．本文通过对温度场的描述，导出了重力场中的温度梯度公式，并利用该公式推出了重力场中的气温公式，描绘了地球周围低高处大气温度随高度变化的近似曲线。     

基于气象参数戈壁沙漠地区近地面大气湍流建模

 提出一种适合戈壁沙漠地区的近地面大气湍流模型。通过测量近地面层不同高度处温度、湿度、压强和风速等常规气象参数,结合模型可给出近地面层大气湍流强度。模型计算的近地面层大气湍流强度通常白天值最大,中午前后出现较宽的最大值区间,在日出时段和日落时段出现较明显的最小值,夜间呈不规则变化,该结果能够很好地反映近地面层大气湍流强度的变化特性。在影响大气湍流强度变化的参数中,大气温度的变化趋势直接影响着大气湍流强度的变化：通常白天大气温差较高时,大气湍流强度较强;大气温差较低时,大气湍流强度较弱;大气温差起伏较大的时刻,大气湍流强度的变化也会较大,大气温差起伏趋势与大气湍流强度变化趋势有相似之处。     

热带海洋与中低纬大气相互作用的信息传输特征分析

基于传递熵概念和方法定义气象场的信息源特征度、信息汇特征度和信息传输平衡特征度.使用海表温度和高度场资料计算海气相互作用过程中的信息传递.侧重分析赤道中东太平洋(20?S-20?N,170?E-100?W)与热带地区、北半球和南半球中高纬度地区大气之间的信息传递,给出信息传递的区域和全球分布特征;并提取海表温度指数和高度场指数分析赤道中东太平洋与大气信息传递特征的季节变化和年代际变化.研究结果表明,海洋信息源主要分布在热带地区,大气信息汇主要分布在中纬度地区,从热带地区到中纬度地区,海洋对大气的强迫作用在减弱,而大气对海洋的强迫作用在增强;不同区域不同层次的高度场对赤道中东太平洋海表温度有着不同的响应,热带中东太平洋上空高度场最大延迟为4个月.欧亚大陆中部上空和北美大陆上空高度场均随时间延迟呈现波动性变化:欧亚大陆中部上空高度场随时间延迟呈现增强的趋势,而北美大陆上空高度场随时间延迟呈现减弱的趋势.海表温度指数对热带中东太平洋上空850 hPa和欧亚大陆中部上空500 hPa高度场指数的传递熵以2000 s最弱,而海表温度指数对北美大陆上空700 hPa高度场指数的传递熵以2000 s最强.表明不同年代际背景下不同区域大气对赤道中东太平洋海表温度异常的响应是不同的.然而不同季节的响应却十分相似:冬季最强,秋季次之,春季再次,夏季最弱.     

国内典型地区地面大气中子能谱测量与仿真

基于多球能谱仪开展了广州、兰州和拉萨等地区的大气中子能谱和通量测量,获取了大气中子能谱的典型特征。测量结果表明：不同地区的大气中子通量受海拔高度的影响明显,地面大气中子通量随着海拔的增加而增加。此外,基于蒙特卡罗仿真工具也可以模拟初级宇宙射线粒子在地球大气层中的核反应过程,从而计算获取大气中子能谱。大气中子能谱测量数据与仿真数据吻合良好。     

近地面湍流对整层湍流的贡献及相关研究

用由HTP-2型温度脉动仪和WXT520气象传感器组成的近地面参数测量系统以及大气相干长度仪的两年观测数据分析了西北高原地区近地面湍流。近地面参数测量系统分两层分别搭建在6 m和2 m高度上。温度脉动仪测量折射率结构常数,气象传感器测量常规气象参数,大气相干长度仪测量大气相干长度。分析结果表明:不同高度的折射率结构常数随高度按幂指数规律变化,白天幂指数平均值为-0.8,夜间为-0.3。用相干长度比评估近地面湍流层对整层湍流的贡献,结果表明:相干长度比有明显的日变化特征,白天小而夜间大;不同月份相干长度比日变化趋势和大小均不同。讨论了近地面局地视宁度与局地温差的关系,结果表明:局地视宁度和局地温差白天正相关,夜间负相关。     

近地空间宇宙线荷电粒子暴与地震的关联

 从宇宙线早期研究中,已经观测到它的强度有1日,27日和11年的周期变化,这与太阳的调制过程有关。同时也观测到因气象原因引起宇宙线强度的变化,如温度,气压和季节效应。随着科学技术的飞速发展,特别是用各种各样的航天器运载探测器研究大气外层空间的宇宙线瞬间变化,得到一些有意义的结果。太阳照射到地球大气层顶部的电磁辐射能流为10¹⁰erg·m^-2·s-1,而宇宙线粒子总能流约要比它低八个量级,似乎可以忽略不计。但宇宙线穿过大气层损失绝大部分能量,产生正负离子,它们是形成云雾水珠的凝结核,也能触发雷暴和闪电,对大气层中很多物理过程都有影响。     

LHAASO启航，目标宇宙线起源——《LHAASO科学白皮书》解读

<正>一、百年之谜1912年,维克托·赫斯携带着自己设计的能够承受高空大气温度和气压变化的验电器,首先在维也纳的一片牧草地上测量了地面辐射强度,然后乘坐气球升到5300米的高空,测量到大气中的辐射强度是地面上的9倍,得出结论：高穿透力的辐射不是来自于地球,而是来自太空。13年后,     

多光谱遥感影像煤火监测新方法

煤火在世界各地均有不同程度的发生,严重威胁生态环境,煤火燃烧释放大量的有毒有害气体,造成大气污染,同时煤火燃烧形成地下空洞,导致地表塌陷,直接威胁着矿区人员的生命安全。遥感技术的迅猛发展使大尺度反演与监测煤火温度变为可能。单窗算法是一个简单可行且精度较高的煤火温度反演方法,该方法需要两个大气参数进行温度反演,即大气水分含量和地表比辐射率。由于该算法需要卫星影像获取瞬间时的大气水分含量,而卫星过境瞬间的大气水分含量受多种因素影响难以获得;单窗算法对不同类型的地物均采用统一的地表比辐射率,这会导致反演温度不精确,误差较大。针对上述存在的问题,采用基于地面湿度参量建立起的大气可降水量与地面水汽压间的经验关系,计算大气水分含量,同时,采用NDVI阈值法计算不同地物类型的地表比辐射率,对单窗算法中的两个参数进行精确估计,从而改进提高该算法的精度及可操作性。将改进的算法应用于内蒙古乌达矿区,反演从1988年到2015年间研究区的煤火温度,提取每年研究区的温度异常区域,对比分析煤火区域分布、面积变化情况。本文提出的改进算法能够快速、高效的反演煤火温度,对掌握煤火异常区域变化情况提供技术支持,具有可操作性及现实意义。     

多光谱遥感影像煤火监测新方法（英文）

煤火在世界各地均有不同程度的发生,严重威胁生态环境,煤火燃烧释放大量的有毒有害气体,造成大气污染,同时煤火燃烧形成地下空洞,导致地表塌陷,直接威胁着矿区人员的生命安全。遥感技术的迅猛发展使大尺度反演与监测煤火温度变为可能。单窗算法是一个简单可行且精度较高的煤火温度反演方法,该方法需要两个大气参数进行温度反演,即大气水分含量和地表比辐射率。由于该算法需要卫星影像获取瞬间时的大气水分含量,而卫星过境瞬间的大气水分含量受多种因素影响难以获得;单窗算法对不同类型的地物均采用统一的地表比辐射率,这会导致反演温度不精确,误差较大。针对上述存在的问题,采用基于地面湿度参量建立起的大气可降水量与地面水汽压间的经验关系,计算大气水分含量,同时,采用NDVI阈值法计算不同地物类型的地表比辐射率,对单窗算法中的两个参数进行精确估计,从而改进提高该算法的精度及可操作性。将改进的算法应用于内蒙古乌达矿区,反演从1988年到2015年间研究区的煤火温度,提取每年研究区的温度异常区域,对比分析煤火区域分布、面积变化情况。本文提出的改进算法能够快速、高效的反演煤火温度,对掌握煤火异常区域变化情况提供技术支持,具有可操作性及现实意义。     

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.     

电磁波在大气层人造等离子体中的衰减特性

利用洛沦兹模型来研究大气层人造非均匀等离子体的电磁响应特性,讨论了电磁波频率、等离子体密度及电子碰撞频率对电磁波衰减特性的影响.结果表明,电磁波在长波长区域及等离子体密度大时,其能量衰减越快.当等离子体密度高时,电子温度越低,大气层高度越高,电磁波的能量衰减越快. 关键词： 电磁波 大气等离子体 能量衰减     

标准大气

描述地球大气在稳定状态时的基本性质所需要的数学公式和有关参数的标准值,称为标准大气模型,简称标准大气,或称大气标准.它是由某一个国家(或国际组织)的专门机关制定并公布的.大气稳定状态的基本性质是:(1)大气的温度值随高度的变化关系,简称温度-高度分布;(2)大气中各成分的密度值和大气总密度值随高度的变化关系,简称密度-高度分布. 人们对大气性质的认识,是随着科学技术的发展逐步深入的.因此,世界各国有关科学组织,经过一段时间的研究,积累数据后。对以前的大气标准进行修订,提出新的大气标准.美国的标准大气委员会从1971年至1976年,…     

戈壁地区近地面折射率结构常数统计特性分析

利用温度脉动仪对大气折射率结构常数进行测量,通过在铁塔上不同测量高度架设温度脉动仪,对戈壁地区近地面层开展长期连续测量。从各测量高度折射率结构常数的累积概率、偏度与峰度、季节变化、高度经验关系等四个方面对大量实验数据统计分析,结果表明:测量地区大气折射率结构常数白天和夜间的累积概率以18m为区别界限,表现出明显的不同;所有测量高度折射率结构常数的概率分布均表现出右偏、平峰特性;季节变化对低层折射率结构常数的影响更为明显;测量地区折射率结构常数随高度变化的经验公式表明,白天折射率结构常数随高度递减接近"-2/3"指数,夜间折射率结构常数的高度变化则是表现出层次性,低层折射率结构常数随高度递减接近"-0.16"指数,而高层变化则接近"-1.05"指数。     

MIGHTI/ICON卫星的中高层大气温度反演与验证

中间层顶-低热层区域是地球大气中重要的空间区域。基于剥洋葱算法及氧分子气辉光谱理论，利用迈克耳孙全球高分辨率热层成像干涉仪（MIGHTI）测量的O2-A波段气辉辐射强度图像，反演得到海拔为92～140 km的大气温度廓线。首先，根据氧分子气辉光谱理论，结合MIGHTI仪器参数，计算了其各光谱通道信号强度随温度的变化关系；然后，利用剥洋葱算法提取各光谱通道的目标层信号强度，并结合信号强度与温度的函数关系，反演得到大气温度廓线；最后，通过与SABER卫星的观测结果及NRLMSIS-00大气模型的仿真数据的对比，验证了MIGHTI温度反演的可靠性与合理性。误差分析结果表明，MIGHTI的温度探测误差随高度增加而增大，在92 km处为1 K，在140 km处为13 K。     

机载FTIR地球大气红外背景辐射光谱特征研究

介绍了机载傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪测量地球大气红外背景辐射的实验过程,对地球/大气的红外背景辐射进行了详细的分析,给出了描述这一辐射过程的理论表达式,证明红外背景辐射主要取决于地表温度、地表发射率、大气透过率和大气温度这四个参数。在理论分析的基础上,对不同观测高度、不同地物背景的实测光谱进行了对比和分析,得到了红外背景辐射的光谱特征。     

一种估算太阳辐射能的方法

 人们采用太阳常数σ 来描述地球大气层上方的太阳辐射强度。它是指平均日地距离时,在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接收的太阳辐射功率,单位是mW/cm²(毫瓦每平方厘米)。太阳常数σ 在中午阳光直射时约为137mW/cm²。根据彭望禄所著《遥感概论》,太阳的电磁辐射经过大气时,约有30%被云层或其他粒子反射回太空,22%被散射,17%被吸收。这样,透过大气到达地面的能量只占入射总能量的31%,即地球表面的太阳常数σ 约为42.47 mW/cm²。     

地球大气对流层分布的热传导模式

针对地球表面大气的对流层,提出热传导模式,利用该模式导出地球表面大气对流层的温度、压强、密度随高度变化的函数关系,并将计算值与实际测量值作比较,发现两者差别不到百分之一。     

星-地无线电掩星技术探测火星大气和电离层

历史上几乎所有的行星探测任务都开展了无线电掩星实验,以探测行星的大气、电离层、行星环以及磁场,并取得了很多重要的科学成果.掩星发生时刻前后,测量航天器发出的信号穿过行星电离层和大气层时被遮掩而引起的信号频率、相位、幅度或极化等物理特性的变化,通过某种反演技术,可以得到大气的折射率廓线,推出中性大气的密度、温度、压强廓线以及电离层的电子浓度廓线.文章嗣绕中国"萤火1号"火星探测器(YH-1)火星探测计划中将要开展的星-地无线电掩星实验,介绍了该技术用于探测火星大气和电离层的相关情况.