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2017年  第37卷  第1期

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日球层物理与太阳系探测
Using Back Propagation Neural Network Method to Forecast Daily Indices of Solar Activity F10.7
XIAO Chao, CHENG Guosheng, ZHANG Hua, RONG Zhaojin, SHEN Chao, ZHANG Bo, HU Hui
2017, 37(1): 1-7. doi: 10.11728/cjss2017.01.001
摘要(655) PDF 1078KB(1222)
摘要:
The solar 10.7 cm radio flux，F10.7，a measure of the solar radio flux per unit frequency at a wavelength of 10.7 cm，is a key and serviceable index for monitoring solar activities.The accurate prediction of F10.7 is of significant importance for short-term or long-term space weather forecasting. In this study，we apply Back Propagation （BP） neural network technique to forecast the daily F10.7 based on the trial data set of F10.7 from 1980 to 2001.Results show that this technique is better than the other prediction techniques for short-term forecasting，such as Support Vector Regression method.
广义拉格朗日乘子MHD方程组的两类逆风分裂格式
张珂, 李会超
2017, 37(1): 8-18. doi: 10.11728/cjss2017.01.008
摘要(1253) PDF 11420KB(1610)
摘要:
开发高性能的磁流体力学数值模拟方法是提高空间天气数值预报研究的一个重要方面.有限体积法的逆风分裂格式具有良好的间断捕获能力，Steger-Warming和AUSM（Advection Upstream Splitting Method）是逆风分裂格式FVS（Flux Vector Splitting）方法中具有代表性的两种格式.采用这两种格式求解具有伽利略不变性的扩展型广义拉格朗日乘子磁流体力学（EGLM-MHD）方程组，对Orszag-Tang涡流问题和三维爆炸波问题进行数值模拟，结果表明两种格式均能得到稳定精确的数值结果.与Steger-Warming格式相比，AUSM格式产生的磁场散度误差更小，计算速度更快.
第23太阳活动周行星际磁场扇形结构对中低纬地磁场的影响
李仲怡, 乐贵明, 裴世鑫
2017, 37(1): 19-27. doi: 10.11728/cjss2017.01.019
摘要(655) PDF 1981KB(857)
摘要:
用特征向量分析法对第23太阳活动周天津静海磁场强度水平分量H的时均值进行研究，分析行星际磁场扇形结构的地磁效应（简称扇形效应）对中低纬地磁场H分量日变化的贡献.研究结果表明，中低纬扇形效应为3～11nT，在太阳活动高年扇形效应达到最大值（约11nT），低年达到最小值（约3nT）.太阳活动高年扇形效应引起的地磁H分量值变化与太阳活动低年的情况相反，但是扇形效应在夏季对地磁H分量的影响较小.太阳活动高年扇形效应日均值的增减与上升年的相反，与下降年相同，夏季扇形效应平均增量最小且无规律.春、夏和秋三个季节的扇形效应最大值都出现在太阳活动高年，冬季的扇形效应在太阳活动峰年两年后才出现最大值（约11nT）.在太阳活动低年（或高年），当扇形磁场背离（或指向）太阳时，夏季扇形效应白天引起地磁H分量增大（或减小），夜间导致地磁H分量减小（或增大），其他季节全天都会导致地磁H分量减小（或增大）.用特征向量推断行星际磁场扇形极性的符合率在春夏秋三个季节高达60%，在冬季为55%.
极区顶部电离层离子上行的太阳活动依赖性研究
傅帅, 蒋勇, 赵凯, 姜乙, 苏昱丞
2017, 37(1): 28-38. doi: 10.11728/cjss2017.01.028
摘要(877) PDF 4095KB(1407)
摘要:
利用第23太阳活动周DMSP F12，F13和F15卫星数据，分别对南北半球极区顶部电离层离子上行的太阳活动依赖性进行了研究.结果表明，南北半球上行事件对太阳活动的响应特征基本一致，即高（低）太阳活动时，离子上行通量以及上行数密度较大（小），但是上行速度及上行发生率较低（高）.以南半球高纬为例，计算得到离子上行通量、数密度、速度及发生率在高低太阳活动条件下的比值分别约为2.26，3.35，0.71，0.51.对离子上行太阳活动依赖性的可能原因进行了分析.不同太阳活动水平下，光致电离及高能粒子沉降的差异会导致电离层离子密度的不同，而电离层离子密度的变化会改变离子elax-elax中性大气之间的碰撞频率，这是影响离子上行发生率的一个重要原因.
电离层H2O释放扰动效应的数值模拟研究
高泽, 方涵先, 汪四成
2017, 37(1): 39-49. doi: 10.11728/cjss2017.01.039
摘要(830) PDF 2361KB(887)
摘要:
为充分研究化学物质在电离层释放的扰动效应和后期发展效果，基于化学物质在电离层的扩散模型、化学反应和电离层扩展F的控制模型，通过电离层H2O的释放，研究电子e，H2O，O+和H2O+共4种粒子的分布状态，分析点源、多源和线源释放对电离层的扰动效果，比较不同高度、不同量和不同时间释放的影响结果，模拟夜间释放后期所激发的扩展F发展差异.结果表明，H2O在电离层释放后，能有效耗散背景电子形成空洞，O+和H2O+数密度呈椭圆形分布；点源、多源和运动目标线源等不同释放方式对电离层的扰动效果不同，证实了人工影响一定形态和区域电离层的可能性；H2O释放扰动幅度，低层大于高层，白天强于夜晚，释放量越多扰动越突出；夜间化学释放能激发扩展F，并且释放量越多，激发效果越好.
基于时频分析的电离层多模污染抑制研究
鲁转侠, 柳文, 李雪, 李吉宁, 郭文玲
2017, 37(1): 50-58. doi: 10.11728/cjss2017.01.050
摘要(640) PDF 3234KB(984)
摘要:
研究高分辨线性时频分析方法和联合时频分析方法，利用这两种方法对高频电离层返回散射探测的多个传播模式实测数据，对污染抑制效果进行分析.结果显示，这两种基于时频分析的方法针对多模和相位污染同时存在的复杂情况，与其他常规方法相比均使杂波谱得到了较好的锐化，目标信号在二维时频域较清楚地显出.因此可以证明，上述两种方法具有很高的应用价值，对天波超视距雷达海上低速目标检测具有重要意义.
预加热时间对低电离层预加热幅度调制的影响
杨鼎, 方涵先, 马强, 汪四成
2017, 37(1): 59-66. doi: 10.11728/cjss2017.01.059
摘要(673) PDF 1087KB(906)
摘要:
基于电离层连续方程和能量方程，建立预加热模式下低电离层幅度调制加热理论模型，模拟大功率电波幅度调制电离层电导率和电流随时间的变化，分析预加热时间对幅度调制产生的极低频/甚低频（ELF/VLF）强度的影响.结果表明，低电离层中的电流能够被大功率电波有效调制，可以作为ELF/VLF电波的辐射源.预加热幅度调制模式在预加热时间较长时效果更明显.在考虑能耗的情况下，当有效辐射功率为200MW及高频波的调制频率fELF/VLF为1kHz时，预加热幅度调制模式辐射ELF/VLF加热0.1s时效果最好，强度可提高约7.95dB.
利用北斗观测数据实时监测中国区域电离层变化
董恩强, 曹月玲, 宫磊, 刘晓萍, 常志巧, 吴晓莉
2017, 37(1): 67-74. doi: 10.11728/cjss2017.01.067
摘要(898) PDF 2642KB(1299)
摘要:
北斗卫星导航信号采用三个频点工作，可以利用伪距双频组差方法解算电离层电子含量，为实时监视中国区域电离层变化提供新的技术手段.中国中低纬度处于电离层赤道异常变化区，在北纬20°±5°区域时常发生较大梯度的电离层变化.利用北斗实时多频伪距和相位观测数据，采用相位平滑伪距方法计算电离层穿刺点电子含量，分析通过北斗系统GEO卫星监测的电离层周日变化特性；采用多面函数方法拟合中国区域1°×1°分辨率的电离层延迟量，每5min绘制一幅中国区域电离层图，观测区域所有电离层穿刺点拟合残差RMS为2.778TECU；分析北斗系统实时监测中国区域电离层异常情况，当发生电离层异常变化时，相邻两天的VTEC（Vertical Total Electronic Content）峰值相差约60TECU.
瑞利激光雷达探测北京上空中间层低逆温层
陈林祥, 杨国韬, 王继红, 程学武, 岳川
2017, 37(1): 75-81. doi: 10.11728/cjss2017.01.075
摘要(845) PDF 4373KB(802)
摘要:
利用延庆瑞利激光雷达（40.47°N，115.97°E）2012年1-2月及2012年5月至2013年4月的探测数据，分析得到北京上空60～80km高度140个晚间的温度廓线，对这一区域内的低中间层逆温层现象（Lower Mesospheric Inversion Layer，Lower MIL）进行了统计分析，发现平均逆温幅度为23.4K，平均垂直尺度为4.78km，逆温层底部平均高度为68.2km.约有2/3的逆温层存在随时间垂直传播现象，且大多为向下传播.此外，还观测到三个垂直传播速度相差近一倍的特殊双低层MIL演化现象.
小尺度重力波引起夜光云反照率变化的统计特征
郜海阳, 张祖熠, 卜令兵, 霍朝阳, 王震, 朱红
2017, 37(1): 82-93. doi: 10.11728/cjss2017.01.082
摘要(683) PDF 3805KB(1124)
摘要:
利用AIM卫星搭载的CIPS云成像探测器获得的云图数据，提取2008-2009年南北半球共6664个小尺度重力波（波长10～150km）个例，通过重力波区域与背景云层反照率变化值的对比分析，研究重力波引起云层反照率的变化特征.结果表明，重力波引起的反照率变化值以正值为主，最大平均值4.48×10-6sr-1出现在南半球降交轨道.反照率变化值与IWC变化值正相关，相关系数均在0.85以上.重力波引起的反照率变化呈现出很强的纬度和时间依赖性，且几乎均为正值.反照率变化值在中期阶段（冬/夏至日之后的50天）的高纬地区（>70°）更大，但在中期以外始末阶段的低纬地区（<70°）逐渐变小，甚至开始出现负值.随着背景云层的增强，反照率平均值呈线性增大，小尺度重力波能够引起背景云层反照率约14.6%～28.8%的变化量.当重力波引起的反照率周期性变化的振幅逐渐增大时，反照率变化值也线性增大，变化率约为0.909%～1.194%.南半球的变化率整体比北半球稍小，这与背景大气条件的差异有关
空间探测技术
一种全天空气辉成像仪数据预处理方法和初步结果
段博强, 潘蔚琳
2017, 37(1): 94-104. doi: 10.11728/cjss2017.01.094
摘要(984) PDF 4881KB(1463)
摘要:
大气重力波是大气中的基本波动形式之一，在中高层大气动力和热力学过程中起着十分重要的作用.全天空气辉成像仪是一种以大气气辉辐射为示踪物，能够有效对大气重力波成像的仪器.本文针对中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室中高层大气组自主研制的全天空气辉成像仪所观测的数据，提出了一种气辉图像预处理方法，进行平场校正、方位校正、星光去除和坐标映射等数据订正.利用该方法处理2015年5月17日21：00BLT至次日05：00BLT西宁台站（36.6°N，101.7°E）的OH气辉数据，发现一次重力波事件，分析并获得了该重力波的水平波长、观测水平相速度和传播方向（分别为17.72km，47m·s-1，339°）.研究结果表明该方法是可行的.
气动辅助异面变轨在多碎片清除中的应用分析
闫瑞东, 王荣兰, 刘四清, 师立勤, 龚建村
2017, 37(1): 105-113. doi: 10.11728/cjss2017.01.105
摘要(673) PDF 1958KB(1133)
摘要:
碎片清除飞行器异面变轨需要消耗大量燃料.从气动辅助异面变轨优化设计及被清除碎片轨道高度差值、倾角差值等参数对变轨性能的影响出发，比较分析了优化气动辅助异面变轨与双脉冲霍曼轨道转移的燃料节约量，研究了不同轨道高度差对于实施气动辅助变轨燃料节约量的影响.当地球静止轨道（GEO）与低地轨道（LEO）间气动辅助变轨优化速度增量约为1.55km·s-1、质量面积比172kg·m-2、比冲310s、轨道倾角变化16°时，燃料节约率约为45%.对比研究了不同轨道高度差LEO轨道间实施气动辅助变轨的燃料节约情况.结果表明：随着轨道高度的增加，气动辅助优化效率逐渐降低；在相同高度轨道间实施异面变轨，随着轨道倾角的增加，气动辅助变轨燃料节约率先增大后减小，倾角改变量约为20°时，燃料节约率最大；当轨道倾角为5°时，采用气动辅助变轨和双脉冲变轨的燃料消耗量相同.
暗物质粒子探测卫星BGO量能器热控设计与验证
胡一鸣, 常进, 陈灯意, 刘树彬, 封常青, 张云龙
2017, 37(1): 114-121. doi: 10.11728/cjss2017.01.114
摘要(1089) PDF 6197KB(1524)
摘要:
暗物质粒子探测卫星是2015年12月发射的中国自主设计建造的空间天文实验卫星，主要包括塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器与中子探测器四个探测器.BGO量能器是暗物质粒子探测卫星的核心探测器，主要任务是精密测量高能宇宙线粒子的能量，并通过比较簇射沉积能量的空间分布，进行粒子种类鉴别.本文结合BGO量能器工作原理，分析了BGO量能器热控设计需求与约束，进行了单机热控设计.根据热控设计方案，进行有限元仿真分析，开展了单机飞行件的真空热平衡试验.分析与试验结果表明，热控设计方案合理有效，能够满足需求.
空间电动力绳系的磁弹性屈曲分析
郭才发, 陈红英, 袁小江
2017, 37(1): 122-128. doi: 10.11728/cjss2017.01.122
摘要(686) PDF 712KB(723)
摘要:
电动力绳系具有强非线性且运动过程中存在复杂的多场耦合，其磁弹性屈曲问题一直是研究的热点.基于Kirchhoff方程，利用弹性杆模型建立了电动力绳系动力学方程.研究了空间地磁场环境对电动力绳系的影响，分别对电动力绳系的静态和动态稳定性进行深入分析，给出了系统出现分岔的磁场强度临界值.结果表明，随着系统相对角速度的增加，使系统发生分岔的磁场强度临界值逐渐减小.该磁场强度临界值可为电动力绳系电流及其他参数设计提供参考.

期刊介绍

ISSN 0254-6124       CN 11-1783/V

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