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2013年  第33卷  第4期

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Alfvén Waves in the Solar Wind
L. YANG, J. K. CHAO
2013, 33(4): 353-373. doi: 10.11728/cjss2013.04.353
摘要:
Alfvén waves are found to be ubiquitous in the solar wind. Recent progress in observational studies of the waves is reviewed to formulate a microscopic picture for the Alfvénic fluctuations. The main aspects of the observational properties of these waves, including the wave intervals, propagation, evolution, origin and generation, are presented. Then Alfvén wave heating and acceleration of the solar wind plasma are briefly introduced. The relation of the waves to rotational and tangential discontinuities, magnetic decreases, and other relatively large-scale structures such as flux tubes/ropes, magnetic clouds and interplanetary coronal mass ejections in the solar wind is particularly investigated. Finally, some remaining open questions are also indicated due to their fundamental importance of understanding of the physical nature of Alfvén waves and the role of the waves in heating and accelerating the solar wind.
日球层物理和太阳系探测
火星表面风沙物理过程及沙尘暴的起动风速
蔡黄兵, 陈出新
2013, 33(4): 374-380. doi: 10.11728/cjss2013.04.374
摘要:
通过建立风吹动地表沙粒运动的模型并根据大气湍流边界层风速廓线规律,计算了火星上沙尘暴的起动风速和沙尘暴发生时空中悬浮沙尘粒径的大小,并对沙粒从地面跳起进入气流的方式进行了验证.发现当大气为中性层结时,火星沙尘暴的起动需要离地面2m高处的风速达到28.7m·s-1.在起动临界风速下,地表沙粒需要滚动一个粒径的距离才能跳起,沙尘暴发生后,火星大气中悬浮沙尘的粒径小于30μm.
太阳风速度及日球电流片对CME渡越时间的影响
罗天, 解妍琼
2013, 33(4): 381-386. doi: 10.11728/cjss2013.04.381
摘要:
基于1996-2005年88个引起重大地磁暴的CME(日冕物质抛射)事件、1996-2000年的47个CME事件以及1997-2002年的29个全晕状CME事件,结合ACE卫星在1AU处的太阳风和行星际磁场观测资料以及Wilcox Solar Observatory(WSO)天文台的太阳光球层磁图,分析了背景太阳风速度和日球电流片对CME到达1AU处渡越时间预报误差的影响.结果表明,背景太阳风速度与CME渡越时间误差并没有明显的相关性,在考虑了磁云通量管轴相对黄道面夹角的影响后相关性依然不明显.然而日球电流片对CME渡越时间却有明显的影响,对于初速度较小的异侧CME事件,其渡越时间大于同侧事件;而对于具有较大初速度的CME事件,异侧事件的渡越时间明显小于同侧事件.研究结果表明,CME与太阳风以及日球电流片的相互作用并不是简单的对流相互作用,造成高速CME异侧事件快于同侧事件到达地球的因素非常复杂,有待深入研究.
利用ACE卫星数据对太阳质子事件预警方法的研究
熊森林, 崔延美, 刘四清
2013, 33(4): 387-395. doi: 10.11728/cjss2013.04.387
摘要:
通过分析GOES和ACE卫星大于10MeV能量段的5min平均质子通量数据,发现两者有很好的相关性,最佳相关系数显示,GOES通量数据较ACE卫星数据有数十分钟至几小时的时间延迟.这为利用ACE数据进行质子事件预警提供了依据.本文提出一种利用ACE卫星大于10MeV能量段的通量数据对质子事件进行预警的方法.该方法在2001年8月7日至2012年2月20日这11年多时间的试验中,表现出较高的报准率(76.3%)和较低的虚报率(14.7%),预警提前时间在数十分钟至几小时不等.该方法的结果与美国国家海洋和大气管理局(NOAA)空间天气预测中心(SWPC)使用的预警模型对比,具有更高的报准率,较低的虚报率,在预警时间提前量方面两者相当.
行星际磁场对磁尾场向电流发生率的影响
程征伟, 史建魁, 张子迎, 刘振兴
2013, 33(4): 396-402. doi: 10.11728/cjss2013.04.396
摘要:
利用Cluster卫星的磁场和等离子体探测数据, 研究了行星际磁场(IMF)时钟角(clock angle) Φ和锥角(cone angle) θ对磁尾等离子体片边界层(PSBL)区场向电流发生率的影响. 当时钟角Φ >0时, 磁尾场向电流 的发生率较高, 这表明磁尾场向电流的发生与昏向太阳风条件更为密切; 当 90°<|Φ|<180°时, 场向电流的发生率较高, 这表明 场向电流的发生与南向IMF更为密切. 当锥角θ <30°时(即IMF与 日地连线夹角较小时)场向电流的发生率较低. 而当θ> 30°时, 场向电流在90°<|Φ|<180°的情况下发生率明显增大, 这说明南向IMF情况下, 场向电流发生率明显增大. 但是当|Φ|<90°时 (北向IMF情况下), 尽管θ很大, 场向电流的发生率并未明显增大. 当θ>70°时, 且在140°< < i>Φ<160°的行星 际磁场条件下, 磁尾等离子体片边界层区场向电流的发生率最大.
双通道辐射量计算太阳极紫外辐射E10.7指数方法初探
范磊, 韦飞, 符养, 赵伟, 费增坪
2013, 33(4): 403-409. doi: 10.11728/cjss2013.04.403
摘要:
从太阳极紫外辐射研究的重要性出发, 介绍了太阳极紫外辐射E10.7指 数及其作用, 详细阐述了利用两个能道的太阳辐射观测值计算极紫外辐射E10.7指数的计算方法. 利用该方法对实测太阳辐射数据进行处理, 计算获得了2000-2005年的每日E10.7指数, 并将计算结果 与Solar2000模式的输出结果进行对比分析, 验证了该计算方法的可行性, 对比结果表明, 最大相对误差在20%以内, 平均相对误差均在10%以内.
Observation of the Double Sodium Layer Over Haikou, China by Lidar
ZHANG Tiemin, WANG Jihong, FU Jun, YANG Dali, YANG Xianchang, WU Wei, YANG Guotao
2013, 33(4): 410-412. doi: 10.11728/cjss2013.04.410
摘要:
A Double Sodium Layer (DSL) structure was observed during the night of August 22, 2011 over Haikou, China (20°N, 110°E) by Na lidar. This DSL comprised a typical sodium layer at altitudes of 80~105km and a higher sodium layer at altitudes of 105~115km in about 0.5 h. A wavelength of 589nm dye laser pumped by a Nd: YAG laser was used to make the measurement. The backscattered fluorescence photons from the sodium layer were collected by a telescope with a primary mirror of 1000mm in diameter. The sodium density of these layers during the nighttime observation in the Mesosphere and Lower-Thermosphere (MLT) was studied.
Effect of Ion Dynamics on the Evolution of Electron Phase-space Holes
WANG Peiran, LU Quanming, WU Mingyu, WANG Shui
2013, 33(4): 413-417. doi: 10.11728/cjss2013.04.413
摘要:
The evolution of two-dimensional (2D) electron phase-space holes (electron holes) has been previously investigated with electrostatic Particle-in-Cell (PIC) simulations, which neglect ion dynamics. The electron holes are found to be unstable to the transverse instability, and their evolution is determined by the combined action between the transverse instability and the stabilization by the background magnetic field. In this paper, the effect of ion dynamics on the evolution of an electron hole is studied. In weakly magnetized plasma (Ωe < ωpe, where Ωe and ωpe are electron gyrofrequency and plasma frequency, respectively), the electron hole is still unstable to the transverse instability. However, it evolves a little faster and is destroyed in a shorter time when ion dynamics is considered. In strongly magnetized plasma (Ωe > ωpe), the electron hole is broken due to the lower hybrid waves, and its evolution is much faster.
地球同步轨道高能电子通量预报方法研究
郭策, 薛炳森, 林兆祥
2013, 33(4): 418-426. doi: 10.11728/cjss2013.04.418
摘要:
统计分析了GOES卫星测量得到的E > 2MeV能道电子通量与地磁Ap指数及太阳风数据的关系, 构建了基于径向基函数RBF的神经网络模型框架, 对GOES-12卫星所处的地球同步轨道高能电子通量进行提前1天的预报, 其对2008-2010年数据预测的效果较好. 另外, 发现在GOES-12卫星观测的E >2MeV能道高能电子达到108 cm-2·d-1·sr-1以上时, FY-2D卫星的测量数据同时达到108 cm-2·d-1·sr-1以上的比例达到90%左右. 通过对FY-2D卫星E >2MeV能道电子通量与GOES卫星E>2MeV电子通量的相关性分析, 建立了FY-2D卫星高能电子预报模型, 预报结果与实测通量符合较好.
不同太阳活动条件下电离层形态对估算GPS系统硬件延迟的影响
金亚奇, 张东和, 刘玉梅, 郝永强, 肖佐
2013, 33(4): 427-435. doi: 10.11728/cjss2013.04.427
摘要:
利用两个中纬度台站GPS观测数据提取的GPS卫星硬件延迟,分析了不同太阳活动情况下估算的硬件延迟稳定性和统计特征,结合同期电离层观测数据,研究了电离层状态对硬件延迟估算结果的影响.研究结果表明,基于太阳活动高年(2001年)GPS观测数据估算的硬件延迟稳定性要低于太阳活动低年GPS观测数据的估算结果,利用2001年GPS数据估算的卫星硬件延迟年标准偏差(RMS)平均值约为1TECU,而2009年GPS数据估算的卫星硬件延迟年标准偏差平均值约为0.8TECU.通过对2001年和2009年北京地区电离层F2层最大电子密度(NmF2)变化性分析,结合GPS硬件延迟估算方法对电离层时空变化条件的要求,认为硬件延迟稳定性与太阳活动强度的联系是由不同太阳活动条件下电离层变化的强度差异引起的.
强震前异常电场激发声重波对电离层的影响
徐彤, 胡艳莉, 王敏, 吴健, 吴振森, 索玉成
2013, 33(4): 436-440. doi: 10.11728/cjss2013.04.436
摘要:
震前地震孕育期地表异常增强的电场,通过大气电导率传输到电离层高度.该异常电场通过非稳态局部加热,可以在电离层高度激发声重波.基于该理论,利用一维时变中纬电离层物理模型,模拟了该扰动源对电离层电子密度的影响.结果表明,重力波引起的中性风速度扰动对电离层电子密度分布影响甚微,该机理无法解释震前电离层异常扰动现象.
微重力和空间生命科学
空间毛细管式蛋白质结晶室样品加载技术研究
李娜, 张贺桥, 尚桂军, 聂荣鑫, 马建华, 仓怀兴
2013, 33(4): 441-447. doi: 10.11728/cjss2013.04.441
摘要:
采用X-elax射线衍射技术研究蛋白质分子结构与功能的必要前提是获得高质量的蛋白质晶体.空间微重力环境是生长优质蛋白质晶体的理想场所.蛋白质样品的加载工艺对于空间蛋白质结晶实验的成效具有重要影响.针对为神舟八号飞船空间实验新研制的毛细管式空间蛋白质结晶室,结合样品加载基本流程,对加载工艺和伴随的气泡缺陷问题进行了系统和深入分析,确定了针头形状、毛细管封口质量和硅化效果、样品加载工具以及毛细管夹持方式等影响因素,并获得了实验测试验证.在此基础上,通过改进毛细管烧制工艺和样品加载工具,研制和使用专用毛细管夹具等措施,简化了蛋白质样品加载工艺,消除了气泡缺陷,提高了加载效率.新工艺的实施保证了空间实验任务的顺利完成.
空间探测技术
卫星规避方案量化分析方法研究
张耀, 杨旭, 刘静, 程昊文, 李大卫, 江海, 胡静静
2013, 33(4): 448-452. doi: 10.11728/cjss2013.04.448
摘要:
空间碎片数量日益增多,为保护在轨卫星的运行安全,需要针对碎片碰撞制定规避方案,用来规避碰撞风险.本文在调研国外卫星规避机动流程的基础上,分别研究了卫星规避相关的轨道机动方式、轨道预报模型以及交会风险计算模型,建立了卫星规避方案量化分析方法,为规避方案的选择提供参考.
三站雷达测量OSCAR-3卫星散射截面
金旺, 吴健, 吴振森, 刘拥军, 孙明国, 李辉
2013, 33(4): 453-457. doi: 10.11728/cjss2013.04.453
摘要:
在中国首次使用欧洲非相干散射雷达三站系统研究空间碎片.以美国OSCAR-3报废业余通信卫星的三站雷达探测散射截面为例,采用欧洲非相干散射雷达三站标准电离层实验模式,分析三站雷达目标散射截面的差异性.比较三站雷达的探测结果表明,Sodanky站雷达散射截面比Tromso站散射截面精度提高5倍;按照中国科学院国家天文台预报理论模型轨道计算,通过理论方向图修正雷达散射截面后,在不知道美国太空监测网所公布的数值时,Tromso站雷达散射截面具有参考价值.计算结果证实三站雷达能提供较为准确的雷达散射截面.
太阳帆航天器悬浮轨道动力学与控制
钱航, 郑建华, 于锡峥, 高东
2013, 33(4): 458-464. doi: 10.11728/cjss2013.04.458
摘要:
基于线性动力学模型和非线性动力学模型,研究了太阳帆航天器日心悬浮轨道保持与控制问题.首先,推导出了柱坐标形式的太阳帆动力学方程,并在参考悬浮轨道附近线性化以建立状态方程,然后对状态方程进行可控性分析.通过合理选择控制变量加权矩阵R,用线性二次型调节器(LQR)对线性模型进行控制.将得到的控制律代入非线性模型中进行验证,表明该控制律渐近稳定,并且具有良好的控制精度,可实现太阳帆悬浮轨道控制.