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临近空间太阳紫外辐射环境模拟与地区差异

张轩谊

张轩谊. 临近空间太阳紫外辐射环境模拟与地区差异[J]. 空间科学学报, 2022, 42(6): 1129-1136. doi: 10.11728/cjss2022.06.211208128
引用本文: 张轩谊. 临近空间太阳紫外辐射环境模拟与地区差异[J]. 空间科学学报, 2022, 42(6): 1129-1136. doi: 10.11728/cjss2022.06.211208128
ZHANG Xuanyi. Simulation of Solar Ultraviolet Radiation Environment in Near Space and Analysis of Topographic Difference (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2022, 42(6): 1129-1136 doi: 10.11728/cjss2022.06.211208128
Citation: ZHANG Xuanyi. Simulation of Solar Ultraviolet Radiation Environment in Near Space and Analysis of Topographic Difference (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2022, 42(6): 1129-1136 doi: 10.11728/cjss2022.06.211208128

临近空间太阳紫外辐射环境模拟与地区差异

doi: 10.11728/cjss2022.06.211208128
基金项目: 国家自然科学基金项目(41974211),中国科学院战略先导科学专项(XDA17010201)和北京市科技委培育项目(Z201100003520005)共同资助
详细信息
    作者简介:

    张轩谊:E-mail:zhangxuanyi17@mails.ucas.ac.cn

  • 中图分类号: P422.3+1

Simulation of Solar Ultraviolet Radiation Environment in Near Space and Analysis of Topographic Difference

  • 摘要: 太阳紫外辐射是临近空间能量输入的主要来源之一,对其在中层大气的辐射特性进行研究,是研究临近空间大气成分与密度变化、光化学反应以及动力学过程的重要基础。依托“鸿鹄”临近空间探测专项计划,利用MODTRAN5辐射传输模型及卫星实测数据,模拟并对比中国11个主要地形区上空临近空间(20~50 km)紫外辐射(200~400 nm)垂直分布和季节演变的异同,计算了臭氧含量、太阳天顶角和日地距离等关键因素对辐射强度的影响。结果表明,各地形区的辐射流量垂直分布廓线和年较差垂直分布廓线较为一致,在地理位置上毗邻的地区辐射特性及季节演变较为接近,但在太阳紫外的不同波段之间区别较大。研究成果为临近空间探测实验提供了数据支撑,为大气反演等相关领域提供参考。

     

  • 图  1  大气臭氧质量含量分布

    Figure  1.  Atmosphere mass content of ozone

    图  2  主要地形区划分(编号说明对应表1

    Figure  2.  Main topographic area division (Number meanings correspond to Table 1)

    图  3  臭氧含量与透过率的函数关系(UVA对应右侧坐标)

    Figure  3.  Functional relationship between ozone content and transmittance (UVA corresponds to the right coordinate)

    图  4  辐射流量(200~400 nm)随太阳天顶角的变化情况

    Figure  4.  Variation of 200~400 nm radiation flux with Solar Zenith Angle (SZA)

    图  5  MODTRAN大气模型中的温度廓线

    Figure  5.  Temperature profiles of the MODTRAN model atmospheres

    图  6  MODTRAN大气模型中的臭氧廓线

    Figure  6.  MODTRAN model atmosphere profiles for O3

    图  7  不同地形区年平均紫外辐射流量随高度变化情况

    Figure  7.  Variation of the annual mean ultraviolet flux with altitude in different topographic areas

    图  8  临近空间 (20~50 km)平均紫外辐射流量(200~400 nm)随月份变化情况

    Figure  8.  Monthly variation of the mean ultraviolet radiation flux (200~400 nm) in the near space (20~50 km)

    图  9  不同地区紫外辐射年较差随高度变化情况

    Figure  9.  Annual range of ultraviolet radiation in different regions with different altitude

    表  1  中国临近空间区域划分

    Table  1.   Region divisions of China near space

    地势阶梯编号地形区经纬范围
    第一阶梯
    (平均高度大于
    4 km)
    1 青藏高原 80°E-100°E
    30°N-40°N
    2 柴达木盆地 94°E-96°E
    37°N-39°N
    第二阶梯
    (平均高度
    1~2 km)
    3 塔里木盆地 80°E-90°E
    39°N-40°N
    4 准噶尔盆地 84°E-86°E
    44°N-46°N
    5 内蒙古高原 110°E-120°E
    39°N-41°N
    6 黄土高原 105°E-110°E
    34°N-36°N
    7 四川盆地 104°E-106°E
    29°N-31°N
    8 云贵高原 100°E-110°E
    24°N-28°N
    第三阶梯
    (平均高度小于
    500 m)
    9 东北平原 120°E-135°E
    40°N-53°N
    10 华北平原 115°E-120°E
    33°N-40°N
    11 长江中下游平原 110°E-120°E
    29°N-31°N
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    表  2  地球位于近日点与远日点的大气层顶紫外(200~400 nm)辐射流量

    Table  2.   Ultraviolet radiation flux (200~400 nm) at the top of the atmosphere when the Earth at perihelion and aphelion

    地球位置日期辐射流量/(W·m–2
    近日点1月5日1.1677×10–6
    远日点7月4日1.0984×10–6
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-08
  • 修回日期:  2022-06-13
  • 网络出版日期:  2022-11-25

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