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多事件磁层亚暴演化对地球外辐射带的影响
汤朝灵
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0225
摘要(749) HTML全文(235) PDF 3711KB(84)
摘要:
磁层亚暴对地球外辐射带的动力学过程十分重要. 然而, 亚暴演化过程对外辐射带的影响尚不明确. 利用THEMIS卫星和范艾伦探测器的联合观测, 研究不同磁层亚暴事件对外辐射带的影响(源电子或合声波、种子电子的增强). 研究发现: 亚暴膨胀相触发的近地磁场偶极化是驱动能量电子向地球方向注入并最终影响外辐射带的关键环节; 外辐射带合声波的活动水平受到亚暴注入电子特性(注入电子通量、持续时间和投掷角分布)的显著调制, 并存在一定的事件依赖性; 亚暴的时序结构(脉冲式或连续式)会显著影响外辐射带的响应模式(一次响应或多阶段响应). 上述结果有助于进一步理解外辐射带动力学过程.
地表和低层大气剧烈事件激发的波动在中高层大气中的传播
徐寄遥, 袁韦, 李钦增, 孙龙昌, 吴坤, 刘伟军
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0154
摘要(1373) HTML全文(311) PDF 20779KB(175)
摘要:
地表与低层大气中的剧烈事件激发的波动以声波和重力波的形式向中高层大气和电离层传播, 并对中高层大气及电离层产生显著影响. 此类事件为研究地球各圈层耦合的物理机制提供了典型样本. 本文回顾了肖佐教授等关于地震、台风等剧烈事件对电离层影响的观测与研究成果, 重点介绍了所建立的覆盖中国上空的双层气辉观测台网, 以及依托该探测系统, 针对火山爆发、台风和雷暴等事件激发的重力波在中高层大气与电离层中的传播特性及其效应开展的相关研究. 研究结果表明, 尽管火山爆发产生的重力波难以直接长距离、大范围地在中高层大气中传播, 但通过海–气相互作用可以实现长距离大范围的传播. 背景大气结构对重力波传播具有重要影响, 其中大气波导可支持重力波发生反常的长距离、大范围的传播; 中小尺度重力波虽难以直接上传至热层, 但二次波机制可有效促进重力波从中层大气向高层大气传播; 针对台风事件开展的研究, 为探究低层大气剧烈事件对高层大气和电离层的影响提供了直接的观测证据.
多组分离子镜像与回旋不稳定性研究进展
马玉端, 杨有军, 阿力木·艾力木, 王卫
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0176
摘要(1221) HTML全文(409) PDF 9651KB(160)
摘要:
由离子垂直温度各向异性驱动的镜像(mirror)不稳定性和电磁离子回旋(EMIC)不稳定性在空间等离子体中普遍存在, 且在亚暴、磁暴的演化过程中具有非常重要的作用. 本文概述了磁流体力学和动理论下两种不稳定性的物理机制, 回顾了单一离子成分(质子)条件下两种不稳定性的基础理论研究成果; 进一步梳理了多组分离子中两种不稳定性的研究进展, 重点探讨了地球磁层中重离子(He+, O+)的引入对两种不稳定性产生的影响; 总结了多组分等离子体中不稳定性阈值与增长率的理论推导及数值模拟成果, 分析了当前研究中存在的挑战, 并对未来理论研究、数值模拟和卫星观测提出展望, 以期全面揭示多离子组分中该两种不稳定性的调控作用及其在全局动理学中的意义.
赤道等离子体泡形态学特征与闪烁效应研究进展
郑宇豪, 让心怡, 高顺祖, 万欣, 熊超
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2026-0068
摘要(579) HTML全文(176) PDF 34568KB(37)
摘要:
基于CHAMP, GRACE, Swarm等低轨卫星近20年的长期观测资料, 结合COSMIC掩星、地基GNSS (Global Navigation Satellite System)接收机网络和全天空成像仪等多源探测结果, 系统综述了EPBs形态学特征与闪烁效应的研究进展. 从太阳活动、地磁活动、高度、经度、季节和地方时等多个维度, 分析了赤道等离子体泡发生率的统计特征及其主要控制因素; 综述其空间尺度与三维形态特征, 包括东西向尺度、场向尺度、内部精细结构及其演化过程, 指出赤道等离子体泡是具有明显层级性和场向延展特征的多尺度三维不规则体结构; 归纳赤道等离子体泡相关磁场扰动的主要观测特征及其可能物理机制, 讨论了抗磁效应、场向电流和阿尔芬波扰动在理解其电磁响应中的作用; 进而, 系统评述了赤道等离子体泡引起的L波段信号闪烁、幅度衰减和GPS (Global Positioning System)信号中断等现象的统计规律、传播机制以及相关建模与应用研究进展.
Simulation and Experimental Validation of a Combined Ion Line and Plasma Line Inversion Method for Incoherent Scatter Radar
ZHANG Wenao, WANG Junyi, CAI Yihui, DING Feng, HÄGGSTRÖM Ingemar, YUE Xin’an
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2026-0006
摘要(420) HTML全文(88) PDF 3515KB(19)
摘要:
北京大学电离层高频多普勒频移监测仪研制发展历程
郝永强, 张东和
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0198
摘要(1030) HTML全文(152) PDF 20038KB(120)
摘要:
肖佐教授自1985年以来领导研制了北京大学电离层高频多普勒频移监测仪, 实现了基于计算机的数字化数据采集系统, 对电离层扰动开展实时连续监测; 子午工程一期监测仪采用GPS驯服频率源与直接数字频率合成技术, 实现了技术升级和设备小型化; 子午工程二期进一步引入软件无线电技术与“一发三收”台阵设计, 形成多空间尺度监测网络. 基于长期的持续观测数据, 肖佐教授领导团队开展了电离层对太阳爆发、磁暴、台风、地震等响应的研究, 在地球空间多圈层耦合研究领域取得了系列开创性成果.
中低纬电离层暴研究新进展
刘立波, 赵必强, 张瑞龙, 孙文杰, 于婷婷
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0205
摘要(1275) HTML全文(199) PDF 8730KB(200)
摘要:
本文梳理了中国科学院地质与地球物理研究所电离层研究团队近年来在电离层暴研究领域取得的主要研究进展. 重点介绍以下五个方面: 中低纬电离层暴响应的大尺度特性与经度依赖性; 暴时电离层–热层系统的耦合过程; 暴时低纬电离层电动力学与动力学响应过程及机理; 暴时中低纬电离层不均匀体的演化与机制; 电离层暴时参数的建模与预报研究. 相关研究综合利用全球与区域多源观测数据、数值模拟、统计分析及深度学习方法, 系统揭示了中低纬电离层暴的时间演化规律与空间分布特征, 并进一步阐释了其物理机制.
弱亚暴期STEVE演化的多源观测
王镜涵, 李书翰, 刘晶, 刘善彬
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0201
摘要(1197) HTML全文(227) PDF 8897KB(157)
摘要:
STEVE是亚极光电离层的白紫色光弧结构, 其形态演化能反映电离层–磁层–热层之间的耦合作用. 通过对2021年4月16日的STEVE事件的多源观测分析, 探究了弱亚暴条件下STEVE的形态演化与能量来源. 综合THEMIS全天空相机和GNSS, Swarm, AMPERE, NOAA POSE以及Arase (ERG)电离层与磁层卫星的多源观测, 确定该STEVE事件持续约1.5 h, 并演化出Picket Fence结构, STEVE局地表现出高电子温度、低电子密度、高速西向离子流和下行场向电流的典型特征. 局地较高的西向流速度(约4 km·s–1)与相对较高的电子温度(约8000 K)表明在SAID的摩擦加热之外还存在额外潜在热源. 磁层卫星观测显示, 以低能为主的电子沉降可能在STEVE形成过程中提供了额外能量. 在弱亚暴期间, SAID与低能电子沉降的联合作用会显著提升亚极光区电离层的电子温度, 进而促进STEVE和Picket Fence结构的形成.
Coupled Evolution of Storm-enhanced Density, Tongue of Ionization, and Polar Ionospheric Hole during the 10 May 2024 Superstorm
ZHANG Shun-Rong, COSTER Anthea J, AA Ercha, THAYYIL Jayachandran P, ZHANG Yongliang
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2026-0019
摘要(893) HTML全文(225) PDF 31609KB(75)
摘要:
载人航天任务中的空间辐射环境、效应与探测
贺鹏志, 隋丽, 华道本, 王志敏, 邵长胜, 史全岐, 贾向红
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0233
摘要(1002) HTML全文(285) PDF 5452KB(122)
摘要:
随着人类航天活动由近地空间向地月空间和行星际区域拓展, 空间辐射已成为制约任务可靠性与人类长期驻留能力的基础安全问题. 多源、高能、强时变的空间辐射环境, 对航天器安全和人体健康构成持续且难以预测的风险挑战. 尤其在失去地磁场保护的深空探测任务中, 空间辐射的时空特征与作用机制更加复杂, 对辐射监测与风险评估提出更高要求. 针对上述挑战, 有必要在环境认知、辐射影响和探测技术等层面开展研究. 本文围绕空间辐射环境特征及其航天器和生物效应, 以及辐射探测与剂量表征方法, 梳理相关研究进展, 并结合典型航天任务加以分析, 可为载人航天任务的辐射监测与风险评估提供科学依据, 对未来深空探测的安全性论证具有重要参考价值.
基于白谱法指数群驱动的全球电离层TEC深度学习预报研究
孙嘉豪, 王劲松, 陈洲
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2026-0022
摘要(482) HTML全文(129) PDF 5862KB(27)
摘要:
全球电离层总电子含量(TEC)的时空变化直接影响全球导航卫星系统(GNSS)的定位精度和通信系统可靠性. 针对传统太阳活动与地磁指数时间分辨率低、更新不及时, 限制极端空间天气条件下数据驱动预报性能的问题, 提出基于白谱法(SWM)的物理驱动指数群, 引入高纬扰动指数表征日地能量耦合过程, 并结合深度神经网络与3D Swin Transformer构建三维电子密度重构和时空预报两阶段框架. 结果表明, SWM指数与传统指数保持高度相关, 其高频物理特征可加快模型收敛、提高稳定性; SWM驱动模型显著优于IRI-2020经验模型, 并能抑制长时效预报的误差累积. 该指数群具有较强的实时更新和扰动捕捉能力, 可为高性能、业务化全球空间天气预报提供新的技术路径.
背景重离子对质子壳速度分布激发的快磁声波的影响
王若晗, 刘凯军, MIN Kyungguk
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0228
摘要(860) HTML全文(156) PDF 5850KB(95)
摘要:
一般认为, 地球内磁层中的快磁声波由沿垂直速度方向有正梯度的质子速度分布所驱动的质子伯恩斯坦波不稳定性激发. 研究采用等离子体动理学线性理论, 分析质子壳速度分布激发的质子伯恩斯坦波不稳定性的增长率、波数及不稳定波模范围等特征, 受背景冷等离子体中氦离子、氧离子浓度变化的影响. 结果表明, 背景氦离子或氧离子占比升高, 均会造成不稳定波模波数增大(波长变小), 整体增长率降低, 不稳定波模的谐波范围向低频移动; 相较于氦离子, 上述变化在氧离子占比升高时表现得更为显著. 对上述变化出现的物理原因进行分析与讨论, 研究结果不仅可以增进地球磁层中MS波激发机制的物理理解, 还对分析其他行星富含重离子磁层中类似波的激发机制具有重要意义.
基于星载全极化SAR的极区电离层TEC 反演及极光活动的影响
李长浚, 邢赞扬, 王成, 于志同, 张清和, 王勇, 马羽璋, 赵凌新, 陆盛, 王翔宇, 赵变龙, 安家琛
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0244
摘要(1197) HTML全文(219) PDF 5257KB(190)
摘要:
极光活动可引起极区电离层总电子含量(TEC)增强, 并对星载全极化合成孔径雷达(SAR)L波段电磁波传播产生显著影响, 进而导致附加相位误差和极化失真. 基于32景全极化SAR影像数据, 采用四种典型法拉第旋转角(FRA)反演算法获取极区电离层TEC, 并与同期当地地基GNSS-TEC观测结果进行对比评估; 同时选取2景重访影像, 定量分析极光活动对SAR信号质量的影响. 结果表明, 四种算法中, B&B算法反演的TEC结果与观测值一致性最好; 极光弧引起的TEC增强可导致FRA显著增大, 并使交叉圆极化积减小, 表明SAR信号信噪比降低. 研究结果表明, 基于B&B算法的全极化SAR可较有效反演极区TEC, 可为极区电离层扰动监测及其与极光活动关系研究提供新的技术手段.
中国扇区夜间电离层中尺度行扰分布特征及与中纬度扩展F的关联
李科, 张东和, 孙树计, 杨光林, 于世美, 黄为权, 郝永强
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0177
摘要(407) HTML全文(136) PDF 14485KB(38)
摘要:
电离层中尺度行扰(MSTIDs)与中纬度扩展F(MSF)是中纬度电离层F层最常见的两个不同尺度的现象. 利用CMONOC的250余个GNSS(Global Navigation Satellite System)接收站及4个CRIRP (China Research Institute of Radiowave Propagation)测高仪台站数据, 对2014－2023年夏季夜间中MSTIDs (Medium-Scale Traveling Ionospheric Disturbances)活动的分布规律以及与扩展F现象的关联进行了统计分析. 结果揭示了中国扇区MSTIDs的太阳活动和季节依赖性——太阳活动低年发生率显著高于高年, 且主要活跃于夏季夜间; 空间分布上, MSTIDs存在两个机制不同的发生率峰值区域: 东侧峰值符合Perkins不稳定性驱动特征, 西侧峰值则与青藏高原东南侧区域频发的重力波活动密切相关. 进一步研究发现, MSTIDs与FSF(Frequency Spread-F)倾向于在同一夜晚出现, 但二者存在稳定的统计时间先后关系, 即MSTIDs先于FSF发生, 该时序特征为揭示MSTIDs对FSF的潜在激发作用提供了关键观测依据.
磁暴期间与非磁暴期间的超强亚暴对比研究
马佳荣, 乐超
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2026-0009
摘要(865) HTML全文(131) PDF 12299KB(100)
摘要:
磁层亚暴作为太阳风–磁层–电离层耦合的一种基本模式, 对近地空间环境具有显著影响. 超强亚暴是指AE或SME指数最大值超过2000 nT的亚暴, 相较于一般强度的亚暴有着更强的能量注入过程和不同的响应模式. 本文基于现有的亚暴列表, 选取太阳风条件相近、分别发生于磁暴期间与非磁暴期间的两个超强亚暴案例, 利用地球同步轨道卫星LANL与GOES的实地观测数据、OMNI与SuperMAG的极光电急流与环电流参数以及CIMI模型的模拟结果从空间环境、能量运输与环电流的角度对两案例进行了对比分析. 结果表明: 磁暴期间的超强亚暴信号传播可能比非磁暴期间的超强亚暴信号传播距离更短, 这主要是因为背景等离子体环境不同导致的; 非磁暴期间超强亚暴SME指数在地方时上出现明显的双峰结构; 磁暴的出现会造成氧离子的增强, 使得超强亚暴期间环电流更强. 通过对磁暴期间和非磁暴期间超强亚暴异同点的研究, 可以更深入地理解超强亚暴的作用过程和影响机制、超强亚暴与磁暴之间的联系, 进一步推动对空间天气与日地空间环境的认识.
基于子午工程地磁数据构建中国区域地磁指数
刘子谦, 李晖, 王赤
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0200
摘要(1148) HTML全文(164) PDF 4301KB(165)
摘要:
地球磁层环电流所造成的中低纬度地区地表磁场水平分量的剧烈扰动, 可以通过暴时扰动(Dst)指数和对称H分量(SYM-H)指数来表征. Dst指数和SYM-H指数作为衡量地磁活动的重要指标, 能够清楚反映磁暴的发生时间和强度. 由于磁暴期间环电流的不对称性, 不同地方时的地磁扰动水平存在显著差异, 而Dst指数和SYM-H指数作为全球地磁指数, 不一定能准确描述中国区域的地磁扰动情况. 本文利用子午工程拉萨、成都、武汉、杭州4个台站2010－2024年的地磁数据, 计算得到了中国区域地磁指数(cDst指数、cSYM-H指数), 并与全球地磁指数(Dst指数和SYM-H指数)开展对比分析. 结果表明, 两类中国区域地磁指数能更准确地描述中国区域地磁扰动特征, 其与全球地磁指数的差异呈现晨昏侧依赖性: 中国位于昏侧时, 中国区域地磁指数绝对值大于全球地磁指数; 而位于晨侧时, 则小于全球地磁指数. 相应地, 中国位于昏侧时, 中国区域磁扰数量多于磁暴数量; 而位于晨侧时, 则少于磁暴数量. 这些现象的物理机制与环电流的晨昏不对称性密切相关. 同时, 基于中国区域地磁指数可有效反演全球地磁指数, 反演结果符合良好, 所以在全球地磁指数无法获取时, 可以提供高质量补充数据.
兴隆台站OH (3-1) 转动温度的反演与分析
李敏, 朱亚军, 刘伟军, 袁韦, 徐寄遥
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2026-0043
摘要(558) HTML全文(159) PDF 5541KB(66)
摘要:
中间层顶是地球大气响应太阳活动和低层大气波动变化的关键区域, 中间层顶温度是理解中高层大气动力过程和气候变化的重要参数, OH气辉的转动温度常被用于监测中间层顶区域的长期变化. 为研究该区域温度的长期变化, 使用中国兴隆台站(40°24'N, 117°35'E)地基红外光谱仪(Ground-Based Infrared Spectrometer, GBIS)在2017－2024年的OH (3-1)气辉光谱数据, 通过多光谱全局优化拟合算法反演得到OH气辉的转动温度. 研究发现, OH (3-1)转动温度在2017－2024年年平均转动温度平均值为199.3 K, 且呈现出显著的季节性变化特征, 表现为冬季温度高、夏季温度低, 年周期振幅约为11.6 K, 为主导季节振荡成分; 其年际变化与太阳活动变化具有良好的对应关系, 夏季和冬季平均温度均呈上升趋势, 其中冬季增温速率明显高于夏季. 研究表明, 兴隆地区中间层顶温度变化受到太阳活动和大气动力过程的共同调制, OH (3-1)转动温度可作为监测中间层顶长期温度变化的重要指标.
基于NCSW空间天气事件概率预报水平分析
刘丹丹, 赵海娟, 李沐, 陈安芹, 唐伟, 郭建广
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0188
摘要(416) HTML全文(114) PDF 7094KB(40)
摘要:
基于国家空间天气监测预警中心(NCSW)2005－2022 年空间天气事件概率预报数据, 系统检验 M 级耀斑、X 级耀斑、质子事件、小地磁暴及中等及以上地磁暴预报性能, 并在可靠性–锐度–分辨率框架下与美国 SWPC 对比. 结果表明, 各类事件预报技巧均随时效延长衰减. M 级耀斑预报在样本充足年份性能稳定, 太阳活动低年波动明显; X 级耀斑样本稀缺, 空报现象突出, 业务上呈现 “宁可虚报” 的策略; 质子事件采用零虚报的保守预报策略; 小地磁暴预报在后期同等样本条件下技巧较早期显著提升; 中等及以上地磁暴发生频次低, 整体预报技巧偏弱. 多指标联合分析显示, TSS 适用于逐年业务能力跟踪, 统计特征分析服务于长期系统校准, PC 指标受事件基础率影响显著, 需结合 TSS 综合评估. 对比可见, NCSW 在预报可靠性与虚报控制方面具备优势, SWPC 锐度表现更强; 短时效 NCSW 综合判别能力更佳, 二者性能差异随预报时效延长逐步缩小. 本文完成 NCSW 18 年概率预报连续检验, 揭示稀少空间天气事件预报特征, 可为中国空间天气业务评估与预报能力建设提供支撑.
Statistical Study of Plasmaspheric Plumes Based on THEMIS Observations
HU Yuanqiao, LIU Wenlong, YAN Li, ZHANG Dianjun, HE Bin
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0240
摘要(1149) HTML全文(203) PDF 6133KB(122)
摘要:
2025年缅甸Mw7.7地震诱发的电离层扰动观测分析
韩芸蔓, 杨雨嫣, 赵秀宽, 吕建永, 刘立波
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0247
摘要(1387) HTML全文(207) PDF 6721KB(120)
摘要:
针对2025年3月28日缅甸Mw 7.7级走滑型地震激发的同震电离层扰动(CSID), 探究复杂震源破裂对地震–大气–电离层耦合过程的影响. 基于IONISE与IGS地基GNSS观测网络的高时空分辨率TEC数据, 通过滑动平均去趋势与2～6 min周期四阶Butterworth带通滤波, 有效提取CSID信号. 结果表明, 震后06:36－06:39 UTC期间, 近场(<1000 km)区域清晰出现周期约5 min的“N”型扰动, 最大振幅达0.97 TECU; 扰动在方位上呈现显著东西不对称性, 即东侧(30°－225°)振幅远高于西侧. 该特征在多颗不同方位的卫星观测中均存在, 排除了视线方向几何效应或地磁场调制的主导作用. CSID水平传播速度介于1.6～3.4 km·s–1, 具有明显方位依赖性, 与地表瑞利波速度范围基本吻合, 表明扰动主要由瑞利波模态激发. 结合该地震初期双向破裂, 随后转为南向超剪切单向破裂的动力学特征, 超剪切破裂理论上可能通过马赫波效应增强特定方向的瑞利波辐射. 本研究结果表明, GNSS TEC观测能捕捉震源破裂的方向性特征, 为理解瑞利波辐射模式及跨圈层耦合过程提供了有价值的观测线索.
基于子午工程流星雷达数据的微流星体环境特征分析
石敏钰, 冯帅, 王荣兰, 罗冰显
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0236
摘要(926) HTML全文(236) PDF 10845KB(102)
摘要:
微流星体是威胁中国空间航天器安全的重要因素, 历史上已发生多起流星体撞击导致航天器异常的事件, 因此开展流星体环境的建模研究具有重大意义. 基于中国子午工程漠河站的观测数据, 反演近地空间微流星体的特征, 分析中国中高纬度上空微流星体的数量、高度、方位角、天顶角及通量等时空分布特征, 并反演了其质量和速度等物理特性. 结果表明, 流星体活动呈现明显季节与昼夜波动差异, 夏季多于冬季, 夜间高于白天; 空间分布不均, 主要集中在西北方向; 速度多在20～80 km·s–1之间, 高度集中于75～125 km. 反演通量结果与经典Grün模型对比发现, 对于大尺寸流星体的通量结果, 二者一致性较好. 该研究可为中国自主流星体环境建模研究提供技术支撑.
太阳耀斑对热层–电离层–磁层耦合系统影响研究进展
刘宣青, 陈耀, 乐会军, 刘晶
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0218
摘要(1212) HTML全文(208) PDF 38583KB(121)
摘要:
作为太阳爆发的重要形式, 耀斑可瞬时释放出强烈的电磁辐射, 可显著扰动地球热层–电离层–磁层(T-I-M)耦合系统. 系统综述了近10年来中国在耀斑对T-I-M(Thermosphere-Ionosphere-Magnetosphere)系统多尺度影响及其耦合物理机制方面的研究进展. 在热层响应方面, 重点总结耀斑引起的热层加热、中性成分变化及大气动力学过程; 在电离层扰动方面, 分析耀斑引发的瞬时光电离响应、动力学变化以及电动力学过程中电场、电流体系的重构, 尤其关注了耀斑极紫外后相对电离层的影响; 在磁层耦合方面, 阐述耀斑通过极区电导率变化调制场向电流与磁层对流结构的观测证据与机理, 探讨耀斑与磁暴共同作用下的非线性耦合特征.
基于太阳黑子的邵阳地区月降水量预报
赵海娟, 孙飞飞, 刘丹丹, 张强, 郭建广, 谢津平, 李建柱
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0220
摘要(489) HTML全文(113) PDF 6506KB(35)
摘要:
开展邵阳地区月降水量的精准预报研究, 构建太阳黑子相对数年滑月均值(RSSNy)指数, 基于该指数构建径向基函数(RBF)神经网络预报模型; 以RSSNy指数的预测结果为核心输入变量, 构建多层感知器(MLP)月降水量预报模型, 实现从太阳活动信号到降水量的关联建模; 定义降水量丰枯指数(RAI), 通过该指数的构建有效克服预报模型优化过程中局部最优与全局最优的矛盾, 进而采用MLP模型开展RAI预测研究. 研究结果表明, 基于RSSNy指数的RBF预报模型性能优异, 在率定期、验证期及预测期均呈现良好的稳定性与精度, 其中t+1月预测结果中, 93%样本的相对误差小于10%; MLP月降水量预报模型拟合与泛化能力突出, 训练集与测试集的决定系数(R2)均达到0.99, 满足高精度预报要求; 定义的RAI指数为降水量丰枯状态的量化评估提供了有效工具, 具有进一步深化研究与推广应用的价值; MLP月RAI预报模型的预测精度达到满足相关规范规定的精度标准要求, 可有效实现降水量丰枯状态的提前预判. 综上研究结果, 突破了传统降水预报仅依赖局地气象因子的局限, 为月尺度降水预报提供了新的技术路径与理论支撑.
基于低纬超视距电离层雷达的电离层扰动观测
代国峰, 李国主, 张东和, 郝永强, 胡连欢, 孙文杰, 解海永, 宁百齐, 赵秀宽, 李怡, 刘建飞
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0207
摘要(1140) HTML全文(237) PDF 24320KB(110)
摘要:
在低纬电离层, 等离子体泡和行进式扰动是两种重要的电离层扰动现象. 这两种现象均能影响无线电波传播, 干扰卫星通讯和导航定位系统的正常工作. 由于陆基探测手段的局限, 目前对低纬海洋上空的电离层行进式扰动和等离子体泡观测仍存在大量空白. 基于子午工程二期海南低纬超视距电离层雷达, 介绍了一种超视距探测低纬电离层扰动的方法, 实现了对电离层等离子体泡的追踪和行进式扰动的二维结构成像. 雷达对等离子体泡的定位结果与全球导航卫星系统接收机的电离层闪烁指数观测结果一致, 对电离层行进式扰动的观测结果与电离层总电子含量的观测结果存在显著差异. 这种差异可能部分来源于两种观测手段高度上的区别. 鉴于雷达目前仅能观测准东/西方向传播的电离层行进式扰动和雷达东西方向大范围的电离层不均匀体, 给出一种将其观测方位拓展至全向(360°)的方法, 有效增大了雷达对背景电离层扰动和不均匀体的探测范围.
张衡一号地球物理场探测卫星高精度在轨定标技术
泽仁志玛, 黄建平, 杨艳艳, 颜蕊, 林剑, 张振霞, 楚伟, 刘大鹏, 杨德贺, 许嵩, 鲁恒新, 王婕, 黄河, 胡云鹏, 谭巧, 李文静, 周娜
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2026-0023
摘要(780) HTML全文(191) PDF 10285KB(59)
摘要:
聚焦张衡一号电磁监测试验卫星(01星)4大类8种载荷的数据定标难题, 构建了电磁卫星数据全链路在轨定标技术体系. 该体系纵向实现了各载荷原始电信号—物理量—数据的逐级在轨定标, 横向发展了载荷间、星间、星地、模型与实测数据之间的多维交叉校验方法. 经过在轨定标优化, 张衡一号01星(CSES-01)数据指标满足: 电磁场频率分辨率为0.45 Hz、高能粒子通量0.01 MeV及投掷角分辨率5°; 磁场精度优于1 nT、等离子体相对精度优于10%; 基于掩星接收机观测数据估算GPS卫星仪器偏差精度0.8 ns. 该在轨定标技术体系形成了电磁卫星定标领域的自主技术方案,已成功应用于张衡一号01星常规数据生产, 并驱动了张衡一号02星(CSES-02)工程改进, 提升了卫星整体观测性能, 为中国在该领域实现从技术追赶向并跑与引领的跨越奠定了关键技术基础.
Polar Cap Potential Saturation and Ionospheric Convection Patterns during Superstorms
DU Aimin, LUO Hao, GE Yasong, ZHANG Ying, XU Wenyao
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0223
摘要(286) HTML全文(94) PDF 15777KB(9)
摘要:
2019年12月8日中国低纬区域电离层行扰事件传播演化过程
罗吉, 文博, 吴坤, 刘斯, 肖伏良, 张爱彬, 徐寄遥, 朱亚军
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0221
摘要(1079) HTML全文(189) PDF 23029KB(150)
摘要:
利用子午工程富克台站(19.5°N, 109.1°E)气辉成像仪观测数据、数字测高仪探测数据、北海台站(21.7°N, 109.2°E) GPS(Global Positioning System)-TEC(Total Electron Content)探测数据及TIE-GCM(Thermosphere-Ionosphere-Electrodynamics General Circulation Model)模拟数据, 对中国低纬区域2019年12月8日富克台站上空的夜间中尺度电离层行进式扰动(Medium-scale Travelling Ionospheric Disturbances, MSTIDs)事件进行了研究. 结果表明, 在夜间中国低纬区域上空观测到典型的北半球MSTID结构, 其相平面呈西北–东南分布的明暗相间条带, 向西南方向传播. 在传播过程中, MSTIDs两条暗条带发生了追赶现象, 后出现在观测视野中的暗条带追赶上了先出现的暗条带. 利用TIE-GCM模型模拟了夜间背景风场与电子密度分布, 模拟结果显示, 电离层背景纬向风场梯度差异与低纬区域赤道电离异常区高密度电子密度分布的协同作用是调控此次MSTIDs发生追赶过程的主要原因. 本研究为不均匀的中性风场以及电子密度分布对MSTIDs传播特征的影响提供了理论依据.
电离层不规则体结构数值与实验室模拟研究进展
雷久侯, 江孔涵, 刘宇
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2026-0042
摘要(1234) HTML全文(298) PDF 14532KB(122)
摘要:
电离层中存在着从厘米至上百千米特征尺度的等离子体密度不规则体. 这些不规则体对穿过其传播的无线电波会造成信号相位与幅度的快速起伏、衰落与散射, 因此电离层不规则体对无线电波传播特性有重要影响. 按纬度分布,电离层不规则体可划分为赤道与低纬电离层不规则体、中纬电离层不规则体及极区电离层不规则体. 过去几十年, 电离层不规则体结构的探测、时空分布特征与理论方面的研究均取得长足进展, 其中北京大学肖佐教授团队在电离层不规则体的探测、理论模式以及装置模拟方面开展了先驱性的工作. 本文主要梳理中国科学技术大学电离层研究团队近年来在电离层不规则体模拟领域取得的部分研究进展,包括地球赤道/低纬、中纬和高纬度电离层不规则体模拟研究, 以及针对部分电离等离子体不稳定性的电离层实验室模拟. 这些方面的工作利用高性能数值模型与空间环境实验室模拟装置, 系统地揭示了中低纬电离层不规则体的形成与演化机制, 为相关物理机理的深入研究提供了重要的依据.
低纬度电离层电子浓度午夜塌陷研究进展
龚韵, 陈鑫坤, 马铮, 张绍东
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2026-0027
摘要(1000) HTML全文(199) PDF 5480KB(120)
摘要:
低纬度电离层午夜塌陷是夜间电离层电子浓度演变中一种典型的结构性变化, 表征了夜间电离层离子垂直输运及其动力学调制作用. 自该现象被观测以来, 围绕其形态特征与物理机制开展了大量研究, 相关工作采用地基雷达观测、卫星观测资料以及数值模拟等多种研究方法. 本文系统回顾了数十年来低纬度电离层午夜塌陷的研究进展, 重点总结其在不同季节、不同地磁活动水平下的主要形态特征; 围绕其物理机制, 着重讨论离子垂直漂移速度在午夜塌陷形成与演化中的主导作用, 并进一步分析影响离子垂直漂移变化的关键因素. 在此基础上, 结合当前观测与理论研究进展, 对午夜塌陷及相关夜间电离层动力学过程的未来研究方向进行展望.
曲靖非相干散射雷达建设历程与观测研究进展
丁宗华, 吴健, 杨嵩, 代连东, 徐彬, 苗建苏
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2026-0003
摘要(944) HTML全文(169) PDF 27275KB(103)
摘要:
非相干散射雷达是目前地基电离层探测的重要设备. 本文概述了中国曲靖非相干散射雷达早期论证与建设过程, 给出该雷达在电离层、空间碎片、月球探测方面的代表性结果, 分析了目前存在主要问题, 介绍了下一步观测计划. 结果表明, 曲靖非相干散射雷达可用于电离层电子密度与等离子体温度日变化、电子密度二维分布、电离层异常结构的探测以及双站接收实验, 支撑曲靖地区电离层变化与空间天气扰动研究; 可用于3 cm以上的低轨道空间碎片凝视探测, 给出距离、方位、仰角、散射截面、径向速度等参数, 进一步估算几何特征、运动姿态等, 支撑低轨道空间碎片监测预警; 可用于月球散射回波二维成像探测, 给出月球反照率等参数的空间分布, 支撑月球次表层资源探测.
基于夸父二号卫星地球凌日观测的科学研究展望
李昊, 田晖, 张苇杭, 覃建旗, 乐新安, 何茂盛, 于锡峥
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0237
摘要(1526) HTML全文(305) PDF 4169KB(196)
摘要:
夸父二号科学卫星在利用木星引力改变轨道倾角飞出黄道面之前, 将在黄道面环日飞行, 有望在可见光和极紫外多个波段完整观测地球凌日过程. 本文主要围绕夸父二号未来将开展的地球凌日观测, 预先分析其可开展的相关科学研究内容. 一方面, 利用极紫外波段地球大气遮掩太阳的观测, 可反演地球热层氧原子数密度及其垂直分布. 基于地球经验大气模型, 对极紫外波段地球大气吸收进行了正演模拟, 反演测试表明, 可有效反演地球热层250～600 km范围内的氧原子数密度分布;另一方面, 基于地球凌日过程中在极紫外与可见光波段表现出的光变曲线特征, 可预估未来极紫外波段开展系外行星凌星探测的典型光变信号. 模拟分析了行星凌星过程中极紫外波段的光变曲线特征. 由于行星大气对极紫外辐射具有显著吸收作用, 光变曲线将呈现出不同于可见光波段的变化特征. 上述结果不仅对理解地球大气热层的性质具有重要意义, 而且能为探测系外行星高层大气的特性提供重要启示.
面向星载智能平台的电离层–热层耦合模式研究
任志鹏, 于婷婷, 李韶阳, 王瑜晗
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0239
摘要(819) HTML全文(225) PDF 2082KB(107)
摘要:
随着航天系统向自主化、智能化发展, 传统“天感地算”的空间环境保障模式已难以满足实时响应与自主决策需求. 针对卫星平台对实时空间环境信息的迫切需求, 以自主的全球电离层–热层耦合模式GCITEM-IGGCAS为基础, 开展面向星载平台的改造研究. 针对星上运行中面临的系统适配性、计算效能与实时性三大挑战, 实施了运行环境适配与稳定性加固、优化计算效率以及数据接口构建等关键改造. 改造后的模式在保持原有物理内核的基础上, 显著提升了在多样化星载平台上的运行鲁棒性、计算效率与动态响应能力. 模拟结果表明, 该模式可稳定输出热层中性密度与电离层总电子含量等关键环境参数, 其空间分布符合物理规律, 具备为航天器自主轨道管理、通信导航增强等任务提供实时环境信息支撑的潜力. 本研究为高端科学模型向星载智能模块的工程化转型提供了可行路径, 对推动“天感天算”能力建设具有重要意义.
Derivation and Evaluation of Nighttime Zonal Wind in the Thermosphere Based on SYISR Observations
ZHANG Ning, YUE Xin’an, ZHOU Xu, CAI Yihui, WANG Junyi, WANG Yonghui, ZHU Yajun, DING Feng, NING Baiqi
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0199
摘要(1023) HTML全文(197) PDF 27583KB(164)
摘要:
中巴资源一号卫星星内粒子探测器研制回顾
邹鸿, 仲维英, 郝永强
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0164
摘要(1040) HTML全文(288) PDF 11263KB(148)
摘要:
中巴资源一号01卫星星内粒子探测器是北京大学项目组研制的第一个空间粒子辐射探测载荷. 该载荷的主要功能是对卫星内部高能电子和质子的辐射环境进行监测. 本文详细介绍了星内粒子探测器的研制过程、发射和在轨运行、数据处理以及基于载荷数据发表的研究成果. 对观测结果的分析和研究表明, 星内粒子辐射探测器在轨工作正常, 性能指标满足要求, 观测结果符合预期. 中巴资源一号01卫星星内粒子探测器的成功研制开创了中国高校研制星载粒子辐射探测载荷的先河, 为北京大学空间探测载荷研制能力的提升和承担后续研制任务奠定了坚实的基础.
基于子午工程GNSS数据的中国电离层空间天气同化系统
阿尔察, 罗心越, 陈艳红, 沈华, 袁天娇, 黄文耿, 王昕, 鲁国瑞, 罗冰显
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0182
摘要(1517) HTML全文(352) PDF 12305KB(197)
摘要:
国家重大科技基础设施子午工程二期的建成并通过国家验收, 为电离层空间天气研究和业务应用提供了有力支撑. 基于子午工程GNSS观测, 构建了中国电离层空间天气新一代同化系统. 该系统依托子午工程及国际GNSS服务组织等85个稳定运行的观测台站, 融合GPS、GLONASS、北斗、伽利略四大GNSS系统多模观测数据作为驱动, 采用三维变分同化方法, 生成覆盖中国及周边区域(15°－55°N, 70°－140°E)的高精度空间天气业务化地图, 有效提升了对电离层扰动特征的精细化重构能力. 该同化系统可以提供网格点TEC、差分TEC、ROTI指数等电离层空间天气数据, 时空分辨率1°×1°×15 min, 并在中国科学院国家空间科学中心——空间环境预报中心网站(http://www.sepc.ac.cn/TEC_chn.php)发布. 该同化系统可用于中国区域电离层空间环境精细化监测, 也为精准分析电离层空间天气多尺度变化特性和机理提供了重要支撑, 同时还为短波通信、雷达成像、卫星导航、空间环境现报等工程和应用领域提供了及时、准确、有效的电离层空间天气变化信息与误差修正.

期刊介绍

ISSN 2097-7689       CN 11-1783/V

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