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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(1133) HTML全文(227) PDF 14532KB(118)
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(811) HTML全文(101) PDF 5480KB(108)
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(816) HTML全文(93) PDF 27275KB(98)
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(1032) HTML全文(135) PDF 5767KB(180)
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4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, 4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.
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(1208) HTML全文(181) PDF 4169KB(192)
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.
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(589) HTML全文(109) PDF 3709KB(81)
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.
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(709) HTML全文(131) PDF 2082KB(105)
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.
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(441) HTML全文(91) PDF 35033KB(33)
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.
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(870) HTML全文(155) PDF 5190KB(115)
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.
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(1076) HTML全文(140) PDF 8897KB(155)
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.
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, MINKyungguk
, doi: 10.11728/cjss2026.05.2025-0228
摘要(731) HTML全文(120) PDF 5850KB(93)
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.
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(906) HTML全文(134) PDF 27583KB(162)
摘要:
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(1130) HTML全文(204) PDF 10652KB(158)
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.
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(1250) HTML全文(224) PDF 29900KB(172)
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.
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(895) HTML全文(172) PDF 11263KB(147)
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(1375) HTML全文(206) PDF 12305KB(195)
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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