2004年11月极区中层冬季回波在224 MHz的时空特征分析

在2004年11月9-13日太阳质子事件期间利用224 MHz雷达研究了连续五天出现的极区中层冬季回波（polar mesosphere winter echoes,PMWE）,发现电离层D区电子密度增强会增大PMWE的产生几率,PMWE强度越大,其持续时间越长,高度范围越大.由于白天D区的电离水平更高,PMWE在白天的出现率很高,在夜晚很低.通过深入分析发现,PMWE与宇宙噪声吸收（cosmic noise absorption,CNA）的极大值存在对应关系,表明PMWE与高能粒子沉降导致的电离层D区电子浓度增强密切相关.同时也发现,极区中层冬季回波和极区中层夏季回波体反射率对频率的依赖性不同,暗示二者的产生机理也可能有所不同.     

曲靖上空空间碎片姿态、分布和散射特性的统计分析

空间碎片监测对保障人类空间与航天活动具有重要意义.文中利用曲靖非相干散射雷达探测数据分析了空间碎片统计分布特征,并探讨了空间碎片姿态.主要结果包括:1）空间碎片多集中在800 km和1 000 km高度区域,尺寸主要分布在10~30 cm,径向速度主要集中在1 km/s附近.通过速度的对称性推测空间碎片轨道倾角应关于极轨道对称.2）验证了空间碎片的翻滚姿态特性并推测出空间碎片形状随轨道高度的变化趋势,即在更高的轨度高度上形状更加均匀规则.同时可利用翻滚姿态与其他空间目标如卫星进行识别分类,即如果雷达散射截面积（radar cross section,RCS）较大,且不具备周期性,则为正常的卫星过境.     

基于MODIS云产品的北京地区卷云特性统计分析

利用2007年1月到2008年12月北京地区MODIS云产品数据（MYD06）,对北京地区卷云的光学厚度、有效尺度、和卷云云顶高度的概率分布和季节变化进行了统计分析,并对卷云出现的概率分布进行了研究。结果表明,卷云的云顶高度主要分布在6~12 km处,典型高度在9 km左右,卷云云顶高度分布随季节变化而变化。卷云的有效尺度主要分布在20~80 um之间,40~50 um间概率最大。卷云有效尺度随季节变化不大,并在一定程度上依赖于卷云的云顶高度。北京上空出现的冰云基本上都是不透明冰云。卷云光学厚度主要分布在0~10间,光学厚度小于5出现的概率大。冬季北京地区卷云出现的概率较小,光学厚度较小。     

曲靖E区场向不规则体回波特征观测研究

利用曲靖VHF相干散射雷达2016年3月至2018年2月间持续观测数据，对电离层E区场向不规则体（field-aligned irregularities，FAI）回波形态特征进行统计分析，结果表明:E区FAI回波在地方时和高度上呈现出三个高发区间，日侧主要位于07:00-12:00LT和90~105 km，而夜侧两个高发区间分别对应于15:00-01:00LT和90~100 km以及18:00-04:00LT和100~115 km；E区FAI回波发生率还具有明显的季节变化，夏季5-8月是其高发期，而冬季的11和12月发生率为极小；E区FAI回波多普勒速度均在-85~85 m/s变化，而其谱宽主要分布在60 m/s以内，三个区间的平均多普勒速度均仅为数m/s，明显小于其平均谱宽，后者约在20~30 m/s.此外，高度分层研究发现，日侧E区FAI的各层平均多普勒速度总体上为负值，但在96 km高度上下薄层内存在一个小幅正值，而夜侧则以105 km高度为界，其上端各层均为负值，下端各层均为正值.曲靖E区FAI表现出典型的Ⅱ型回波特征，其生成和演变过程源自电离层电子密度梯度漂移不稳定性，子午风和低F区电场在其中起着重要作用.     

北极500 MHz非相干散射雷达空间碎片凝视探测的统计分析

对北极500 MHz非相干散射雷达2007年5月-2008年2月期间73天的空间碎片观测数据进行了统计分析.主要结果如下:1）共观测到88 679个空间碎片,每天平均约1 215个,每小时平均约50个;2）800~1 000 km的空间碎片数目明显多于其他探测距离门区域,空间碎片速度在-1.25~1.25 km/s对称分布,空间碎片尺寸主要分布在3~10 cm区间;3）从数天的短时间尺度来看,空间碎片分布特征变化较小;从数月的长时间尺度来看,空间碎片数量总体呈增加趋势,高度分布范围由集中逐渐扩散;4）860 km高度上的空间碎片数目出现时隔五个月的特别起伏变化;5）从地方时分布看,6-8LT和12-14LT空间碎片数目变密集.以上结论增加了对北极空间碎片分布特征的认识,对我国的空间碎片建模具有重要意义.     

北京2014年冬季边界层高度与颗粒物浓度的相关性研究

拉曼激光雷达已经广泛应用于大气气溶胶、大气温度和水汽的空间分布及时间演变特征测量。为了获取北京污染期间大气气溶胶边界层的特征,2014年11月~2015年1月期间在中国科学院大学雁栖湖校区利用拉曼激光雷达进行连续观测。使用梯度法处理激光雷达观测数据得到边界层高度,同时与国家环保部提供的当地颗粒物浓度数据进行对比。观测期间灰霾天共出现15天,污染天出现27天,干净天出现24天。灰霾天、污染天和干净天三种情况下的平均大气边界层高度范围分别为0.6~0.9、0.9~1.3、1~1.9 km;PM2.5的质量浓度范围分别为143~203、77~90、17~34 g/m3;PM10的质量浓度范围分别为170~271、103~153、33~78 g/m3。研究结果表明:北京地区大气边界层高度对近地面颗粒物浓度具有明显的负相关影响。干净天、污染天和灰霾天下的PM2.5和PM10的质量浓度变化率随大气边界层高度降低而依次增大。灰霾天大气边界层高度引起的PM2.5质量浓度平均变化率为-242.4 gm-3/km,约为污染天（-114.8 gm-3/km）的两倍,干净天（-77.4 gm-3/km）的三倍;灰霾天大气边界层高度引起的PM10质量浓度平均变化率为-224.2 gm-3/km,约为污染天（-117.6 gm-3/km）的两倍,干净天（-90.4 gm-3/km）的两倍。     

基于小波分析的高空大气湍流相干结构特征研究

通过对风速脉动和温度脉动数据进行谱分析和小波分析,得到不同高度大气湍流相干结构尺度,用来同时识别时间序列中相干结构的特征尺度,并与大气折射率结构常数Cn2相结合分析高空大气湍流强弱分层的相干结构特征,提取不同高度湍流层强度、湍流层厚度等空间特征。通过研究发现,随着高度的变化,湍流呈现强弱分层交替出现的空间特征,且随高度升高,湍流持续时间变短,湍流层厚度也变小;在大尺度的弱湍流背景下存在小尺度强湍流,分布相对密集,持续时间较短,厚度也较小。高空大气湍流在5~15 km上的存在明显的强弱分层现象,在6~10 km高度上有四个强湍流层,湍流层厚度约为500 m。     

中低纬度低电离层物理模型构建研究

从粒子连续性方程出发，考虑电离、复合、附着等物理过程，初步建立了一个中低纬度地区低电离层（60~120 km）稳态物理模型.该模型涉及145个离子化学反应，能够给出23个正离子、11个负离子、12种中性粒子及电子密度分布.模拟结果表明:NO+及水化聚合离子NO+（H₂O）_n、H+（H₂O）_n等是低电离层正离子的主要成分；以CO₃-及O₃-为主的负离子成分仅在80 km以下高度占优，导致在较低高度电子密度远小于离子密度.以100°E不同纬度（5°N、25°N、45°N）为例，与国际参考电离层（international ionosphere reference 2016，IRI-2016）模型进行比较，结果表明该物理模型能够较好地描述中低纬度低电离层电子密度随高度变化、周日变化等形态学特征.     

激光云高仪探测青藏高原夏季云底高度的研究

为研究青藏高原云底高度的特征,于2014年7月7日至2014年8月30日,在那曲地区(31.48°N,92.06°E),使用CL31云高仪进行云底高度观测,共获取55days的有效探测数据。初步统计分析表明,55days观测数据缺测率为0.4%,基本实现每天24h的全覆盖观测。CL31激光云高仪最大观测高度为7.6km,对0~7.6km高度范围内全部观测数据进行每小时平均。统计结果表明:那曲地区夏季有云存在的概率为78%,其余情况为晴空即无云情况。单层、两层和三层云的存在概率分别为65、12和1%,以单层云为主且有明显的日变化。夏季云主要分布在距地面2~6km高度,平均云底高度为2.58km。受云高仪探测高度的限制,没有考虑7.6km以上的云。     

东海区域蒸发波导变化特性研究

为了分析东海蒸发波导高度的季节变化、月变化，讨论其分布规律，为雷达探测和无线电通讯提供参考，利用2008-2017年的十年NCEP-FNL再分析数据和改进的NPS蒸发波导模型，统计分析了我国东海海域蒸发波导发生规律和时空分布特征.结果表明:东海蒸发波导高度在春季和夏季呈西北高东南低的特点，其中春季为高度最高的季节，5月份东海西北部可高达20 m，夏季6月份在东海中部出现最低值；秋季和冬季反之，呈西北低东南高的特点.分析表明，东海蒸发波导高度存在明显的季节变化、月变化以及区域差异，这可能与东海的地理特征和气候变化相关.     

利用MODIS数据对北极夏季卷云特性的研究

利用2011~2014年MODIS云产品数据对北极地区夏季卷云的出现概率、云顶温度、云顶高度、光学厚度、有效粒径大小进行统计分析,并讨论了北极地区夏季卷云有效粒径大小和卷云高度的关系。结果表明,北极地区上空夏季卷云出现概率最高,水云较少。卷云云顶温度主要分布在230~272 K(即-43~-5℃),其云顶高度主要在2~8 km,4.5~6 km出现概率最大。卷云的光学厚度主要在小于10范围内。卷云的有效粒径在5~40 m之间,10~20 m出现概率最大。卷云的有效粒径和高度的关系与中纬度地区相反,北极地区卷云高度越高,卷云有效粒径越大。北极地区卷云随着纬度增大,卷云出现概率增加,卷云云顶温度降低,卷云高度增加,卷云有效粒径增大,卷云光学厚度增大。     

Numerical Analysis of Artificial Electron Heating Effects on Polar Mesospheric Winter Echoes

In this paper, an analytical model is used to analyze the modulated polar mesospheric winter echoes (PMWE). The winter parameters were introduced to simulate the effects of different parameters during the artificial electron heating of PMWE. The important role of the charged dust particle in the creation of PMWE is confirmed again. It is found that during the heating of PMWE, the increases of the dust size, dust charge, electron temperature, initial electron density, and ion-neutral collision frequency cause the increase of the electron density irregularity, and hence the PMWE strength. However, with increasing the dust density, the electron density irregularity and the PMWE strength decrease.     

基于江西地区多卫星数据的气溶胶立体分布研究

利用长时间序列（2007~2014年）的MODIS/Terra数据探讨了江西地区气溶胶光学厚度（aerosol optical depth, AOD）空间变化特征,发现该地区平均AOD呈现由南往北逐渐递增的趋势,其中,九江和南昌达到最高。同时,利用CALIPSO/CALIOP 垂直特征掩膜获得了气溶胶层与云层的混合和分离状态,计算了气溶胶、不同子类型气溶胶和云的垂直概率分布和最大似然高度（maximum probability height, MPH）。结果表明：气溶胶主要聚集在1~3.5 km,气溶胶层和云层混合状态出现的概率高于分离状态。在2～4 km之间,春季污染沙尘出现的概率最高,冬季次之,夏季与秋季相当,而烟尘气溶胶夏季出现的概率最高,春、冬季相当,秋季次之。基于夜间CALIOP数据计算得到的气溶胶和云的MPH均表现出较大的季节差异性。     

北京城区奥运期间与其他时段激光雷达观测实例分析

为了研究北京城区在北京奥运会期间大气边界层变化特征及大气边界层内气溶胶的消光特性,2008年8月利用MPL激光雷达对北京城区的大气边界层进行了系统观测.反演出了测站地域上空大气气溶胶的消光特性垂直分布以及大气边界层的高度.同往年北京城区的雷达监测数据进行了系统的对比,并与设在北京南郊梨花村的清洁对照点数据进行了比较.观测数据表明:北京城区奥运期间大气边界层日变化趋势明显,呈早晚低、午间高的特点.大气边界层高度相对稳定,多分布在2.0 km下,平均值为0.79km.奥运期间气溶胶粒子浓度水平较往年有明显下降.观测点处气溶胶浓度水平每天呈周期性变化.     

季风期间南海低空大气波导统计分析

根据1998年南海季风试验期间南海部分探空站、‘科学1号’和‘实验3号’观测的每天4次的高分辨率探空资料,引入截止波长判断式,统计分析了南海季风期间较强大气波导发生规律及时空分布特征。结果表明:季风期间南海较强大气波导的发生概率为30%左右,从北到南逐渐增加,波导层结高度逐渐降低,70%以上发生在1km高度之内;大气波导发生概率和层结高度呈现‘低-高-低’的日变化趋势,夜晚发生波导概率较高,深夜波导层结高度最低,比较稳定。