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极地中心空天所获得两项空间天气学国家重点实验室开放课题资助

发布日期:2022-02-17 13:35:48

极地中心空天所获得两项空间天气学国家重点实验室开放课题资助


        空间天气学国家重点实验室依托中国科学院国家空间科学中心,是我国空间科学领域唯一的国家重点实验室。空间天气学国家重点实验室开放课题主要资助从事日地系统空间天气基本过程、空间灾害性天气事件预报模式和方法研究等交叉课题研究,特别鼓励学科间大跨度交叉的新生长点研究。2022年度优先支持基于国家重大基础设施《子午工程》自主数据拟开展的研究和围绕国家重大空间科学任务如空间科学先导专项预研的课题。


        近期,经空间天气学国家重点实验室学术委员会评议,批准了24项实验室开放课题申请,我中心空天所极区大气与空间物理学研究团队王睿和张洋分别获得资助。两项课题的具体研究内容如下:


王睿:基于激光雷达的中高层大气重力波观测研究

 

        重力波是中高层大气中的一种重要大气波动。低层大气中激发的重力波向上传播,导致动量和能量在垂直方向上的传播。随高度增加,大气密度指数减小,波振幅则指数增加,重力波在中层顶附近由于不稳定性而饱和破碎,通过绝热膨胀将水平动量向上传输,导致极区夏季中层顶的低温。由于背景风场多普勒频移作用而被吸收,重力波能量会被释放到背景大气中,引起背景大气的变化或导致强湍流。项目拟利用南极中山站极区大气激光雷达观测系统,结合其他地基和卫星数据、再分析资料,研究极区中高层大气重力波在不同高度上的基本特征;分析不同高度重力波的季节变化特征,并讨论与背景大气的关系;结合子午工程中山站高频雷达、数字式电离层测高仪、极光成像仪等观测数据,开展极区大气对重力波传播特性研究,讨论不同激发源和天气事件对极区重力波传播特性的影响。研究将较为全面地展示南极中山站中高层大气重力波在不同高度和季节的特征;分析中高层大气重力波在不同圈层之间的传播特性;探讨极区特殊地理位置条件下,重力波激发和传播过程与其他纬度地区的差异。


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图1 基于南极中山站极区大气激光雷达观测系统开展中高层大气重力波观测研究示意图



张洋:基于子午工程极光及波动观测数据的哨声模合声波反演分析与建模


        磁层哨声模合声波(Whistler-mode Chorus)能够通过投掷角散射作用损失带电粒子,部分粒子会沉降进入极区电离层并与高层大气碰撞引发极光现象。掌握合声波的全球时空分布信息对理解地球空间环境的整体物理过程有着重要作用。本项目拟利用我国子午工程计划地基极光观测数据和波动,结合低轨卫星的粒子探测数据以及高轨卫星的波动监测数据,探索利用极光观测数据获取合声波强度的新方法。项目拟提取观测极光与沉降电子、沉降电子与合声波数据间多年的共轭数组,重点分析合声波对弥散极光/脉动极光的作用。项目将参考国际上先进的辐射带波动反演技术,利用数理统计、机器学习等方法,结合已有的理论模型,构建极光强度、电子通量和合声波强度间的数理关系,并开发利用极光观测数据反演合声波全球分布的新模型。研究将有助于加深对地球空间环境整体动力学过程的理解,并为空间天气的实时预报和预测提供丰富且准确的数据。


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图2  哨声模合声波散射电子到引发极光的动力学过程示意图




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