利用落球探测资料分析临近空间大气重力波

目的探究利用落球探测数据分析临近空间大气重力波特征的优势。方法基于中国首次进行的火箭落球实验过程中,雷达跟踪获得的落球位置信息,计算得到大气水平风场廓线,并利用最大熵法提取重力波参数。与此同时,基于TIMED/SABER卫星在对应时间以及位置上探测得到的温度廓线,利用最大熵法和S变换方法同样获得相应的重力波参数。针对两种方法获得的重力波参数进行对比分析。结果利用最大熵法对火箭探测得到的水平风场扰动廓线和卫星探测得到的温度扰动廓线进行分析,发现纬向风场中的主导重力波的垂直波长约为4 km左右,而经向风场主导重力波的波长集中在6.5 km左右,由温度扰动廓线提取出的主导重力波垂直波长集中在12 km左右。利用S变换再次对卫星探测得到的温度扰动廓线进行分析,重力波垂直波长仍集中于10～12 km左右。这表明从风场廓线和温度廓线中提取出的重力波垂直波长的差异主要是由于卫星探测数据的分辨率不足产生的。结论相比较卫星探测的温度廓线,火箭探测得到的风场廓线数据对重力波的分辨率更高,能够分辨出垂直波长更小的精细结构,具有重要的精度优势。     

临近空间落球探测仿真分析

目的基于硬质落球,分析探测临近空间大气密度和水平风场的载荷需求和探测性能。方法仿真计算自由下落探测段受力情况,建立运动方程。以假定释放条件,仿真落球的探测过程,给出各作用力量级。结果面质比的变化不能改变气动力范围。相同加计灵敏度下,增大面质比可提高探测高度。150 km以下的探测中可忽略光压力,探测到水平风场米级变化的加计灵敏度需求为1×10~(-5)m/s~2。结论面质比的变化不能改变气动力范围。相同加计灵敏度下,增大面质比可提高探测高度。     

临近空间环境及其影响分析

介绍了临近空间和临近空间环境的概念,分析了临近空间大气温度、风场、大气波动、电磁特征和光化学作用、电离层与中性大气的耦合、电流和高能粒子加热等物理变化过程,总结了临近空间天气探测、预报手段和技术,讨论了临近空间天气对飞行平台和仪器设备的影响。     

临近空间大气扰动风场的探测与分析

目的深入了解掌握临近空间大气风场的扰动状态,给临近空间飞行器的精确入轨、有效运行提供可靠的环境信息。方法用昆明站(25.6°N,103.8°E)临近空间观测平台中的MF雷达开展临近空间大气风场扰动观测。基于谐波拟合方法得到昆明地区2008年8月至2010年8月期间的周日和半日潮汐分量及背景风场,分析昆明地区临近空间80~100 km之间潮汐波动的变化特征。结果周日潮汐振幅具有明显的年变化和半年变化,最大值均出现在10月份和3月份的86~92 km高度范围内,同时第一年度的潮汐幅度明显强于第二年度,类似准两年变化。纬向半日潮汐的变化特征不是非常明显,而经向半日潮汐在88~94 km之间具有年变化,在其他高度处则出现多个峰值。结论潮汐相位的变化结果表明潮汐的下行传播,潮汐振幅的高度变化符合先增大后减小的特征,呈现胞状结构。     

基于全天空 FPI 的临近空间中性风场研究

目的对临近空间大气中性风场进行监测与分析。方法借助法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Perot Interferometer,FPI)观测临近空间顶层的大气中性风场。针对北极黄河站(78.92°N,11.93°E)临近空间顶层的大气中性风场,介绍全天空FPI测风的基本原理,通过对2016年11月25日全天空FPI设备观测的OI557.7 nm气辉干涉图进行分析,反演得到极光亚暴期间的内5级环的水平风场和视线风场。结果极地地区临近空间顶层的水平风速基本保持在-200~200 m/s之间,极光亚暴使得中性风场呈现出一定的方向性,并且风场增大的方向垂直于极光弧。结论利用全天空FPI设备可以对临近空间顶层的大气中性风场进行探测和分析,有助于认识和理解临近空间大气环境。     

临近空间中子环境及其对电子设备的影响研究

临近空间飞行器运行在苛刻的辐射环境之中,大气中子作为临近空间最主要的辐射粒子严重地威胁着临近空间飞行器电子设备的安全与可靠.从临近空间大气中子环境探测、环境规律和模型以及大气中子对飞行器电子设备的影响3个方面介绍了临近空间大气中子的研究现状,并对中子环境的探测、中子环境的理论建模和电子设备遭受中子单粒子效应的评价技术等方面的研究提出了建议.     

临近空间环境及环境试验

从热力学结构、大气成分特征、大气电磁特性等方面介绍了临近空间环境参数,按照临近空间飞行器的平均密度、飞行速度、飞行高度介绍了临近空间飞行器的分类及特点。阐述了临近空间环境试验的方法,并对临近空间环境试验技术的发展提出了初步建议。     

临近空间平台动力系统技术和环境影响分析

从临近空间平台所采用的动力系统出发,探讨了低速和高速两类临近空间飞行器动力系统的技术特点。以平流层飞艇为代表的低速临近空间平台动力系统主要采用太阳能、电动机和螺旋桨的推进方式,高速临近空间平台动力系统目前主要有超燃冲压动力型和组合循环动力型。分析了临近空间稀薄大气、太阳紫外辐射和臭氧以及温度等环境对平台动力系统产生的可能影响,并提出了相应的解决措施。     

大气边界层环境影响效应的仿真试验

研究利用动力模拟与气候统计相结合的方法建立典型大气边界层环境基本要素(风速、温度、气压和密度)场仿真模型,以低空飞行器为仿真算例,在实现大气边界层环境仿真模型与飞行动力学仿真模型耦合的基础上,开展大气边界层环境影响效应的仿真试验,分析大气边界层环境对低空飞行器飞行轨迹和姿态特性的影响.通过探索大气边界层环境模型建立的可行性及其对低空飞行器影响的基本规律,为进一步开展大气环境对武器系统影响评估研究提供思路.     

基于多源RS数据的多尺度青藏高原冻土监测

青藏高原作为世界上中低纬度海拔最高、面积最大的多年冻土区域,其冻土环境变化会对中国东部乃至东亚气候的形成、变化和发展造成重大影响。RS技术对于冻土环境动态监测具有特别优势。针对青藏高原冻土的特点,提出一种基于多源RS监测数据的融合技术反演地表温度,实现不同空间尺度条件下冻土分类的自动提取方法。该技术方法先利用MODIS全年温度产品数据集,结合地表覆盖类型数据,使用TTOP模型反演得到1 km空间分辨率的冻土分布;然后对Landsat数据源采取PSC反演算法获得30 m空间分辨率的地表温度数据;最后利用多项式拟合技术,将Landsat反演地表温度与MODIS温度数据相互融合,以提高Landsat反演地表温度的准确度,并据此数据利用TTOP模型提取30 m空间分辨率的冻土分布,实现了小尺度精细化的冻土分类与制图。结果验证分析表明:本文的技术方法具有较好的可信度。     

高轨高时空分辨大气二氧化碳监测仪

与世界经济快速增长相伴的碳排放量增加导致了全球气候变暖加剧,已引起国际社会高度关注,减排的呼声高涨。卫星遥感具有宏观、快速、定量、准确等特点,是碳监测最可行、最有效的技术支撑手段之一。为解决现有低轨大气CO₂遥感探测中存在的时间分辨率低的问题,提出了一种地球静止轨道大气CO₂柱浓度探测的时空联合调制空间外差干涉成像光谱技术。基于该技术研制了高轨高时空分辨大气二氧化碳监测仪原理样机,具有O₂-A 0.76μm、CO₂弱吸收1.57μm和CO₂强吸收2.05μm 3个探测通道,空间分辨率优于3 km@36000 km,可实现CO₂探测精度优于2×10^-6,覆盖中国区域时间分辨率优于3.5 h的探测能力。基于原理样机开展了外场试验以及航飞试验,有效反演了不同目标区域的CO₂浓度信息,验证了高轨高时空分辨大气CO₂监测仪的技术可行性,为下一代碳监测载荷研制和数据应用提供技术基础。     

动态风场及交通流量下街道峡谷内污染物扩散模拟

根据现场实测数据,应用标准k-ε模型研究了动态风场及交通流量下三维街道峡谷内的污染物扩散规律,数值模拟利用CFD软件FLUENT,其中动态风场和车流量变化信息通过用户自定义编程实现.结果发现,动态风场下空气在街道内部不断经历膨胀和压缩的过程,街道峡谷内部流场形态时刻都在变化;当风速由大变小时,空气膨胀出街谷,流型呈近似椭圆形分布;当风速由小变大时,空气压缩在街谷内部,流型呈近似圆形分布.风速的不断变化引起街谷内、外大气的压缩和膨胀过程,这种过程能够改善街谷内污染物的扩散情况.背风面行人高度处,动态来流下的平均污染物浓度要比定常来流下低17.7%;迎风面行人高度处,动态来流下的平均污染物浓度要比定常来流下低27.1%.动态环境下污染物浓度的分布和峰值由风场和车流量变化共同决定.     

临近空间大气环境特性监测与研究

随着临近空间飞行器的不断发展和运用,作为武器装备和系统环境的临近空间大气特性成为作战保障的重要条件.结合临近空间飞行器的应用需求,对临近空间的特点、大气环境监测和研究的相关问题进行了综合性分析,为开展临近空间环境信息保障和服务提供参考.     

东吾洋关门渔港邻近海域溢油模拟分析

利用MIKE21 HD水动力模块对福建东吾洋附近海域进行潮流数值模拟,通过与实测资料对比,对模型计算的潮位、流速及流向进行验证。验证结果显示,数模结果与实测值吻合较好,该潮流数值模型可以反映当地水动力情况,并作为溢油模块的水动力基础数据。基于欧拉-拉格朗日“油粒子”理论,考虑油膜运动过程中扩散、漂移、风化等过程,建立了东吾洋关门渔港邻近海域二维溢油扩散模型,模拟不同潮时（涨憩、涨急、落憩及落急）发生溢油,考虑不同风况（静风、夏季盛行风及冬季盛行风）,分析不同情况下的溢油油膜漂移路径、漂移路程及扫海面积。结果表明,关门渔港附近溢油漂移扩散主要受潮流和风场影响,其中风场起主导作用。24 h内油膜最大扫海面积及漂移路程均出现在落憩静风时溢油,分别为6.66 km2及17.63 km。除落憩冬季风情况下溢油外,其余各情况溢油均在关门水道附近随潮流来回移动,最终到达东安岛西南侧弥勒湾内。     

基于"3S"的南京市大气污染源清单网格化空间分配研究

基于GIS、RS、GPS集成技术,依据南京市10大类大气污染源排放和空间分布特征,采用合适的空间分配方法,根据各排放源的相关权重分配因子,构建了南京市2015年大气污染源排放清单1 km×1 km的网格化空间数据库,并基于GIS平台叠加显示形成了2015年南京市大气污染源1 km×1 km空间分布图.结果表明,此次空间分配结果与南京市GDP、路网、人口、农业等相关分布特征相互吻合,说明本研究网格化空间分配方法较为合理可靠,可满足后续空气质量模拟的需求.     

大气物理和探测研究室简介

大气物理和探测研究室由大气环境探测和实验室数值模拟组成，是中国环境科学研究院大气环境研究所环境研究的重要组成部分。自建室以来先后组织完成了国家山西大气环境容量研究、华南酸沉降物理过程、闽南酸沉降输送物理特征等重大科技攻关项目，其中获部级一、二等奖２项，部分研究项目达到国际先进水平。８０年代就引进美国和日本的多卜勒声雷达、Ｍ３００单点声雷达、ＴＲＳ－２Ａ系留气艇、１００ｍ３系留气艇及国内先进环境探测手段，在我国几大重工业污染城市的环境研究中为大气边界层的探测提供大量的科学数据，并培养了一批具有一定…     

大气物理和探测研究室简介

大气物理和探测研究室由大气环境探测和实验室数值模拟组成，是中国环境科学研究院大气环境研究所环境研究的重要组成部分。自建室以来先后组织完成了国家山西大气环境容量研究、华南酸沉降物理过程、闽南酸沉降输送物理特征等重大科技攻关项目，其中获部级一、二等奖２项，部分研究项目达到国际先进水平。８０年代就引进美国和日本的多卜勒声雷达、Ｍ３００单点声雷达、ＴＲＳ－２Ａ系留气艇、１００ｍ３系留气艇及国内先进环境探测手段，在我国几大重工业污染城市的环境研究中为大气边界层的探测提供大量的科学数据，并培养了一批具有一定…     

热带海洋大气环境氯离子浓度立体化观测技术研究

目的 对热带海洋环境氯离子开展立体化观测,掌握热带海洋环境下大气氯离子浓度在空间上的分布规律,为海洋大气环境下装备产品和重大工程服役环境研究提供立体化观测数据支撑。方法 在观测海岸线附近科学选点,采用无人机搭载远程控制大气采样器开展大气氯离子浓度立体化观测,对不同空间高度氯离子浓度分布规律进行分析。结果 成功采集万宁某海岸线附近1 km×300 m×100 m区域1 a以上氯离子浓度数据,通过GIS技术分析并建立了氯离子浓度分布三维场,实现了氯离子浓度可视化,并随离海距离、离地高度剖切显示。结论 海南万宁某区域海岸线附近氯离子浓度在冬季最大,夏季最低,且在一定观测范围内,随观测高度增加而先增大、后降低,随离海距离增大而逐渐降低。     

WRF-Fluent耦合模式的构建及其对城市大气扩散的精细化模拟

为了准确刻画城市环境中的复杂建筑结构对大气运动和污染物输送及扩散过程的影响,结合中尺度模式WRF和微尺度模式Fluent构建了单向耦合的WRF-Fluent模式,并将其应用于榆中县城区高架源排放情景下大气扩散的模拟研究.基于城市气象/示踪外场试验期间获取的气象数据对WRF模式的模拟性能进行验证,发现WRF能够为Fluent提供比较准确的随时间变化的气象驱动场.在此基础上,将榆中县城区三维几何模型嵌入到WRF-Fluent中,对城区内的流场及污染烟羽的时空演变过程进行精细化模拟,并将模拟结果与实测示踪物浓度数据进行比对.结果显示,WRF-Fluent模式可以很好地描述城区内的复杂三维风场结构以及污染烟羽随时间的动态变化特征,而且模拟的地面和城市冠层顶浓度最大值基本位于观测值的0.3~3倍之内,这表明构建的WRF-Fluent模式具有较好的模拟性能,可作为一种有效的工具应用于实际城市规划和空气质量改善以及环境风险评估等方面的研究.     

气象因素对广州市大气中二噁英污染特征的影响

采用高分辨气相色谱/高分辨质谱仪测定了广州市环境空气中2,3,7,8-PCDD/Fs的含量,并对其来源进行初步分析.重点研究了广州市大气二噁英浓度的空间和季节分布特征,分析其毒性当量浓度变化与气象因素的相关性,并利用美国空气资源实验室的拉格朗日混合单粒子轨道模型对气流轨迹进行模拟,为了解广州市大气二噁英污染状况提供重要的基础数据.结果表明,工业区的二噁英浓度高于其他功能区;大气二噁英毒性当量浓度最高值出现在春季;风向和风速、温度和气压、相对湿度、降水等气象因素都会对大气二噁英的污染程度产生影响,温度、风速与大气二噁英浓度呈负相关,但相关性不明显;经过气团后向轨迹分析,秋季气流轨迹主要往西北地区延伸,冬季大气团运移较慢,主要来自内陆地区,春夏季节气流主要经过东南沿海或海面到达广州.