极区电离层NmF2观测与国际参考电离层对比研究

利用南北极极隙区与极光带纬度 3 个台站对电离层F2 层峰值电子密度(NmF2)长达 1 个太阳活动周的观测数据,对国际参考电离层 IRI-2016 模型在极区的适用性进行系统的定量研究.结果表明,在极光带纬度的北极Tromsø站,IRI预测与观测符合最好,大部分季节相对误差在 40%以内,在太阳活动高年略好于太阳活动低年.在极隙区纬度的南极中山站和Longyearbyen站,IRI预测精度在太阳活动低年高于太阳活动高年.在中山站和北极Longyearbyen站仅个别月份相对误差在 20%以内,大部分月份相对误差超过 40%,冬季相对误差接近 100%,特别是Longyearbyen站,在太阳活动高年冬季相对误差超过 100%.从季节上看,3个台站都是冬季符合最差,夏季符合最好.IRI-2016 模型对极区电离层进行预测时,难以如实反映极区等离子体对流和能量粒子沉降等极区特有的物理过程对极区电离层NmF2 的影响.     

北极区低电离层加热效应的数值模拟研究

从等离子体能量守恒方程和连续性方程出发,以国际参考电离层(IR I2000)和大气模型(MSIS)为背景,通过数值方法模拟研究大功率无线电波对北极低电离层的电子密度和电子温度的扰动效应。结果表明,在外加强电磁场作用下,电离层等离子体中的带电粒子(主要是电子)动力学温度得以升高而产生等离子体温度扰动;由于电子温度升高,等离子体碰撞频率增加且电子的复合系数减小,诱发电子密度扰动;电子密度和电子温度的扰动幅度随着加热时间的推移而减小,即扰动趋于饱和;电子密度扰动的弛豫时间较电子温度扰动的弛豫时间大;在泵波频率大于电离层临界频率的条件下,泵波频率越高,其激发的电子温度和电子密度扰动效应也就越弱。     

极区电离层F区加热激发极低频波研究

\"极区电急流天线\"辐射依赖于低电离层D/E区背景电急流,而高电离层F区极低频调制加热,可产生抗磁性电流,形成极低频波辐射源。利用电离层F区一维时变加热数值模型,采用全波解算法研究高纬Troms(69.59°N,19.23°E)地区电离层F区极低频调制加热。模拟结果表明,极区高电离层激发的极低频波与极区低电离层激发的结果不同。加热泵波的有效辐射功率(effective radiated power,ERP)、调制频率及电离层背景对极低频波强度有着重要影响。     

极区顶部电离层离子上行-DMSP卫星观测

本文利用DMSP卫星离子漂移速度测量数据,对高纬顶部电离层离子整体上行进行研究,主要考察平静时和磁暴期间离子上行强度与发生率随MLT(晨昏两侧)分布规律的变化;以及磁暴期间强的离子上行与等离子体对流及其剪切之间的关系。研究发现,磁暴期间强上行事件的发生率比平静期高近2倍,发生率的晨昏不对称性出现逆转,由平静时昏侧发生率较大变为磁暴期间晨侧发生率较大;磁暴期间晨侧离子上行速度的分布向速度高端加权,平均速度大于昏侧,最大上行速度远大于昏侧;强的离子上行往往与强对流剪切或强对流本身相伴随。     

极区电离层与磁层-电离层耦合

本文利用欧洲空间局设在北极区的非相干散射雷达系统EISCAT的观测资料讨论磁层-电离层耦合。磁静日和磁暴期间的观测样本比较表明,磁层基本过程对极区电离层有重要影响。这不仅说明极区电离层可看作这些过程的“全景屏幕”,也表明在南、北极区(特别是磁共轭点)进行同时观测的重要意义。文中还对进一步的南极研究课题提出了一些建议。     

GNSS广播电离层模型在极区的改正效果分析

电离层时延为GPS测量中最棘手、最严重的误差源,而极区结构复杂波动较大,电离层延迟极大影响了GPS测量精度,故在极区选取一个简单有效的电离层模型极为重要。将GPS及BDS采用的不同Klobuchar模型以及Ne Quick模型计算的极区总电子含量,以欧洲定轨中心提供的GIM模型电离层产品作为参考标准,研究三种广播电离层模型在北极地区的均方根和模型改正率。选取了2009—2013年共计5年的时间数据进行分析。结果表明,纬度在57.5°以上地区电离层改正GPS系统采用的Klobuchar模型基本不适用,但改正效果依然优于BDS,而Ne Quick模型改正效果弱于中低纬度,改正率整体在40%左右。     

极区极夜期间E层占优电离层的分布特征

E层占优电离层是指E层的峰值电子密度大于F层的峰值电子密度（N_mE>N_mF）时的电离层,记为ELDI（E-Layer Dominated Ionosphere）。针对ELDI,利用2007-2010年的COSMIC (Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere, and Climate satellite)掩星数据,在修正地磁纬度-磁地方时标系下统计分析了它在南北极区极夜期间（南北半球的冬至日前后30天）的分布特征,结果表明极夜期间电离层ELDI特征明显,其分布与极光椭圆位形基本一致,而且其在夜侧的发生率较高,特别是磁子夜之后,北极为70%左右,而南极为90%左右;另外南极的ELDI特征在磁纬度分布上要略宽于北极的分布范围。在ELDI高发区,电离层峰值电子密度要高于其两侧地区,特别是在夜侧,尤其是磁子夜前的峰值电子密度要接近甚至大于磁正午的峰值电子密度,在南极地区格外明显;而且ELDI高发区内的E层的电子含量（TECE）、电离层总电子含量（TECI）及TECE占TECI的比重（TECEI）都高于其两侧地区,北极TECE和TECI大于南极,而TECEI则是南极大于北极。这些现象主要是由于极夜期间极区高能粒子沉降引起底部电离层电离率增大所致;同时,由于地磁轴偏离地理轴的程度在南极要大于北极,使得极夜期间南极地区的电离层的电子密度,特别是在F层要相应地小于北极地区,从而导致了极夜期间南北半球极区电离层ELDI特征之间差异。     

极区电离层TEC监测和发布系统

极区是研究各种高空大气物理现象和日地关系的理想场所,通过GPS获取的电离层TEC信息具有高精度、全天候、大范围等优势,所以利用GPS研究极区电离层有重要意义。本文所设计的极区电离层信息监测和发布系统,包含数据回传、数据处理、数据发布三个部分。数据回传包括卫星网络回传和格式转换。数据处理是利用每天回传的GPS双频数据,解算单站VTEC,解决了硬件延迟的求解问题,并用二次建模获得测站上空的VTEC,计算结果表明该方法能较好地给出电离层TEC的大小及变化规律。数据发布是通过中国极地科学考察管理信息系统提供实时的查询服务。     

扰动条件下极区电离层NmF2预测研究

利用南极中山站和北极特罗姆瑟站的电离层长期观测数据,结合时间序列预测模型 Prophet、LSTM和多项式回归算法,构建了一种新型机器学习组合模型——PLPR,用于预测地磁扰动条件下极区台站电离层未来 1 h的F2 层峰值电子密度(NmF2).结果表明,地磁扰动条件下,PLPR组合模型的预测结果能够较好地反映两个台站NmF2 的日变化趋势,其预测精度在极隙区纬度的中山站要优于极光带纬度的特罗姆瑟站.与国际参考电离层IRI-2016 模型和单一时间序列预测模型Prophet和LSTM相比,PLPR模型具有更好的预测效果.     

南极长城站附近地区冰川的温度状况

根据十多米深度钻孔温度的测量和分析,对长城站附近地区的冰川温度状况进行了讨论。近表面层温度在消融区稍低于-1℃,在积累区绝大部分区域接近或处于0℃。除海拔足够高的地方,如乔治王岛冰帽顶部,那里由于融化微弱且厚度不很大而致使冰与底床冻结在一起,该地区冰川大部分属于温型。     

南极洲乔治王岛柯林斯冰帽的温度分布

钻孔内温度实测表明,柯林斯冰帽积累区大部分呈温性,消融区可能呈冷性。冰帽活动层温度明显受气温季节变化的影响,降水暖渗浸对冰的增温作用显著,雪盖对温度分布也显示了一定的影响。测量显示,冰帽纵深层的温度大都接近融点,而小冰穹顶附近十数米范围内温度变化较大。小冰穹顶附近,钻进时３０ｍ以下孔中出水现象显著,可能是冰内径流、差异运动和较高盐度等因素共同作用的结果。     

基于DEM的秦岭温度场模拟

考虑到秦岭地形对温度场的影响因素,以主分水岭为界分为南北两部分,在普通插值的基础上,采用一种基于DEM的辅助插值方法,同时考虑秦岭南北坡坡向的差异,对秦岭的温度场进行了模拟。采用气象观测站点数据和格网精度为100 m的DEM数据,利用GIS空间分析方法,模拟了秦岭的温度场,并对模拟结果进行了交叉验证分析。实验表明,基于DEM的秦岭温度场模拟,结果较精确地反映秦岭山地的温度场分布特征,同时验证了秦岭对南北气温具有明显的分异作用和气候效应。     

油松树轮记录的过去134年伏牛山5-7月平均最高温度

利用豫西伏牛山的两组油松树轮宽度年表,重建了该区域1874年以来5-7月的平均最高温度.并用Jackknife和Bootstrap等方法进行了方程稳定性检验,统计检验参数表明重建序列与实测序列吻合较好,且方程稳定可信,重建方程的解释方差为40%(调整自由度后为39%).重建显示,在过去134年中,豫西伏牛山区5-7月平均最高气温经历了4次冷期和5次暖期.其中,20世纪20-30年代末是最显著的暖期,之后开始降温,至50年代降到谷底,温度小幅回升后,在70-80年代中期又显著下降,80年代末以后开始增温.该重建温度序列与秦岭中部南五台地区温度序列有较好的一致性.     

用树木年轮重建阿勒泰东部6-7月平均温度序列

 利用采自阿勒泰中东部地区8个树轮采样点的西伯利亚落叶松树轮资料,建立宽度年表。分析这些年表与气候要素的相关性发现,标准化年表序列与该地区青河气象站6—7月的月平均气温存在显著的正相关关系,最高单相关为卓勒萨依ZLS年表,相关系数为0.555（P＜0.0001）,且具有明显的树木生理学意义。用卓勒萨依t和卓勒萨依t+3两个树轮标准化年表序列,可较好地重建该地区过去394 a来6—7月月平均气温序列,交叉检验表明,重建方程稳定可靠。分析发现,阿勒泰东部地区394 a来的气温重建序列具有7个偏冷和7个偏暖阶段,和2.7~3.7 a,43.7 a,52.4 a的显著冷暖变化准周期。月平均气温重建序列存在10个突变点,其中在1669年,1714年,1762年,1802年和1939年前后为初夏月平均气温由低向高突变,而在1691年,1732年,1781年,1919年和1963年前后是自高温向低温突变。     

400年来北极巴罗角的温度变化特征

近４００年湖泊岩芯温度记录揭示,巴罗地区总的变化趋势是升温,平均升温速率为每百年０．４℃,但近２００年呈降温趋势。熵谱分析表明,近代巴罗地区温度波动存在３３年、４０年、２９年周期和９０年左右的世纪周期;１９２１～１９９４年巴罗气象台逐月温度资料统计分析和熵谱分析表明,现代巴罗温度变化有４个月、半年、１４个月、１６个月、３年、４年、７年和１０年周期。     

哈萨克斯坦东北部310年来初夏温度变化的树轮记录

在哈萨克斯坦东北部的阿尔泰山南坡,位于森林上限的西伯利亚落叶松的树轮宽度对生长季初期温度敏感,且在近年来气候变暖的背景下对温度的响应较为稳定,可以作为该区域温度变化的良好替代材料.利用森林上限区的树轮资料,从树轮宽度中提取初夏温度信息,建立了树轮宽度年表与卡通卡拉盖气象站6月平均温度的转换方程,重建了这一区域310年来的初夏温度变化历史,重建方程的方差解释量达到42.7％.由于校准期较长,利用独立检验方法对重建方程进行检验,各项检验的参数表明重建方程是稳定可靠的.重建序列与相邻的中国阿勒泰地区西部和阿尔泰山北坡树轮反映的温度变化序列的冷暖阶段是一致的,其中19世纪的温度波动较为明显,持续时间最长的冷期(1842-1871年)和暖期(1872-1906年)都出现在这个阶段.重建温度序列存在11a左右的周期,与太阳活动的周期一致.     

1月北极涛动异常程度特征及其对北半球同期温度的影响

将1月北极涛动（AO）大气遥相关型的强度分为：正常、异常和极端异常3类典型年进行讨论,发现其同期大气环流及其对北半球温度影响存在显著的异同性：当AO呈异常和极端异常时,均表现为东亚大槽、乌拉尔山、贝加尔湖阻塞高压、阿留申低压的持续、稳定异常,但对应极区涡旋的强度、面积及其向南、向北的扩展等有所差异,与NPO、NAO正、负位相对应,致使冷空气在极地和中、高纬度活动范围不同。极端异常年的影响强度和范围较异常年偏大、偏南,高低空配置使冷空气向北半球中低纬度地区延伸,异常低温可扩展至北太平洋暖池区。     

南极中山站地区冰崩概况

本文是根据１９９４年在南极中山站首次使用数字触发地震仪测量的冰崩,研究南极中山站地区冰崩规律及其与自然环境（温度、风速等）的关系,这对于考察船在南极的安全航行以及科考人员的人身安全都有极为重要的意义;并且对于南极冰川、冰山、冰盖等方面的科学研究有参考价值。结果表明,１～９月份冰崩次数曲线呈口朝上抛物线型变化,１０～１２月冰崩次数急剧增加。冰崩曲线与月最低气温、最高气温、月平均气温三者的拟合曲线吻合得很好,即冰崩次数随气温持续上升而增加,风速与冰崩的关系却与此相反     

小叶锦鸡儿离体叶片对温度处理的某些生理响应

小叶锦鸡儿离体叶片分别经25、30、35、40、45、50、55℃等7个温度处理60min后, 测定了其光系统Ⅱ最大量子效率(F_v/F_m)和脯氨酸含量的响应。结果表明, 25~40℃的温度对F_v/F_m没有明显影响; 温度高于40℃, 首先使光合作用通过光系统Ⅱ的电子传递受到不同程度的阻抑; 当温度高于50℃, 使叶片光系统Ⅱ反应中心失活或破坏, 即小叶锦鸡儿叶片光系统Ⅱ反应中心可耐受的最高温度为50℃, 温度再高, 将对叶片造成高温伤害。另外, 在耐受范围内, 叶片中的脯氨酸含量可能表征了叶片遭受温度胁迫的程度。