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2020年  第40卷  第2期

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前沿动态
Chandra发现黑洞喷射推进宇宙速度极限
王海名
2020, 40(2): 143-143.
摘要(155) PDF 258KB(6)
摘要:
哈勃探测到已知最小的暗物质团块
王海名
2020, 40(2): 143-143.
摘要(44) PDF 195KB(6)
摘要:
ExoMars-2016发现水从火星大气中的流失速度被低估
范唯唯
2020, 40(2): 144-144.
摘要(109) PDF 245KB(4)
摘要:
NASA和NOAA发布2019年全球气温和气候分析报告
范唯唯
2020, 40(2): 144-144.
摘要(58) PDF 264KB(5)
摘要:
Mars Express拍摄火星北极冰盖
韩淋
2020, 40(2): 144-144.
摘要(57) PDF 249KB(2)
摘要:
发展战略
CNES与中科院签署空间合作框架协议
王海名
2020, 40(2): 145-145.
摘要(165) PDF 185KB(5)
摘要:
俄罗斯酝酿制定金星探索计划
范唯唯
2020, 40(2): 145-145.
摘要(87) PDF 145KB(2)
摘要:
欧洲空间科学委员会发布空间天气一体化研究报告
汤惟玮, 李明, 范全林
2020, 40(2): 146-146.
摘要(125) PDF 220KB(10)
摘要:
欧美发射太阳轨道探测器推动抵近太阳观测
魏海燕, 范全林, 时蓬
2020, 40(2): 147-150.
摘要(182) PDF 2065KB(10)
摘要:
在历时20余年的立项和研制进程后，2020年2月10日由欧空局（ESA）主导、美国参加的太阳轨道探测器任务在美国发射升空，这是人类首个对太阳极区成像的空间太阳物理任务。太阳轨道探测器将用约3年时间在水星轨道以内的大椭圆日心轨道开展近距离太阳观测，用7年（包括3年延寿期）时间在黄道面外开展太阳极区高分辨率成像及探测。该任务有望进一步揭示太阳磁场，太阳活动爆发，太阳风起源、加速及其行星际传播和对地球空间天气的驱动等重要前沿问题的本质，加深对太阳活动周以及日地联系的理解。该任务启示中国空间科学要重视太阳深空观测任务的前瞻布局与立项实施。
研究论文
Exploring Greenhouse Gases Water and Climate Changes: Scientific Opportunities for the Climate and Atmospheric Composition Exploring Satellites Mission
LIU Congliang, KIRCHENGAST Gottfried, SUN Yueqiang, WANG Xin, LÜ Daren, BAI Weihua, DU Qifei, LÖSCHER Armin, SYNDERGAARD Stig, TIAN Longfei, ZHANG Zhihua
2020, 40(2): 151-168. doi: 10.11728/cjss2020.02.151
摘要(971) PDF 6103KB(133)
摘要:
The Essential Climate Variables (ECVs), such as the atmospheric thermodynamic state variables and greenhouse gases, play an important role in the atmosphere physical processes and global climate change. Given the need of improvements in existing ground-based and satellite observations to successfully deliver atmosphere and climate benchmark data and reduce data ambiguity, the Climate and Atmospheric Composition Exploring Satellites mission (CACES) was proposed and selected as a candidate mission of the Strategic Priority Research Program of Chinese Academy Science (SPRPCAS). This paper presents an overview of the key scientific questions and responses of ECVs in relation to global change; the principles, algorithms, and payloads of microwave occultation using centimeter and millimeter wave signals between low Earth orbit satellites (LEO-LEO microwave occultation, LMO) as well as of the LEO-LEO infrared-laser occultation (LIO); the CACES mission with its scientific objectives, mission concept, spacecraft and instrumentation.
基于MapReduce的CME参数识别模型并行计算技术
杨世通, 蔡燕霞, 鲁国瑞, 王晶晶
2020, 40(2): 169-175. doi: 10.11728/cjss2020.02.169
摘要(758) PDF 3204KB(100)
摘要:
日冕物质抛射（Coronal Mass Ejection，CME）参数识别模型是太阳风预报过程的重要组成部分.在空间环境预报业务中，为提高太阳风预报的准确率，需要提高CME参数识别的精度.模型以计算任务串行的方式运行，运算效率低导致模型运算时间长，不能满足这种需求.CME参数识别模型的物理运算过程相互不独立，其在单节点上的运行方式不能满足并行化要求.基于MapReduce的并行计算框架，改进了CME参数识别模型的计算流程，提出CDMR（CME detection under MapReduce）方法，实现了CME参数识别模型的并行计算，并对比分析CME参数识别模型在串行计算和MapReduce并行计算下的运行时间，提高了模型的识别精度和计算效率.
LSTM神经网络在太阳F10.7射电流量中期预报中的应用
杨旭, 朱亚光, 杨升高, 王西京, 钟秋珍
2020, 40(2): 176-185. doi: 10.11728/cjss2020.02.176
摘要(1146) PDF 4297KB(121)
摘要:
F10.7指数作为大气密度经验模型的重要输入参量，其预报精度直接影响航天器轨道预报精度.研究发现，太阳活动表现出长时间尺度上平均11年和中短时间尺度平均27天的周期性变化特征.依据这一观测事实，基于长短期记忆单元（Long Short-term Memory，LSTM）递归神经网络方法进行F10.7指数未来27天的中期预报.利用一个连续长时段F10.7数据作为训练数据，构建LSTM神经网络训练和预测模型，分别预测太阳活动高低年未来27天的F10.7指数.结果表明，太阳活动高年的第27天F10.7指数预报平均相对误差最优可达10%以内，低年最优可达2%以内.
Hemispheric Distribution of Lower-band Chorus Waves Observed by Van Allen Probes
CHENG Xiaowei, GU Xudong, NI Binbin, ZHANG Yang
2020, 40(2): 186-196. doi: 10.11728/cjss2020.02.186
摘要(853) PDF 14865KB(37)
摘要:
Whistler mode chorus waves are important electromagnetic emissions due to their dual roles in acceleration and loss processes of Earth’s radiation belt electrons. A detailed global survey of lower-band chorus is performed using EMFISIS data from Van Allen Probes in near-equatorial orbits. In addition to the confirmation of the positive correlation of chorus wave intensities to geomagnetic activity and dayside-nightside distribution asymmetry of wave amplitude and occurrence probability, the analysis results find that in statistics lower-band chorus emissions exhibit higher wave occurrence rates and larger normalized peak wave frequencies in the magnetically northern hemisphere but somehow stronger peak wave intensities in the magnetically southern hemisphere. While overall the differences between the two magnetically hemispheric distributions tend to be not significant, it is important to establish the magnetically hemispheric distribution profiles of lowerband chorus with respect to L-shell, magnetic local time, and geomagnetic latitude for improved understanding of chorus-induced dynamics of radiation belt electrons.
基于陆态网的区域电离层TEC空间变化特性分析
李涌涛, 周巍, 李建文, 车通宇, 景鑫
2020, 40(2): 197-206. doi: 10.11728/cjss2020.02.197
摘要(1052) PDF 4771KB(242)
摘要:
为研究中国陆态网区域电离层TEC在空间小尺度、高分辨率情况下的变化特性及适用精度范围，利用陆态网260个GNSS连续运行观测站数据，解算并生成2016-2017年731天陆态网区域电离层RIM格网，并进行精度验证.在同一RIM格网中，分别在经度和纬度方向上对间隔不同经纬度的TEC格网点作差分析.结果表明：陆态网区域内经度方向上TEC最大变化率和平均变化率分别为0.30TECU·（°）-1和0.11TECU·（°）-1；经度间隔1°时，TEC差值小于2TECU，且随着经度间隔的增大，其TEC差值也随之增大，并表现出一定的半年和周年变化规律；纬度方向上TEC最大变化率和平均变化率分别为1.7TECU·（°）-1和0.46TECU·（°）-1；陆态网区域内电离层TEC随纬度减小而增大，纬度间隔1°时，99.4%的TEC差值小于4TECU，且随着纬度间隔的增大，其TEC差值也随之增大，并表现出一定的半年和周年变化规律；间隔相同情况下，纬度方向上TEC的变化比经度方向上大.
Seasonal Variations of Mesospheric Densities Observed by Rayleigh Lidar at Golmud, Qinghai
DAI Yaru, PAN Weilin, QIAO Shuai, HU Xiong, YAN Zhaoai, BAN Chao
2020, 40(2): 207-214. doi: 10.11728/cjss2020.02.207
摘要(787) PDF 4784KB(65)
摘要:
From Aug. 2013 to Oct. 2015, a Rayleigh lidar has been used to study the middle atmosphere at Golmud (36.25°N, 94.54°E), Qinghai, located in the northeastern part of the Tibetan Plateau. Mesospheric density profiles from 50 to 90 km were retrieved based on 205 nights of lidar observation, with a total of 1616 hours of operation. We compared our lidar density measurements with SABER observations onboard TIMED satellite and MSIS-00 model data. The results showed that the annual mean density measured by lidar agreed well with SABER data, but both were lower than that of MSIS-00. All datasets exhibited dominant annual oscillation in the mesosphere. From 63 to 85 km, the annual amplitude of lidar density is larger than those of SABER and MSIS-00. PDD (Percentage of Density Difference) was calculated to investigate the mesospheric density climatology. The largest density variations of lidar, MSIS-00, and SABER occurred at around 72 km. Both lidar and SABER PDD reached their maximum in May, about one month earlier than the MSIS-00; while the minimum PDD appeared in late December for all datasets.
北京上空冬季潮汐波活动特征全天时激光雷达探测研究
鲁正华, 杨国韬, 王继红, 焦菁, 荀宇畅
2020, 40(2): 215-222. doi: 10.11728/cjss2020.02.215
摘要(693) PDF 2889KB(70)
摘要:
利用北京延庆子午工程激光雷达对北京上空钠层进行长期连续观测，分析研究钠层及其相关参数的周日变化.提取钠层各个高度上的相位信息，与同时段经向风潮汐信息进行比较发现：在各个高度上，二者周日相位数值基本一致.半日相位对比结果表明，虽然存在差异，但整体仍保持较好的一致性.此外，从2014年至2016年每年10月到第二年1月共4个月的钠层连续观测数据中提取钠层周日和半日的振幅和相位，探究北京上空冬季的潮汐特征.结果显示：周日潮的相位自上向下传播，且无明显的季节变化特征，其垂直波长在40～50km的范围；周日潮较强，半日潮较弱.
双麦克斯韦分布下极区中层尘埃粒子带电研究
帕提曼·阿不都玛洪, 王彦同, 石雁祥
2020, 40(2): 223-226. doi: 10.11728/cjss2020.02.223
摘要(1069) PDF 1151KB(45)
摘要:
在大功率微波照射下，极区中层夏季回波（PMSE）会立刻消失，该现象被称为极区中层加热现象.在大功率微波照射极区中层时，电子在微波电场加速下产生的定向运动速度与热运动速度可以比拟，极区中层的尘埃等离子体服从双麦克斯韦分布.基于双麦克斯韦分布下尘埃粒子充电理论给出极区中层尘埃粒子的电荷分布，比较了大功率微波对极区中层加热前和加热时，尘埃粒子电荷以及极区中层电子浓度的变化.结果表明，采用大功率微波装置加热极区中层会影响电子对尘埃粒子的充电进而导致电子浓度变化，这对解释极区中层加热现象具有重要意义.
基于WACCM+DART的临近空间SABER和MLS温度观测资料同化试验
敬文琪, 崔园园, 王业桂, 蒋辉明, 蔡其发, 兰伟仁
2020, 40(2): 227-241. doi: 10.11728/cjss2020.02.227
摘要(1071) PDF 9004KB(89)
摘要:
基于WACCM+DART（Whole Atmosphere Community Climate Model，Data Assimilation Research Test-Bed）临近空间资料同化预报系统，以2016年2月的一次平流层爆发性增温（SSW）事件为例，开展了临近空间SABER（Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry）和MLS（Microwave Limb Sounder）温度观测资料集合滤波同化试验.结果表明：同化SABER和MLS温度观测资料可显著降低WACCM模式在中间层和平流层中上部（0.001～10hPa）大气温度场的预报误差，改善CR试验在SSW发生时中间层变冷现象偏强、纬向风场首次发生反转的层次偏低以及增温恢复阶段0.1～10hPa的东风层提前消退、纬向风速偏大、平流层顶位置偏高等现象.基于ERA5（The Fifth Generation of ECMWF Reanalyses）再分析资料的检验表明：同化SABER和MLS温度资料明显有利于减小北半球高纬度地区（60°-90°N）平流层中上层和下中间层（0.1～14hPa）纬向风场以及平流层和中间层中下层（0.01～100hPa）温度场的分析误差；同化低层大气观测也有利于减小0.1～14hPa纬向风场和0.01～100hPa温度场的分析误差，但是不如同化SABER和MLS温度资料对临近空间纬向风场和温度场分析误差的改善效果显著.
高纬度地区GPT2w模型的适应性分析
姚翔, 陈明剑, 王建光, 陈锐
2020, 40(2): 242-249. doi: 10.11728/cjss2020.02.242
摘要(1204) PDF 2503KB(82)
摘要:
GPT2w模型是现有精度最高的天顶对流层模型，但是应用在高纬度地区时存在较大误差.为更好地保障卫星导航定位系统在高纬度地区的高精度应用，评定了GPT2w模型在高纬度地区的精度，获取天顶对流层湿延迟、干延迟和总延迟，探讨了GPT2w模型改正对精密单点定位的影响.试验结果表明： GPT2w模型在高纬度地区的精度为厘米级，优于其在中低纬度地区的精度；南北极地区天顶对流层呈现明显季节变化特征和区域一致性特征，夏季天顶对流层总延迟高于冬季，北极地区天顶对流层湿延迟明显高于南极地区，北极地区天顶对流层随季节的变化幅度大于南极地区.PPP试验结果表明，GPT2w模型能够有效改善定位精度，适应高纬度地区的高精度定位需求.
嫦娥四号着陆区织女陨坑电场环境数值模拟
甘红, 李雄耀, 魏广飞
2020, 40(2): 250-263. doi: 10.11728/cjss2020.02.250
摘要(821) PDF 7732KB(52)
摘要:
由于太阳紫外、X射线和太阳风粒子作用，近月表形成尘埃等离子体环境，而月表陨坑地形使得这种尘埃等离子体环境更为复杂.本文以位于嫦娥四号着陆区的织女陨坑为研究对象，基于高程数据构造了该陨坑的三维模型.根据太阳-月球关系和陨坑地理坐标信息，计算了陨坑白天任意时刻的有效太阳辐照度分布，探讨了不同时刻陨坑内外的光照面积占比，得到陨坑随地方时而发生的遮蔽效应特征.同时，基于月表充电方程计算了织女陨坑在不同地方时条件下的平衡表面电势、德拜鞘高度和电场强度分布，发现陨坑自身遮蔽效应对坑内电场环境影响十分明显.以坑底中心为例，讨论了地方时和纬度对类织女陨坑的平衡表面电势、德拜鞘高度及电场强度的影响，结果表明三者变化特征均以正午时刻及赤道为界呈对称分布，越接近12：00LT或者越接近赤道，坑底中心的平衡表面电势和电场强度越高，德拜鞘高度越低.
月震特征及与地震的对比
赵娜
2020, 40(2): 264-272. doi: 10.11728/cjss2020.02.264
摘要(2025) PDF 5408KB(160)
摘要:
月球内部结构是月球研究的热点问题，月震是研究月球内部结构的最佳手段之一.对月震数据及震源参数进行了再分析，在分析已有研究结果的基础上，对各类月震的信号特征、震源分布以及震源机制进行讨论，并将其与地震进行对比.研究发现，月震与地震有很多明显差异：月震信号持续时间较长，且深源月震与热月震具有波形匹配特征；探测到的月震多为深源月震，主要分布于月球正面的北东向和南西向；深源月震和热月震的发震时间都具有周期性，深源月震的周期性主要由地球对月球的潮汐引力以及太阳对月球轨道的扰动造成，且其发震位置具有丛集性，即在相同或相近位置重复发生，而热月震的周期性主要由于月球昼夜温度变化造成.
基于MLAMBDA的BDS/GPS单频RTK性能分析
沈笑云, 保宁鑫, 焦卫东, 王维
2020, 40(2): 273-279. doi: 10.11728/cjss2020.02.273
摘要(1374) PDF 2969KB(75)
摘要:
GNSS RTK技术以其高精度、高效率、实时性的优点，被广泛应用于航空航天等领域.目前双频RTK技术已非常成熟并且应用较广.相比于双频，单频GNSS RTK在数据质量控制、定位误差处理等方面存在难点.因此单频RTK服务精度可能会受到限制，其定位性能有待研究.本文基于扩展卡尔曼滤波模型，通过MLAMBDA模糊度搜索方法和Ratio检验法，结合实测数据，对比分析BDS，GPS，BDS/GPS三种模式下的单频RTK定位性能.实验证明在静态场景下，三种模式的单频RTK定位精度都在厘米级，可满足高精度定位需求；动态场景下三种模式的模糊度固定率都在70%以上，可满足日常定位需求.在静态及动态应用场景下，北斗的模糊度固定率最高，模糊度解算所用时间短，能实现快速RTK定位.
基于Casper和Simulink的射电谱仪信号处理系统设计与实现
赵翠霞, 赵飞, 阎敬业
2020, 40(2): 280-288. doi: 10.11728/cjss2020.02.280
摘要(1030) PDF 4715KB(66)
摘要:
基于Casper硬件平台的射电望远镜数字系统正在被广泛应用.在Simulink中通过调用Casper模块可以实现复杂的数字信号设计，加快FPGA开发射电望远镜系统的效率.利用Casper模块和Simulink中Xilinx模块设计射电望远镜单元样机的数字信号处理单元，完成子带的抽取、下变频和整体频谱分析等功能.在Casper通用硬件平台ZYNQ7020上进行相关功能的仿真，验证了利用Casper模块和Xilinx模块设计基于FPGA的射电望远镜单元样机信号处理系统的可行性和高效性.
使用深度神经网络检测Cassini ISS图像中圆盘状星体轮廓
张庆丰, 郑洋, 成国豪, 卢志聪, 周晓妹, 王宇辰
2020, 40(2): 289-295. doi: 10.11728/cjss2020.02.289
摘要(1222) PDF 2363KB(116)
摘要:
Cassini空间探测器光学成像系统（ISS）拍摄的图像中，很多卫星呈现为面元，其轮廓检测是天体测量的重要工作.使用神经网络方法进行ISS图像中面元轮廓检测.每个ISS图像的像素分为轮廓边缘和非轮廓两类.使用神经网络框架TensorFlow，输入每个像素的9个特征，输出每个像素的分类.利用约3.6万个像素训练该网络，通过380幅ISS图像进行测试.与人工标记结果相比，轮廓像素检测的平均精确率为78.26%，平均召回率为73.32%.以检出轮廓像素作为输入，通过椭圆拟合得到面元的轮廓，所得轮廓与面元真实轮廓吻合良好.研究结果表明该方案能够有效检测出面元轮廓，进而给出假图像星的排除范围.
研究机构
中国科学院特种无机涂层重点实验室
2020, 40(2): 296-296.
摘要(165) PDF 258KB(6)
摘要:

期刊介绍

ISSN 0254-6124       CN 11-1783/V

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