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2016年  第36卷  第6期

论文
系外行星大气与宜居系外行星研究进展及发展趋势
田丰, 胡雄, 吴季
2016, 36(6): 815-827. doi: 10.11728/cjss2016.06.815
摘要:
探测系外行星的主要目的是研究生命和可供地球生命生存的行星是否普遍存在这一基本科学问题.近20年来已有超过3000颗系外行星被发现,还有几千颗候选系外行星有待确认,其中疑似宜居系外行星的数量近20颗.未来十年疑似宜居系外行星的数目将大为增加.尽管目前对宜居系外行星大气观测的能力和科学结果还很有限,但可以预期未来20年对这一类行星大气的观测将成为行星科学研究的重要领域.本文根据当前系外行星大气科学发展的状态和主要科学问题,在对中国未来系外行星科学发展方向进行分析的基础上,提出一种比较可行的建议,即在近1~2年内有针对性地开展系外行星大气普查和系外行星高层大气观测的可行性论证和预研,并在5~10年内择一予以实施.
日球层物理与太阳系探测
太阳风对流效应对CME渡越时间的影响
孙路远
2016, 36(6): 828-836. doi: 10.11728/cjss2016.06.828
摘要:
基于Gopalswamy预报日冕物质抛射(CME)渡越时间的经验模型,选取1996-2007年间52个与地磁效应Dst<-50nT相关的CME事件以及10个引起特大磁暴(Dst<-200nT)的CME事件,结合ACE卫星在1AU处的太阳风观测资料,分析背景太阳风对流效应对CME到达1AU处渡越时间预报的影响.对于52个CME事件,考虑太阳风对流效应的影响后,预报的标准偏差由16.5h降为11.4h,修正后的误差分布趋向于高斯分布,并且68%事件的预报误差小于15h.对于10个引起特大磁暴的CME事件,考虑太阳风对流效应的影响后,预报的标准偏差由10.6h降低到6.5h,其中6个事件的预报误差小于5h.研究结果表明,对于CME事件,考虑背景太阳风对流效应的影响可以降低预报CME渡越时间的标准偏差,说明太阳风对流效应对预报CME事件渡越时间具有重要作用.
Survey on the Magnetic Structure of the Neutral Sheets in Earth's Magnetotail
XIAO Chao, SHEN Chao, CHENG Guosheng, ZHANG Hua, ZHANG Ting, CARR C M
2016, 36(6): 837-848. doi: 10.11728/cjss2016.06.837
摘要:
Based on the multipoint magnetic observations of Cluster from 2001 to 2004, the magnetic field structure in magnetotail Neutral Sheet (NS) is statistically surveyed. The results are as follows. In NS, a cubic function is selected to reveal the relation between y (GSM) and positional parameter z. The relation between y and magnetic field values indicates that the magnetic field is weak at midnight region and strengthens gradually at the duskside and dawnside. The relation between y and curvature radius is expressed by a quadratic function. And Rc of flattened CS is less than that of the normal CS. By determines the orientation of MFLs' configuration. The polar angle of the curvature vector is affected by the NS configuration. In addition, the correlation between the polar angle of the curvature vector and z is higher. The polar angle of the normal of the osculating plane is uncertain in the center area. The relation between the azimuthal angles of the curvature vector (the normal of the osculating plane) and y is negatively correlated. An empirical model applied to yz plane of the three-dimensional structure of the magnetic field lines in the NS are developed, and it is represented as a function of the positional parameter y. Finally, the current density is also statistically surveyed.
地球磁层极尖区场向电子事件期间能量特性研究
史建魁, 张子迎, TORKAR Klaus, 王铮, 程征伟, 王国军
2016, 36(6): 849-856. doi: 10.11728/cjss2016.06.849
摘要:
根据Cluster卫星2001年9月30日在北半球极尖区观测到的一次强扰动场向电子事件数据,分析研究了这次事件期间场向电子的能量特性,讨论了场向电子对太阳风能量向磁层的传输和磁层-电离层耦合过程中能量传输的作用.分析认为,这次电子扰动事件期间电子速度和密度都具有很强的扰动变化,电子速度增加是一个主要特点.本次事件中低能段5~200eV和500~1500eV内的能谱分析结果表明,上行电子通量大于下行电子通量,上行电子主要来源于电离层,说明电离层上行电子在本次事件中具有非常活跃的作用.根据电离层中带电粒子的能量特征分析结果可知,这次事件中电离层起源的上行电子在上行过程中得到了加速.关于加速机制问题还有待深入研究.
Lax-Friderichs格式在磁流体模拟中的改进和应用
刘强, 李会超
2016, 36(6): 857-865. doi: 10.11728/cjss2016.06.857
摘要:
磁流体数值模拟是空间物理研究的重要手段.采用具有TVD(Total Variation Diminishing)特性的Lax-Friderichs差分格式求解了GLM-MHD(Generalized Lagrange Multiplier-Magnetohydrodynamics)方程.为降低格式的数值耗散,引入耗散修正系数对算法的通量计算过程进行改进.二维Rotor算例和磁云-电流片相互作用算例的模拟结果表明,GLM-MHD方法可以有效控制磁场散度误差,相对于泊松校正法可以节省一半以上的计算时间.在不破坏格式稳定性基础上,耗散修正系数有效降低了算法的数值耗散.
利用支持向量机预测大磁暴期间Dst指数的变化
彭宇翔, 吕建永, 顾赛菊
2016, 36(6): 866-874. doi: 10.11728/cjss2016.06.866
摘要:
利用支持向量机(SVM)模型对大磁暴期间Dst指数进行预报研究.以1995-2014年期间的80次大磁暴(Dst≤-100nT)事件共2662组观测数据为研究对象,以对应时间的太阳风参数为模型输入参数,同时建立了神经网络模型和线性机模型进行对比,并利用交叉验证提高预测结果的可靠性.为比较不同模型的预测效果,选用相关系数(CC)、均方根误差(RMS)、磁暴期间Dst指数最小值预测结果的平均绝对误差以及Dst指数最小值出现时间预测结果的平均绝对误差等统计量作为对比参数.结果显示SVM模型的预测效果最好,其中相关系数为0.89,均方根误差为24.27nT,所有磁暴事件的最小Dst值预测平均绝对误差为17.35nT,最小Dst值出现时间的预测平均绝对误差为3.2h.为进一步检验模型对不同活动水平磁暴预报效果的可能差异,将所有磁暴事件分为大磁暴(-200 <Dst ≤-100nT)和特大磁暴(Dst≤-200nT)两组进行预测,发现两组事件的预测效果依然是SVM模型最好.
中纬地区日间类扩展F不规则结构的观测研究
肖赛冠, 肖佐, 史建魁, 张东和, 郝永强
2016, 36(6): 875-880. doi: 10.11728/cjss2016.06.875
摘要:
基于高频多普勒观测,研究中纬地区日间类扩展F现象及其与其他电离层扰动现象的关联.结果表明:日间类扩展F具有出现时间覆盖面广、持续时间长、与其他电离层扰动相互伴随等特征;形态特征表现为回波弥散(与夜间扩展F相似),弥散回波的频移多倾向于正向偏移,有时与行进电离层扰动(TIDs)相互伴随.日间类扩展F现象虽然是偶发事件,且发生率极低,但其出现时间及区域的广泛性充分体现了该现象对空间天气及空间环境的影响具有不可忽视的重要性.
太阳和地磁活动对高中低纬度站点Es层的影响
杜鹏, 张雅彬, 胡艳丽, 赵海生, 徐彤
2016, 36(6): 881-887. doi: 10.11728/cjss2016.06.881
摘要:
关于地磁和太阳活动对Es层形成的影响,已有研究所得结论不同甚至相互矛盾.为研究太阳和地磁活动对Es层的影响,对4个太阳活动周期(1970-2010年)高中低纬度站点每小时Es层的参数进行了分析.结果表明太阳和地磁活动对Es层形成确实具有影响,而且不同纬度Es层与太阳和地磁活动的相关系数也不相同.同时对Es层各参数对于太阳和地磁活动不同反应的原因进行了解释.
南大西洋异常区高能质子通量南北向差异
闫兴亚, 陈鸿飞, 于向前, 邹鸿, 施伟红
2016, 36(6): 888-896. doi: 10.11728/cjss2016.06.888
摘要:
利用2012年8月NOAA N15,N16,N17,N18卫星中能质子和电子探测器(MEPED)>6.9MeV质子能档的数据,研究了800km高度处南大西洋异常区(SAA)质子分布的南北方向差异.数据显示,质子计数率沿经线随纬度的变化近似满足高斯分布,且向南运动的质子多于向北运动的质子.MEPED具有0°和90°两个探测方向,可对质子投掷角分布进行估算,从而消除在探测南向和北向质子时探测器方向角偏差所造成的影响.结果表明,在经度40°W、纬度13°S至23°S位置上,仍然存在南向质子比北向质子多20%~30%的现象.其原因可能与地磁异常使南向质子镜像点更低,更多质子散射进入大气层沉降有关.分析还发现,南大西洋异常区质子通量存在地方时变化.日侧比夜侧强约20%,这可能是由于地磁场日变化引起的.
南极中山站宇宙线观测
黄德宏, 胡红桥, 刘杨, 卢红, 张大力, 张吉龙
2016, 36(6): 897-903. doi: 10.11728/cjss2016.06.897
摘要:
2014年由两个具有0.5m×0.5m闪烁体面积的探测器组成的宇宙线μ子望远镜在南极中山站建成,观测数据通过卫星链路传回并发布.通过对中山站μ子望远镜数据的气象效应分析,发现中山站的气压变化对宇宙线计数率影响显著并呈负相关.计算得到宇宙线高能质子在中山站的垂直截止刚度RC为0.076GV,对比中国西藏羊八井和北京高能质子的垂直截止刚度,中山站非常有利于对太阳高能质子事件的观测.
不同入射角度下等离子鞘套中C波段电磁波传输特性
凌云飞, 陈长兴, 蒋金
2016, 36(6): 904-908. doi: 10.11728/cjss2016.06.904
摘要:
为解决临近空间通信黑障问题,研究了不同入射角对等离子体鞘套中C波段(4~8GHz)电磁波传输特性的影响,分别采用均匀等离子体模型与高斯分布非均匀等离子体模型,根据电磁波在分层介质面的反射和透射传播原理,对不同角度下C波段通信电磁波的传输性能进行计算和对比分析.结果表明,入射波频率的增加以及入射角的减小有利于降低C波段的衰减值,提高透射率,使通信电磁波更有效地穿透等离子体鞘套,为解决临近空间通信黑障问题提供了理论依据.
地球自转对北极黄河站观测日侧极光弧运动的影响
丘琪, 杨惠根, 陆全明, 胡泽骏
2016, 36(6): 909-915. doi: 10.11728/cjss2016.06.909
摘要:
利用北极黄河站全天空极光数据,采用AACGM模型,将日侧极光弧映射到地磁坐标系,定量计算地球自转导致的极光弧运动速度.对于任意一条极光弧,其偏斜角定义为极光弧方向与当地地磁东西方向的夹角.研究发现,地球自转产生的速度由极光弧离开天顶的距离和偏斜角决定,其中偏斜角的影响更为重要,其还决定速度的方向.在4年的观测数据中,提取超过40000张出现极光弧的图像,计算极光弧偏斜角.计算结果表明,日侧极光弧的偏斜角随磁地方时增大而逐渐减小,并在大约10:00MLT(磁地方时)附近发生反转.由于偏斜角的反转,地球自转产生的极光弧运动在晨侧多为极向运动,到午后多为赤道向运动.相比午前,午后的运动更为明显,最大速度可超过300m·-1.
空间探测技术
嫦娥三号着陆区月表辐射特性测算
宋馨, 张有为, 刘自军
2016, 36(6): 916-924. doi: 10.11728/cjss2016.06.916
摘要:
月球表面辐射特性研究是月球探索的一个重要领域,对于勘测月球表面形态及进行资源勘探等具有重要意义,但是目前在月球表面直接进行近距离测量的数据非常少.本文建立了基于嫦娥三号着陆器地形地貌相机和缓释电机在轨遥测数据研究月球表面辐射特性的方法,初步测算得到嫦娥三号着陆区月球表面的太阳辐射光谱反射率为0.105,发射率为0.866.所得结果能够为进一步空间探测任务提供原始测算数据,以降低设计难度及提高探测能力.
太阳极紫外光谱仪无缝成像技术研究
盛方梁, 彭吉龙
2016, 36(6): 925-931. doi: 10.11728/cjss2016.06.925
摘要:
传统极紫外成像光谱仪无法实时观测大范围的太阳活动.无缝成像技术使得光谱仪能够获得大视场范围内的太阳空间信息和光谱信息.通过无缝成像光谱仪成果分析,提出了一种改进的光学设计思路,并通过模拟数据重建证明其能够大幅提高多普勒速度反演的准确性,从而极大提高了观测数据的可信度.
应用于空间粒子探测的Si-PIN传感器电子辐照测试
孙莹, 王风, 张珅毅, 荆涛, 杨垂柏, 沈国红, 张焕新, 闫雪梅
2016, 36(6): 932-937. doi: 10.11728/cjss2016.06.932
摘要:
长期的高能电子辐照会对Si-PIN传感器探测性能造成影响,为了考核应用器件耐电子辐照能力,采用电子辐照源模拟空间电子环境对半导体传感器进行辐照试验.试验结果表明:传感器在接收7.64×1014辐照剂量情况下,传感器能量响应能力未发生改变,计数效率稍有下降;随着辐照剂量的增大,虽然传感器漏电流不断增大,但是噪声水平较平稳,传感器的性能不影响载荷工作指标.
High Energy X-ray Telescope Data Analysis Method
ZHAO Haisheng, LI Chengkui, LI Xiaobo, NIE Jianyin, GE Mingyu, PAN Yuanyue, SONG Liming
2016, 36(6): 938-944. doi: 10.11728/cjss2016.06.938
摘要:
The science analysis of the data from the High Energy X-ray Telescope (HE) on the Hard X-ray Modulation Telescope (HXMT) satellite is organized in three stages: calibration, screening and extraction of high-level scientific products. At the first stage, the raw PHA value of each event is converted to PI value accounting for temporal changes in gain and energy offset. At the second stage, the calibrated events are screened by applying cleaning criteria. At the third stage, scientific products, i.e. spectra, light curves and redistribution matrix files, are extracted. This work will introduce the three stages as well as the screening criteria and the data combining method.