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中高层大气风场对地磁活动的响应特征 被引量:1
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作者 刘晋芳 姜国英 +1 位作者 徐寄遥 朱亚军 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期466-474,共9页
统计研究漠河、北京、武汉流星雷达观测到的2012-2018年80~100 km高度的风场数据,比较在地磁平静期(Kp≤2)和地磁扰动期(Kp≥4)的日平均风场数据,得到在地磁活动期风场的变化特征。研究结果表明,在地磁扰动时风场变化具有季节差异和纬... 统计研究漠河、北京、武汉流星雷达观测到的2012-2018年80~100 km高度的风场数据,比较在地磁平静期(Kp≤2)和地磁扰动期(Kp≥4)的日平均风场数据,得到在地磁活动期风场的变化特征。研究结果表明,在地磁扰动时风场变化具有季节差异和纬度差异。地磁扰动期间,纬向风在较高纬度地区倾向于中间层西风增强,低热层东风增强,纬度较低地区倾向于东风增强。春季,地磁活动对纬向风的影响没有纬度差异,在夏冬季随着纬度的降低中间层东风增强明显。地磁活动对经向风的影响具有季节差异,对春冬季节的影响强于夏秋季节。研究表明,地磁活动对纬向风的影响可达9 m·s^(-1)左右,对经向风的影响可达5 m·s^(-1)左右。地磁活动对中性大气风场的影响可达80 km。 展开更多
关键词 高层大气风场 地磁活动 中纬度
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地基气辉成像干涉仪探测高层大气风场的定标研究 被引量:6
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作者 唐远河 崔进 +4 位作者 郜海阳 屈欧阳 段晓东 李存霞 刘丽娜 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第13期65-74,共10页
我们研制的地基气辉成像干涉仪(ground based airglow imaging interferometer,GBAⅡ)样机成功地探测了地球上空90—100 km的大气风速和温度.为了提高GBAⅡ的探测精度,本文研究GBAⅡ所拍摄的成像干涉条纹的定标:对干涉条纹中心位置定标... 我们研制的地基气辉成像干涉仪(ground based airglow imaging interferometer,GBAⅡ)样机成功地探测了地球上空90—100 km的大气风速和温度.为了提高GBAⅡ的探测精度,本文研究GBAⅡ所拍摄的成像干涉条纹的定标:对干涉条纹中心位置定标、电荷耦合器(CCD)暗噪声和平场定标、整个光学系统衰减系数定标、步进步长定标、光程差随入射角变化量定标、仪器响应度定标和零风速相位定标等理论和实验进行了研究.利用最小二乘法对GBAⅡ拍摄的30幅成像干涉图的圆心坐标定标在CCD(123.3,121.1)像素位置;利用632.8 nm激光获得GBAⅡ所用CCD的平场定标系数矩阵,分别得到平场前后的干涉图并检测出CCD的噪声和坏点;利用GBAⅡ获得图像的边缘亮环相位与中心亮斑相位的差值对入射角10.24°时,光程差相对0°入射角时变化了0.356个条纹;拍摄200幅成像干涉图的实验离散点进行正弦拟合后的均方根标准偏差达90.34%,该完整干涉条纹的步进间隔为4.06 nm,对应步进相位为0.0094π;针对正演公式中GBAⅡ的系统衰减系数对所拍摄的原始干涉图利用IDL编程得到光学系统衰减系数的多项式,拟合的均方根标准偏差达99.98%;采用632.8 nm激光作光源,简化了GBAⅡ的响应度表达式,通过实验得其响应度为4.97×10^(-3)counts·(Rayleigh·s)^(-1);针对GBAⅡ室外观测,给出零风速定标的矩阵表达式后,对532.0 nm和632.8 nm激光的对应零风速相位分别为-9.2442°和-68.6353°.本文提供了多种定标方法,并逐一通过实验进行验证,为国内被动遥感探测高层大气风场提供了强有力的实验支持. 展开更多
关键词 定标 高层大气风场 相位
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一种用于测量高层大气风场的新型地基Fabry-Perot干涉仪 被引量:2
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作者 王后茂 王咏梅 +1 位作者 付建国 张仲谋 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期352-357,共6页
地表海拔大约250 km高度处大气非常稀薄,目前被动光学观测是该层风场探测最有效手段.Fabry-Perot干涉仪(FPI)由于具有较高能量利用率及光谱分辨率等特点,是该层大气最有效的地基风场探测仪器之一.基于采用光路缩束系统及滤光片后置(标... 地表海拔大约250 km高度处大气非常稀薄,目前被动光学观测是该层风场探测最有效手段.Fabry-Perot干涉仪(FPI)由于具有较高能量利用率及光谱分辨率等特点,是该层大气最有效的地基风场探测仪器之一.基于采用光路缩束系统及滤光片后置(标准具之后)方法研制的小型化FPI,2014年分别在河北廊坊(39.40°N,116.65°E)和山西岢岚(38.71°N,111.58°E)进行了地基观测试验,将观测数据与反演算法相结合得到高层大气风场数据,并将数据结果与美国大气研究中心两台FPI的风场数据进行了比较研究,在气辉整体辐射较弱的情况下得到岢岚站的风速平均反演偏差为11.8 m·s^(-1). 展开更多
关键词 Fabry-Perot干涉仪(FPI) 高层大气风场 地基观测 630.0 nm夜气辉
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高层大气风场测量中干涉图强度测量方法的比较
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作者 王周琴 朱林婕 《新校园(上旬刊)》 2017年第9期118-118,共1页
本文分析了高层大气风场被动测量的基本理论,重点分析了干涉图强度测量的几种比较方法,给出了各种方法的优缺点。此分析讨论对高层大气风场测量仪器设计具有参考意义。
关键词 高层大气风场 干涉图 测量方法
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高层大气风场四强度测量法误差分析与计算 被引量:22
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作者 叶剑勇 张淳民 +1 位作者 赵葆常 李英才 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期67-73,共7页
利用干涉成像光谱技术和电磁波的多普勒效应,通过测量高层大气(80—300km)中的气辉(极光)辐射线的四个干涉强度值而获知高层大气的速度和温度信息.采用四强度干涉测量法,分别对基于Michelson干涉仪的动镜扫描和基于无动镜四分区镀膜的... 利用干涉成像光谱技术和电磁波的多普勒效应,通过测量高层大气(80—300km)中的气辉(极光)辐射线的四个干涉强度值而获知高层大气的速度和温度信息.采用四强度干涉测量法,分别对基于Michelson干涉仪的动镜扫描和基于无动镜四分区镀膜的干涉图获取模式所引起的测量误差进行了深入的理论分析与研究.给出了由于此测量误差所导致的相位误差所引起的高层大气风场速度、温度的误差数值;采用计算机模拟得出了在不同相位误差条件下,两种模式计算得到的风场速度和温度的误差分布图;给出了风速误差、温度误差与相位步进误差的关系曲线.理论计算结果表明:基于Michelson干涉仪动镜扫描探测模式的速度误差是基于无动镜四分区镀膜模式的两倍,而动镜模式的温度精度略高一些.该研究对提高高层大气风场的探测精度提供了重要的理论指导,对高层大气风场探测模式的研究以及仪器装置的研制均具有重大的理论意义和实践价值. 展开更多
关键词 高层大气风场测量 四强度测量法 模拟计算
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洛伦兹光谱线型的高层大气风场被动探测原理分析 被引量:13
6
作者 贺健 张淳民 +1 位作者 唐远河 赵葆常 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期577-580,共4页
通过探测高层大气中气辉(极光)辐射线的多普勒频移,可以反演出高层大气中的速度、温度和压强等物理量。以高层大气中的极光(原子氧跃迁所辐射的两条主要谱线)为被探测源,对于洛伦兹光谱线型高层大气风场的探测原理和方法进行了研究;给... 通过探测高层大气中气辉(极光)辐射线的多普勒频移,可以反演出高层大气中的速度、温度和压强等物理量。以高层大气中的极光(原子氧跃迁所辐射的两条主要谱线)为被探测源,对于洛伦兹光谱线型高层大气风场的探测原理和方法进行了研究;给出了基于洛伦兹光谱线型高层大气的速度场、温度场和压力场的分布规律和理论计算公式;采用计算机模拟,描绘了洛伦兹光谱线型风场的误差曲线,表明了洛伦兹光谱线型在高层大气风场探测中占有相当重要的地位。 展开更多
关键词 大气光学 高层大气风场探测 洛伦兹光谱线型 干涉成像光谱技术
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高层大气风场探测改型大光程差Sagnac干涉仪全视场角光程差与横向剪切量的精确计算 被引量:10
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作者 阮锴 张淳民 赵葆常 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期5435-5441,共7页
提出了一种用于高层大气风场探测的改型大光程差Sagnac干涉仪,论述了其基本原理和分光机理;分析了空间光线在改型大光程差Sagnac干涉仪中的传播路径;利用空间几何方法,通过分析空间直线与其投影之间的关系,给出了入射光线绕入射界面法... 提出了一种用于高层大气风场探测的改型大光程差Sagnac干涉仪,论述了其基本原理和分光机理;分析了空间光线在改型大光程差Sagnac干涉仪中的传播路径;利用空间几何方法,通过分析空间直线与其投影之间的关系,给出了入射光线绕入射界面法线旋转360°范围内,从任意方向以任意角度入射时,改型大光程差Sagnac干涉仪的光程差及横向剪切量的精确表达式,较目前文献所报道的只给出入射面与纸平面平行时光程差与横向剪切量的计算具有更加普遍的指导意义.为改型大光程差Sagnac干涉仪的设计、研制提供了重要的理论依据和实践指导,为实现静态、无动镜高层大气风场探测奠定了理论与工程基础. 展开更多
关键词 高层大气风场探测 改型大光程差Sagnac干涉仪 横向剪切量
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高层大气风场洛伦兹光谱线型粒子辐射率探测研究 被引量:3
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作者 张霖 张淳民 简小华 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期899-906,共8页
以高层大气中的极光谱线为被探测源,提出了一种高层大气(80—300km)风场洛伦兹光谱线型的粒子辐射率被动探测的新原理.采用该原理不仅可获得高层大气风场的速度、温度和压强信息,更重要的是还能同时探测到高层大气中辐射粒子体辐射率,... 以高层大气中的极光谱线为被探测源,提出了一种高层大气(80—300km)风场洛伦兹光谱线型的粒子辐射率被动探测的新原理.采用该原理不仅可获得高层大气风场的速度、温度和压强信息,更重要的是还能同时探测到高层大气中辐射粒子体辐射率,解决了目前高层大气风场研究中只能探测高层大气风场速度、温度和压强却不能获知粒子的体辐射率的问题.给出了基于洛伦兹光谱线型的辐射源粒子体辐射率、大气风场速度、温度和压强的理论计算公式.采用计算机模拟对探测误差进行了分析,给出了体辐射率、风场速度、温度、压强的误差分布规律,为进一步丰富和完善高层大气风场探测提供了理论依据和实验基础,对航空航天、空间探测、环境保护、国家安全和国民经济建设都具有重要的科学意义和广阔的应用前景. 展开更多
关键词 极光谱线 洛伦兹光谱线型 粒子体辐射率 高层大气风场探测
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电磁学多普勒效应在高层大气探测中的应用 被引量:3
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作者 张淳民 《大学物理》 2019年第2期52-54,59,共4页
风是理解大气动力学行为、热力学性质和成分结构的一个关键参数,大气风场的探测已成为当今国际上的前沿科学和热门研究课题.高层大气(80~300 km)风场被动探测的基础理论是干涉成像技术和电磁波的多普勒效应.论文对气辉(极光)的形成、... 风是理解大气动力学行为、热力学性质和成分结构的一个关键参数,大气风场的探测已成为当今国际上的前沿科学和热门研究课题.高层大气(80~300 km)风场被动探测的基础理论是干涉成像技术和电磁波的多普勒效应.论文对气辉(极光)的形成、电磁波的多普勒效应和双光束干涉进行了解释;对通过探测目标气辉谱线的多普勒频移,获知大气风场的速度、温度和粒子辐射率的原理进行了论述;给出了由于频移量数值极小难以观测、进而将频移量的观测转换成对位相、干涉图观测的四强度探测理论.向读者展示了电磁学、光学的基本原理应用到当今高新科技中的巧妙与完美,启发对物理学基本知识应用和对科学家创新思维的联想和思考. 展开更多
关键词 高层大气风场被动遥感探测 多普勒效应 干涉成像技术 四强度探测法
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大气风场探测萨尼亚克干涉仪光程差的计算及探测模式研究 被引量:2
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作者 叶剑勇 张淳民 +1 位作者 赵葆常 唐远河 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第7期1145-1150,共6页
提出了基于时空混合调制的大气风场探测模式;应用光线追迹方法推导了一种改型萨尼亚克干涉仪在任意角入射时的光程差;从理论上对该干涉仪的参量作了分析计算;通过对同种、异种材料组合的理论分析,得出了异种材料组合的改型萨尼亚克干涉... 提出了基于时空混合调制的大气风场探测模式;应用光线追迹方法推导了一种改型萨尼亚克干涉仪在任意角入射时的光程差;从理论上对该干涉仪的参量作了分析计算;通过对同种、异种材料组合的理论分析,得出了异种材料组合的改型萨尼亚克干涉仪更加适合高层大气风场探测。该干涉仪具有稳态、大视场、大光程差、时空混合调制探测模式等显著特点。该研究发展了高层大气风场的被动探测理论,对风场探测技术研究、探测模式和工程化都具有十分重大的理论及实践意义。 展开更多
关键词 大气光学 高层大气风场测量 改型萨尼亚克干涉仪 时空混合调制探测模式 光程差
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大气风场探测多普勒差分干涉仪相位稳定性影响因素分离测试方法 被引量:2
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作者 傅頔 畅晨光 +4 位作者 孙剑 李娟 武魁军 冯玉涛 刘学斌 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第18期18-25,共8页
多普勒差分干涉仪基于一种新型中高层大气风场探测系统,通过计算干涉图相位变化量反演观测目标源光谱的多普勒频移,实现大气风场测量。基准相位作为确定风场多普勒频移量的必要参数,其稳定性是保证风速测量精度的核心指标之一。针对非... 多普勒差分干涉仪基于一种新型中高层大气风场探测系统,通过计算干涉图相位变化量反演观测目标源光谱的多普勒频移,实现大气风场测量。基准相位作为确定风场多普勒频移量的必要参数,其稳定性是保证风速测量精度的核心指标之一。针对非对称量相位漂移、相位斜率漂移和干涉图相位漂移这三项影响干涉仪基准相位的因素开展研究,基于多普勒差分干涉原理对其相位热漂移开展了理论分析,提出了各项因素相位漂移量的分离测试方法,并基于近红外多普勒差分干涉仪开展了实验测试。环境温度波动为0.27℃时,相位斜率变化量为670 mrad/m,干涉图相位漂移波动范围为8.9 mrad;修正干涉图相位漂移后,非对称量相位漂移约为4.7 mrad,均方根为0.98 mrad,等效风速测量误差为0.81 m/s。通过温度拉偏实验,得到非对称量相位漂移随温度的变化率为-493 mrad/℃的结论。 展开更多
关键词 大气光学 高层大气风场探测 多普勒差分干涉仪 相位稳定性 测试与分析
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偏振风成像干涉仪多波长探测理论研究 被引量:1
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作者 朱化春 张淳民 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期331-337,共7页
简述了偏振风成像干涉仪(PAMI)探测高层大气风场的基本原理;研究得出了多波长探测时偏振风成像干涉仪干涉强度、仪器调制度与位相延迟片的延迟位相之间的理论表达式;得出了偏振风成像干涉仪的干涉强度和仪器调制度受所探测谱线波长调制... 简述了偏振风成像干涉仪(PAMI)探测高层大气风场的基本原理;研究得出了多波长探测时偏振风成像干涉仪干涉强度、仪器调制度与位相延迟片的延迟位相之间的理论表达式;得出了偏振风成像干涉仪的干涉强度和仪器调制度受所探测谱线波长调制的重要结论;采用计算机模拟分析了使用偏振风成像干涉仪(设计谱线为高层大气氧原子跃迁时辐射的630nm的极光谱线)探测高层大气时各目标谱线的干涉强度和仪器调制度,给出了干涉强度和仪器调制度与探测谱线波长之间的关系,得出了732nm的极光谱线不适合用作探测目标的结论.本文为高层大气风场探测理论的发展、偏振风成像干涉仪多波长探测理论和应用研究,以及风场信息反演提供了理论依据和实践指导. 展开更多
关键词 高层大气风场探测 偏振成像干涉仪 调制度 多波长探测
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Retrieval of middle and upper atmospheric wind based on non-full circular fringe recorded by Fabry-Perot Inteferometer
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作者 WANG HouMao WANG Chong +3 位作者 WANG YongMei ZHANG XiaoXin HUANG Cong LIANG ShaoLin 《Science China Earth Sciences》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第9期1732-1738,共7页
Fabry-Perot Interferometer(FPI) has been used widely for wind measurements of the middle and upper atmosphere.To date, most of FPIs have been based on full-closed circular fringe, which needs 15–25 min to obtain a gr... Fabry-Perot Interferometer(FPI) has been used widely for wind measurements of the middle and upper atmosphere.To date, most of FPIs have been based on full-closed circular fringe, which needs 15–25 min to obtain a group of wind velocity(zonal and meridional). However, it is hard to improve the temporal resolution because full-closed circular fringe in several directions cannot be easily imaged onto the same Charge-Coupled Device(CCD) with enough airglow intensity. In this paper, a data processing method is proposed for non-full circular fringe of FPI, which can support CCD with enough area of observations in several directions simultaneously. The method is focused on the center determination of non-full fringe. It includes radial cross-section, peak coordinate determination, and center calculation. Based on the calculated center, the fringe is annular summed. Then its radius is determined subsequently using Gaussian fitting. Finally, the wind is retrieved from the fringe radius. For validation, fringes from two ground-based FPIs were used, which are deployed in Kelan(38.71°N, 111.58°E) and Xinglong(40.40°N, 117.59°E) in China. The results retrieved from non-full fringes of FPIs were compared with that from full-closed circular fringe. The averaged wind deviation between them demonstrates reasonable difference with 5.38 ms^-(1) for 892.0 nm airglow emission, 5.81 ms^-(1) for 630.0 nm emission, and 3.03 ms^-(1) for 557.7 nm emission. Besides, wind results of Xinglong FPI are compared roughly with measurements of meteor radar which is deployed in Ming Tombs of Beijing(40.3°N,116.2°E). Good agreement demonstrates that this method is robust enough for FPI wind retrieval of mesosphere and thermosphere. 展开更多
关键词 Fabry-Perot Interferometer(FPI) Wind retrieval Non-full circular fringe Full-closed circular fringe
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