上海天文臺等離子層同化研究取得新進(jìn)展

　　處在宇宙空間中的地球時刻受著太陽吹過來的高能粒子風(fēng)影響，在地球磁場的作用下，太陽風(fēng)會繞過地球磁場，繼續(xù)向前運(yùn)動，于是在地球周圍就形成了一個被太陽風(fēng)包圍的、形似彗星的地球磁場區(qū)域，稱之為磁層。磁層中的大氣會被電離，產(chǎn)生大量的等離子體，磁層的最內(nèi)層是電離層，最上面是等離子體層。無線電通訊和衛(wèi)星導(dǎo)航在人類生活和軍事等方面已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，地球空間環(huán)境會對它們造成一定的干擾，例如等離子體層會產(chǎn)生一些不必要的干擾，影響衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和無線電通訊。因此，研究地球空間環(huán)境對國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)尤為重要。

　　由于觀測手段的缺乏，對電離層以上的等離子層的研究相對較少，隨著星載全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的發(fā)展，越來越多的低軌（LEO）衛(wèi)星搭載GNSS接收機(jī)發(fā)射上天，這樣就可以獲取全球分布的中性大氣、電離層和等離子層觀測數(shù)據(jù)。

　　近日，中國科學(xué)院上海天文臺副研究員郭鵬等利用星載GNSS觀測資料，對等離子體層進(jìn)行了數(shù)據(jù)同化研究（數(shù)據(jù)同化是一種綜合多種觀測源的觀測資料、對電子密度進(jìn)行優(yōu)化估計(jì)的方法），并發(fā)現(xiàn)同化后的模型比之前的同類研究更加接近大氣的真實(shí)狀況，該成果已經(jīng)發(fā)表在國際期刊《無線電科學(xué)》（Radio Science）。

　　該文章第一作者、上海天文臺博士研究生仵夢婕說：“我們使用了由中國和美國合作的COSMIC掩星計(jì)劃的觀測資料，它的數(shù)據(jù)優(yōu)勢在于利用加載在LEO衛(wèi)星上的精密定軌天線，連續(xù)、高頻率地對LEO到GPS衛(wèi)星之間的斜路徑總電子含量進(jìn)行觀測。這些觀測包含了LEO所在的軌道高度（800 km）至GPS衛(wèi)星所在的軌道高度（20200 km）之間的空間大氣的信息，因此這一部分斜路徑電子含量值適合用于數(shù)據(jù)同化的分析研究。”郭鵬說：“我們選擇了全球核心等離子體模型作為等離子層的先驗(yàn)?zāi)Ｊ?，然后加入?/SPAN>LEO衛(wèi)星的定軌天線接收的斜路徑總電子含量這一新的觀測數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)同化，得到了更新的等離子層模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同化更新后的模型比先驗(yàn)?zāi)Ｐ透咏咏鎸?shí)大氣情況，可以反映出局部的電子密度變化特征。因此這一等離子層模型可以更好地用于模型改正和其他需要考慮高層大氣電子含量的計(jì)算中?！?/SPAN>

　　數(shù)據(jù)同化前后的4倍地球半徑范圍內(nèi)的等離子層電子密度分布情況