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武汉流星雷达在空间环境探测中的应用研究

陈金松  
【摘要】: 流星雷达是一种重要的空间探测手段,开始时主要应用于观测研究流星雨及其相关的天文学问题。上世纪40年代流星雷达开始了在高层大气动力学探测方面的应用,而最近发展起来的全天空流星雷达是最新的一代流星雷达系统,2002年初建于武汉的全天空流星雷达是中国大陆的第一台流星雷达系统。现代流星雷达系统的主要探测目标是流星区大气动力学,这其中的一些非常典型的研究课题包括:大气平均风场、大气潮汐和大气行星波。为了充分发挥流星雷达的探测潜力,本文尝试利用武汉流星雷达开展了流星雷达在其他领域的应用研究,这主要包括流星雷达在高层大气动力学不稳定性探测和流星雨及流星速度观测方面的初步研究工作。 首先,利用武汉流星雷达2003年5月至2004年4月一年的风场及温度数据,结合大气模式MSISOO,利用Richsrdson数(Ri)研究了武汉上空大气动力学不稳定性的季节特性。大气在1月至3月呈现较低的稳定性,其中Ri出现小于0.25,表示动力学不稳定性可能发生;而在6月至8月大气表现出很高的稳定性状态,Ri出现大于1。分析了垂直风剪切在这段时间内的变化,风剪切的峰值同样出现在1月至3月,表明风剪切是导致大气动力学不稳定性的主要因素,而不是垂直温度梯度。重力波与潮汐的相互作用可能是决定大气不稳定性的一个主要因素,而其中发生的临界层效应是一种可能的重要机制。 另外,利用武汉流星雷达首次成功地观测了象限仪座流星雨及流星雨期间的流星速度,讨论了利用单站全天空流星雷达观测流星雨的相关问题。从观测结果可以发现此次象限仪座流星雨发生在当地时间2004年1月4日的0点至8点,其中流星峰值出现在4点,而且通过流星雷达观测到的流星雨期间的流星回波平面推测得到的流星雨辐射点也与该流星雨的理论辐射点位置对应非常好。利用流星回波振幅的Fresnel振荡方法计算了此次流星雨期间观测到的流星的速度,分析了该流星速度的分布,这次流星雨期间观测到的流星速度主要集中在10~30km/s之间,可以发现这种速度分布是由流星雨进入地球大气的初始速度和流星在大气中的减速过程共同决定的。最后研究了流星速度随高度的变化,并且由此讨论了地球大气对于流星体的减速作用。 总之,本文讨论了武汉全天空流星雷达在高空大气风场探测外的其他研究领域的应用结果,从中可以看到流星雷达所具有的非常强大的探测能力及其潜在发展前景。不过,这里仅仅开展了一些非常初步的研究工作,更多有意义的后续工作期待着进一步的研究。


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