赤道等离子体泡是日落后低纬电离层中形成的低电子密度空腔结构, 其演化过程会导致无线电信号闪烁与衰减. 对赤道等离子体泡的演化进行精准预测, 在空间天气研究及卫星通信领域意义重大. 提出一个基于SimVP (Simpler yet Better Video Prediction)框架的EPB演化预测模型, 通过曲靖站历史气辉观测图像学习EPB时空演化特征, 实现对未来演化的精准预测, 通过系统实验分析了关键参数对模型性能的影响. 结果表明, 时间分辨率设为3 min, 采用6 帧输入图和6 帧输出图的架构时模型性能最优(结构相似度为0.989, 峰值信噪比为34.704). 实验显示, EPB空间形态复杂度对预测精度影响显著, 而光污染干扰相对有限. 提出的模型具有较好的跨台站应用鲁棒性, 该模型不仅为EPB演化提供了数据驱动的高效预测工具, 还可为受污染气辉观测数据的修复提供技术支撑.

基于兴隆(XLON, 40.2°N, 117.6°E; 磁纬35°N)和南非Sutherland天文台(SAAO, 32.2°S, 20.48°E; 磁纬40.7°S)的地基Fabry-Perot干涉仪(FPI)观测数据, 结合热层–电离层–电动力学环流模型(TIEGCM), 系统分析了2018年3月18－19日磁暴事件期间南北半球中纬度地区热层风场的响应特征. 研究发现, 南半球热层风场对磁暴的响应较北半球更为显著. 在SAAO台站观测到显著的赤道向和西向风增强现象, 其中经向风最大速度达128.4 m·s^–1 (赤道向), 纬向风最大速度达 –165.6 m·s^–1 (西向). 与TIEGCM模拟结果的对比分析表明, 模型能够较好地再现观测数据的扰动趋势, 特别是在SAAO经向风和XLON纬向风的变化特征方面. 然而模型在风速定量预测方面仍存在一定偏差, 对SAAO东向纬向风存在低估现象, 而对XLON赤道向经向风则呈现高估趋势.

为了对比热层–电离层中相伴传播的大尺度行进式大气层扰动与大尺度行进式电离层扰动的传播特征差异, 利用CHAMP卫星可以同时共体跨纬度观测大气质量密度和电子密度的优势, 研究了2002年3月19日一对远距离相伴传播的LSTAD与LSTID事件. 在当日04:00－06:00 UT期间, 伴随着AE指数的突然显著增强, CHAMP卫星随即在北半球观测到了相伴传播的LSTAD与LSTID. 在04:00 UT以后大约6 h内, 这些大气质量密度与电子密度的扰动一直向南传播, 穿过赤道并进入南半球, 最终在南半球耗散消失. 此外, 地面GNSS台链的观测结果也印证了卫星观测到的LSTID的真实存在. 经过对比分析表明, 由于电子运动受到洛伦兹力的高度控制, 而中性粒子不受洛伦兹力约束, 所以由同一源区激发且相伴传播的LSTAD与LSTID沿子午向的水平传播速度表现出明显差异, 导致在同一轨道上同一时刻同一位置二者的相位并不相同甚至差别明显.

夜光云作为形成于中高层(高度约83 km)大气的冰晶云, 其季节起始时间是研究极地中间层热力学与动力学耦合过程的重要参数. 基于1979－2023年多源观测数据, 系统分析了南北半球夜光云季节起始时间的长期演变特征, 并分析其与平流层纬向风场反转事件及太阳活动的相关性. 结果表明, 南北半球夜光云起始时间存在显著差异, 南半球的年际变幅(标准差22 d)约为北半球(11 d)的2倍, 这可能与半球间大气环流模态、重力波活动强度等热力和动力过程差异有关. 在南半球, 夜光云季起始时间与平流层纬向平均风的反转时间表现出极强的正相关关系; 对于北半球, 虽然呈现反相关特性, 但约60 d的相隔时间并不能直接判定二者的影响关系. 太阳活动(Lyman-α 辐射)对夜光云季节起始的调控也呈现半球不对称性, 北半球在2011年前与太阳活动呈一定的负相关, 后期因平流层动力背景转变而衰减, 南半球则表现为微弱响应, 表明太阳辐射效应与动力过程可能共同发挥作用. 此外, 多源数据在结果上的差异也表明, 不同探测体制和数据类型会对夜光云长期变化特性研究带来一定的不确定性.

嫦娥七号计划于2026年发射, 开展月球南极永久阴影区内的水冰探测是其重要的科学目标之一. 基于Geant4工具包构建嫦娥七号有效载荷月球中子伽玛谱仪(LNGS)的精细模型, 建立月表水含量与超热中子计数率之间的定量反演关系. 通过模拟银河宇宙射线(GCR)轰击月表产生的次级中子能谱, 结合中国散裂中子源(CSNS)的束流标定实验验证, 得到如下结果探测器建模的模拟效率与实验数据吻合良好(相对误差<6%); 探测器具备区分不同含水量土壤的能力; 月表水冰质量含量在0.01%～20%范围内时, 超热中子计数率随氢含量增加呈显著下降趋势, 其关系符合修正的Lawrence模型(R²=0.9993). 研究为嫦娥七号在轨数据解译提供了可靠的理论模型, 并为月球资源原位利用的探测技术发展奠定了基础.

针对国产微波散射计高风速订正需求, 以2021－2022年9个台风的HY-2系列微波散射计观测资料为数据源, 以机载步频微波辐射计(Stepped Frequency Microwave Radiometer, SFMR)风速为参考真值, 通过时空匹配构建建模数据集, 并将其以7∶3随机划分为训练集与测试集; 基于轻量化的宽度学习系统(Broad Learning System, BLS)开展回归分析, 构建高风速订正模型. 模型测试结果表明: 订正后HY-2风速的均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)为4.47 m·s^–1, 比订正前提升了35%; 风速大于25 m·s^–1时, 订正后风速的RMSE为6.76 m·s^–1, 相比订正前的13.27 m·s^–1有了明显改善. 此外, 以2021年台风灿都为例进行对比分析, 结果显示订正后HY-2C最大风速从22.09 m·s^–1提高至32.73 m·s^–1, 并且风速廓线的对比进一步证实了本文模型的有效性.

冰川作为全球气候变化的关键指示体和重要的淡水资源, 其多物理参数的精准获取具有重要意义. 中国山岳冰川环境恶劣、地形复杂, 传统就位探测方法难以大面积连续监测. 星载冰川透视探测由于受分辨率制约和复杂地面杂波的干扰, 至今无业务化应用. 机载雷达空间分辨率高、探测方式灵活, 已成为冰川监测和研究的重要技术手段. 但机载雷达进行探测时, 依然面临冰表起伏和冰底复杂地形的影响, 例如冰表杂波干扰信号解译与参数反演; 冰底地形散射与冰内介电损耗耦合, 阻碍介电常数准确反演. 本研究结合机载超宽带雷达数据与伪谱时域(PSTD)数值模拟, 构建冰表–冰底双界面地形与介电参数耦合模型. 通过二维PSTD仿真揭示地形散射与介电损耗互作用机制, 提出基于动态范围分析的冰层介电常数虚部反演方法. 应用老虎沟12号冰川实测数据, 经迭代优化将虚部估计值收敛至6.0×10^–4, 相对误差为21%. 仿真与理论模型交叉验证表明, 该方法有效解耦地形与介电参数的协同干扰, 提升了复杂地形区冰川介电参数反演精度.

综述微重力下膜/滴状冷凝的研究进展, 揭示两相流传热机理及重力影响规律. 对于管内冷凝, 可采用重力无关准则数(Bond数与Froude数等)判断重力是否影响传热, 通过增加蒸汽质量流速和减小管径减弱重力影响, 分析微重力冷凝下传热关联式以指导工程设计. 对于滴状冷凝, 在微重力环境下可通过提高蒸汽流速、使用功能性表面结合气流吹扫去除冷凝液滴, 实现持续滴状冷凝. 当前微重力冷凝实验研究的发展因缺少长期连续微重力环境而受到限制, 需借助中国空间站和国际空间站开展长时间冷凝传热实验, 以弥补可重复实验数据的不足, 探索重力作用机制, 为空间两相换热系统提供理论支撑.

材料凝固过程中的温场对其最终的组织与性能有着重要影响. 由于空间与地面环境下热对流的不同, 其传热特性存在一定差异, 从而导致材料实验炉内温场分布也存在差异. 这使得在地面获得的控温参数无法直接应用到空间实验中, 进而对空间与地面材料实验条件的对等性造成影响. 为获得空间传热特征, 构建立了一个空间站高温材料实验炉三维传热数值计算模型并进行合理简化, 对地面实验和空间实验进行了温场的仿真模拟, 得到样品盒温度分布, 分析了在空间微重力环境与地面重力环境下传热参数的变化, 得出与实验条件相似的传热规律. 研究结果可为基于高温柜材料实验炉地基实验结果预测其空间温场分布提供研究参考.

Fabry-Perot干涉仪(FPI)是较为重要、广泛应用的临近空间风场探测手段, 为弥补中国在天基FPI测风方面的空白, 中国科学院国家空间中心研发了一种星载FPI测风仪. 对此星载FPI测风仪的光学、结构与温控设计、光学仿真及结果进行分析. 根据宽波段的探测需求, 分析光学设计, 并对其成像系统进行像质评估. 基于光学仿真数据, 对星载FPI仪器进行风速反演与精度分析, 在557.7 nm和762.0 nm两个波段的风速误差分别为–1.722 m·s^–1和–2.3672 m·s^–1, 表明该星载仪器设计符合测风要求. 根据仪器的结构设计特点和成像部分温控方案, 提出一种平移式滤光片切换装置, 采用梯形螺杆加微型减速步进电机或微型直线电机驱动. 进而探讨了仪器核心组件标准具的控温精度与测风误差的关系, 采用了主被动相结合的设计, 降低温度变化对结果的影响, 并进行了仿真验证.