临近空间大气环境特性监测与研究(3)

临近空间大气环境特性监测与研究

射、升空和部署、回收也与低层大气环境特性密切相关。因此,对临近空间飞行器的不同阶段的环境保障还涉及低层近地空间至临近空间的整个范围。

2)临近空间大气环境联合监测。根据国内外现有监测设备的能力、适用范围和局限性,临近空间大气环境的特性需要利用不同的监测设备进行探测,以便遥感提取不同高度的大气参量信息,保证数据的合理性和有效性,特别是要保证数据对临近空间飞行器保障的可用性。研究论证建立以ST(VHF)雷达、MF雷达、高空激光雷达和其他观测设备组成的多参量协调观测系统需求,包括天地基联合观测的可行性、不同监测站网的集成性和监测手段的互补性等。

3)临近空间大气环境动力学耦合过程、物理化学效应与扰动机制研究。临近空间大气环境也是一种流体动力学过程,上部包括了平流层与中间层同低电离层之间的耦合,下部还包含了平流层同对流层之间的耦合,大气波动具有内重力波、潮汐波和行星波的形式,大气结构存在空间不均匀性和时变性。研究临近空间的大气环境特性需要结合太阳活动带来的日地物理扰动效应和低大气层中的非均匀性冷热梯度、传导对流和非线性等气象过程等,结合监测数据分析揭示大气环境时空变化的时空因果链和相关性等规律。

4)临近空间大气环境综合参数的分析和时 空建模技术研究。临近空间大气环境参量受各种动力学和上下层耦合因素影响,既具有随机的特性又具有统计规律,采用统计学方法对大气环境参数进行处理和分析,建立统计模型是研究临近空间大气环境参数变化和影响的一种有效方法。根据分布式网络不同类型监测数据进行多源融合,研究其相关性,利用概率分布模型和特征值完整描述临近空间环境的三维物理结构和特性,为大气环境的异常提供评价依据,得到环境参量变化幅度、覆盖范围、延续时间等信息,以便及时采取应对措施。

5)临近空间大气环境数据库系统建设与信息服务技术。分析临近空间大气环境的参数类型、变化特征和探测数据格式,论证建立临近空间大气环境数据库支撑系统应具备的数据传输、多源多参量数据统计与融合、时 空相关分析、查询和添加、输出等功能,研究数据库应采用的数据格式、组织管理形

警技术研究论证,来支持对临近空间大气环境异常的预报预警、信息发布和服务等。

6)临近空间大气环境对飞行器安全和性能的影响评估。根据临近空间的大气环境状态和变化数据,结合具体飞行器结构和动力特点及与大气环境的依赖关系,评估可能对临近空间飞行器和作战任务对象产生的影响,为临近空间异常大气环境预警提出判据和建议。

3 临界空间环境监测系统

近年来,国外已经研制和建立了不同体制的雷达系统来监测中、高层(含距地表20~120km的临近空间)大气环境,成功发展了多个高层大气风场模式。国内在高空大气雷达方面也取得了一些进展,如中科院武汉物理与数学研究所建立了测风中频雷达和流星雷达,研制的双波长高空激光雷达可实现对距地表30~110km中高层大气和低电离层段的探测。中科院大气物理研究所也研制出国内首台VHF/ST雷达。中国电波传播研究所已在国内联合研制或从国外引进可以覆盖临近空间的低、中、高层系列大气探测设备和系统,可形成空间大气环境综合监测能力。相关大气环境监测设备和主要功能如下。

3.1 平流层 对流层(ST)雷达

ST雷达主要用于平流层和对流层中中性大气风场和气体分子分布的观测,进行中性大气时空变化研究,可以为战时武器系统和平流层飞艇等的运行提供背景参数,保证武器系统运行,并可以直接为临近空间大气环境变化的动力学过程监测和分析提供技术数据。ST雷达观测量如图1所示。

图1 ST雷达观测量Fig.1 ObservationforSTradar

1)雷达功率:40/60/80kW;2)雷达接收机:相干;3);

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