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1.1.2 大气成分的混合和扩散分离 1

1.1.3 大气的分层 1

第1章 地球大气 1

1.1 地球大气的概况 1

1.1.1 大气的范围 1

图1-1-1 温度垂直分布和分层的示意图 2

1.1.5 大气的电离 2

1.1.4 大气的运动 2

1.2.1 国外的大气模式 3

1.2 大气模式 3

1.2.2 我国制订的大气模式 4

1.2.3 美国标准大气1976 5

1.2.4 国际参考大气CIRA 1986 7

1.3.1 主要热力学参数T.P.ρ和主要成分的平均状态 8

1.3 大气的热力学性质 8

图1-3-1 平均温度的垂直分布 9

图1-3-2 平均密度和压力的垂直分布 9

图1-3-3 密度标高和压力标高的垂直分布 9

图1-3-4 主要成分的垂直分布 9

1.3.2 主要热力学参数T.P.ρ和主要成分的变化特征 10

表1-3-1 大气成分 10

图1-3-5 纬向平均温度年周期变化幅度 11

图1-3-6 大气密度随纬度和季节的变化 11

图1-3-7 北极400km高度的温度和成分的年周期变化 12

图1-3-8 热层温度和密度的日夜变化与太阳活动的相关 13

图1-3-9 中层大气温度半年变化的幅度分布 13

图1-3-10 波数1的行星波温度变化幅度 15

图1-3-11 平流层突然增温 15

图1-3-12 磁暴期间大气成分的变化 16

1.3.3 大气的微量成分 16

表1-3-2 地面和对流层的微量成分浓度 17

图1-3-14 总臭氧含量的季节纬度分布 18

1.3.4 常用大气参数表 18

图1-3-15 南极臭氧洞 18

图1-3-13 中纬度年平均臭氧浓度的垂直分布 18

表1-3-3 全球各大气参数平均值随高度的分布 19

图1-3-16 水汽垂直分布 22

表1-3-4 全球主要大气成分数密度平均值随高度分布 23

表1-3-5(1) 1月份南半球纬向平均温度 25

表1-3-5(2) 1月份北半球纬向平均温度 27

表1-3-5(3) 4月份南半球纬向平均温度 29

表1-3-5(4) 4月份北半球纬向平均温度 31

表1-3-5(5) 7月份南半球纬向平均温度 33

表1-3-5(6) 7月份北半球纬向平均温度 35

表1-3-5(7) 10月份南半球纬向平均温度 37

表1-3-5(8) 10月份北半球纬向平均温度 39

表1-3-6 宁静地磁和低太阳活动下温度和各主要成分数密度的经纬和时间平均值随高度分布 41

表1-3-7 宁静地磁和中太阳活动下温度和各主要成分数密度的经纬和时间平均值随高度分布 43

表1-3-8 宁静地磁和高太阳活动下温度和各主要成分数密度的经纬和时间平均值随高度分布 45

表1-3-10 1月份不同地区的臭氧密度垂直分布 47

表1-3-9 纬向平均总臭氧含量的纬度月份分布 47

表1-3-11 不同地区的水汽密度垂直分布 48

表1-3-12 大气中微量吸收气体的体积 49

1.4 大气风场 50

1.4.1 地面和近地面层内大气风场 50

表1-4-1 全国567个测站中稳定风速单站记录极值较大的测站及数值 50

表1-4-2 全国91个测站中瞬时风速单站记录极值较大的测站和数值 50

表1-4-3 10m高度处不同设备最短水平尺寸和稳定风速极值的阵风因子 51

1.4.2 1～120km风场 51

表1-4-4 各月风速全国记录极值(几何高度) 52

图1-4-1 60～200km可能的最大风速包络剖面 53

表1-4-5 1月纬向风随高度和纬度分布值 54

表1-4-6 2月纬向风随高度和纬度分布值 54

表1-4-7 3月纬向风随高度和纬度分布值 55

表1-4-8 4月纬向风随高度和纬度分布值 55

表1-4-9 5月纬向风随高度和纬度分布值 56

表1-4-10 6月纬向风随高度和纬度分布值 56

表1-4-11 7月纬向风随高度和纬度分布值 57

表1-4-12 8月纬向风随高度和纬度分布值 57

表1-4-13 9月纬向风随高度和纬度分布值 58

表1-4-14 10月纬向风随高度和纬度分布值 58

表1-4-16 12月纬向风随高度和纬度分布值 59

表1-4-15 11月纬向风随高度和纬度分布值 59

表1-4-17 各月风的垂直切变全国记录极值(几何高度) 60

图1-4-2 Saskatoon 1979～1980年观测的12h和24h振幅和相位随高度剖面 61

1.4.3 热层大气风场 62

图1-4-3 Cape Canaveral不同高度和垂直距离出现概率为99%风切变谱剖面 62

图1-4-5 高纬加热对热层环流影响(至点) 63

图1-4-4 高纬加热对热层环流影响(分点) 63

图1-4-6 南纬和北纬18°，不同高度和不同F10.7值的经向风24h变化 64

图1-4-7 南纬和北纬18°，不同高度和F10.7的振幅谱 65

图1-4-8 地磁活动对热层大气环流的影响 65

图1-4-10 最大平均晨昏向阳风速对Kp和AE指数剖面 66

图1-4-9 最大平均背阳风速对Kp和AE指数剖面 66

图1-4-12 HWM87经向风和纬向风在分点和至点时随纬度变化 67

图1-4-11 北半球黎明最大平均向阳风速对Kp和AE指数剖面 67

图1-4-13 太阳活动极大期经向风的季节变化 68

图1-4-14 太阳活动极大期纬向风的季节变化 69

图1-4-15 太阳活动极小期至点时经向和纬向风随高度和纬度分布 70

图1-4-16 越尾电压对热层大气经向环流影响(1200LT) 70

图1-4-17 越尾电压对热层大气经向环流影响(0000LT) 71

图2-0-1 近地空间等离子体主要分区 73

第2章 空间等离子体 73

2.1.1 德拜长度与准中性 74

2.1.5 分布函数 74

2.1.6 等离子体不稳定性 74

2.1.2 等离子体频率 74

2.1.3 能量和温度 74

2.1.4 数通量和密度 74

2.1 基本的等离子体特征参数和几个重要现象 74

2.1.8 等离子体漂移 75

2.2 太阳风等离子体 75

2.1.7 等离子体注入 75

2.2.1 几个重要概念简介 75

表2-2-1 太阳风的长时间平均特征 76

2.2.2 平均特征 76

图2-2-1 短时间(3h)测量的太阳风质子和电子的速度、数密度和温度平均特征 77

表2-2-3 太阳风高速流的平均特征 77

表2-2-2 太阳风低速流的平均特征 77

图2-2-2 太阳风速和等离子体数密度年平均值的长期变化特征 78

图2-2-2 太阳风速和地磁活动指数Ap半年平均值的11年太阳周的变化特征 78

图2-2-4 太阳风等离子体参量的1h平均值的月变化特征 78

2.2.3 变化特征 78

图2-2-5 1980年12月19日太阳风高速流中一股强磁云 79

图2-2-6 1980年3月19日太阳风低速流中一股强磁云 79

图2-2-7 太阳风等离子体数密度随日心距r的变化 80

图2-2-8 太阳风参量随日心纬度的变化 80

2.3 弓形激波和磁鞘等离子体 80

表2-3-1 磁鞘中近磁层顶处等离子体密度极大值的观测结果 81

2.3.1 平均特征 81

图2-3-3 联合CHEM-MEPA测得磁层-磁鞘平均a)晨侧、b)昏侧和c)整个晨-昏质子能谱 82

图2-3-1 磁鞘中绕流的密度与太阳风的密度之比的等值线图 82

图2-3-2 磁鞘中绕流与太阳风的速度之比、温度之比的等值线图 82

图2-3-4 昏侧磁鞘中质子投掷角平均能谱 83

2.3.2 扰动特征 83

图2-3-5 晨侧磁鞘中质子投掷角平均能谱 83

2.4 磁层及其边界层等离子体 84

2.4.1 磁层顶等离子体 84

图2-3-6 联合CHEM-MEPA测得磁层-磁鞘平均晨侧离子扰动特征能谱 84

2.4.2 等离子体边界层 85

图2-4-1 ISEE-1卫星于1977年11月3日越过磁层顶前后观测的等离子体和磁场 85

图2-4-2 Vela-5卫星观测的等离子体特性 86

图2-4-3 在月球轨道等离子体片和等离子体幔中等离子体谱 86

图2-4-4b IMP-4卫星在磁鞘中测得的质子谱与ISEE卫星在不同高度测得的质子谱比较 86

图2-4-4a 1982.8.26DE-2卫星测得的电子谱 86

图2-4-5 由Hilat卫星测得的极尖区和极隙区的电子谱 87

图2-4-6 低纬边界层的基本特征说明图 87

2.4.3 等离子体片 88

表2-4-1 等离子体片中等离子体的平均特征 88

图2-4-7 39个亚暴观测数据之平均变化特征 89

2.4.4 地球同步轨道等离子体 90

图2-4-8 贯穿几个亚暴时等离子体片连续观测之变化特征 90

图2-4-9 一系列亚暴期间等离子体片的另一连续观测之变化特征 91

图2-4-10 IMP-6卫星在一个弱亚暴期间(1971.11.17)对等离子体片的观测结果 91

表2-4-2 地球同步轨道等离子体的平均参量 92

表2-4-3 地球同步轨道等离子体参量起伏的标准偏差 93

表2-4-4 最恶劣的地球同步轨道等离子体环境 94

表2-4-5 日照条件下地球同步轨道最恶劣等离子体环境 94

表2-4-6 Stevens模式用于设计的地球同步轨道环境(单麦氏分布下) 94

图2-4-11 地磁亚暴的Stevens模式 95

表2-4-7 地球同步轨道等离子体头四个矩计算中多级回归系数 96

表2-4-8 地球同步轨道等离子体头四个矩计算中的模式误差 96

表2-4-9 ∑Ap=56条件下地球同步轨道区不同地方时的主要等离子体参量 97

表2-4-10 ∑Ap=656条件下地球同步轨道区不同地方时的主要等离子体参量 98

表2-4-11 ∑Ap=2240条件下地球同步轨道区不同地方时的主要等离子体参量 98

2.5 等离子体层 99

表2-4-12 ∑Ap=2500条件下地球同步轨道区不同地方时的主要等离子体参量 99

图2-5-1 OGO-5卫星测量得夜侧等离子体层质子密度随Kp变化 100

图2-5-2 OGO-5卫星测量得等离子体层离子密度随LT和L值的变化 100

2.5.1 基本参量及其特征 100

2.5.2 选用模式 101

表2-5-1 磁纬θ=0°处不同高度不同地方时的等离子体层等离子体密度 102

表2-5-3 磁纬θ=20°处不同高度不同地方时的等离子体层等离子体密度 103

表2-5-2 磁纬θ=10°处不同高度不同地方时的等离子体层等离子体密度 103

表2-5-5 磁纬θ=40°处不同高度不同地方时的等离子体层等离子体密度 104

表2-5-4 磁纬θ=30°处不同高度不同地方时的等离子体层等离子体密度 104

图2-5-3 等离子体层等离子体温度模式 105

2.6 沉降等离子体 106

表2-6-1 中等扰动(Kp≈5，|Dst|≈70)条件下，夜沉降带的主要特征 106

2.6.1 极光带等离子体 107

表2-6-2 能通量Epstein-Fourier系数 108

表2-6-3 数通量Epstein-Fourier系数 109

图2-6-2 纬度上积分平均沉降电子能通量随磁地方时的变化 110

图2-6-3 能量50～660eV间的白天沉降电子总数通量随Kp的变化 110

图2-6-1 纬度上积分平均沉降电子数通量随磁地方时的变化 110

图2-6-5 纬度上积分平均沉降离子能通量随磁地方时的变化 111

图2-6-4 纬度上积分平均沉降离子数通量随磁地方时的变化 111

2.6.2 极盖区等离子体 112

图2-6-6 正午-子夜子午面沉降离子平均能量随修正磁纬的变化 112

图2-6-7 晨-昏子午面沉降离子平均能量随修正磁纬的变化 112

图2-6-9 Kp=2晨-昏子午面沉降电子和离子平均积分数通量随修正磁纬的变化 112

图2-6-8 Kp=2正午-子夜子午面沉降电子和离子平均积分数通量随修正磁纬的变化 112

图2-6-12 Kp=2正午-子夜子午面沉降电子和离子平均能量随修正磁纬的变化 113

图2-6-11 Kp=2晨-昏子午面沉降电子和离子平均积分能通量随修正磁纬的变化 113

图2-6-13 Kp=2晨-昏子午面沉降电子和离子平均能量随修正磁纬的变化 113

图2-6-10 Kp=2正午-子夜子午面沉降电子和离子平均积分能通量随修正磁纬的变化 113

图2-6-15 沉降电子和离子之半球积分数通量随Kp的变化 114

图2-6-14 沉降电子和离子之半球积分能通量随Kp的变化 114

图2-6-16 极盖区三类低高度沉降粒子微分数通量 114

图2-6-17 中、低高度极雨谱之比较 115

图2-6-18 低纬沉降粒子微分能谱 115

2.7 电离层等离子体 116

2.7.1 特征和变化规律 116

2.6.3 其他沉降区 116

图2-7-1 正常电离层电子密度剖面 116

图2-7-2 太阳活动高年、春季电子密度的对数log(Ne·m-3)等值线分布 118

2.7.2 国际参考电离层(IRI) 119

图2-7-3 L.T.=12.0h总电子含量在太阳活动高、中、低年的变化分布 119

2.8 空间等离子体波 121

图2-7-4 冬夏季(一月)电子温度的等值线分布 121

2.8.1 等离子体波的基本特征 122

图2-8-1 离子声波和离子回旋波色散曲线 123

表2-8-1 磁性等离子体波模特性 124

图2-8-2 磁层中各种等离子体波动类型 127

图2-8-3 3个特征等离子体频率随高度变化的极区磁层模型 127

2.8.2 地磁微脉动 127

表2-8-3 不规则型地磁微脉动符号和周期 128

表2-8-2 规则型地磁微脉动符号和周期 128

表2-8-4 地磁微脉动的一般特性 129

图2-8-5 Alfven速度随高度分布 130

图2-8-4 导管传播射线示意图 130

表2-8-5 角向振荡基本周期 130

表2-8-6 不同密度的角向振荡周期T(s) 130

表2-8-7 不同模型的角向振荡基本周期 131

2.8.3 磁流体力学波 131

图2-8-6 角向振荡余纬角示意图 131

表2-8-8 空间等离子体波总汇 131

图2-8-7 磁噪爆的磁场谱 132

图2-8-9 甚低频率-时间曲线 133

图2-8-8 低频电磁波的频时谱图 133

图2-8-10 太阳风中离子声波频谱 134

第3章 高能带电粒子辐射环境 138

3.1 地球辐射带 138

图3-1-1 地球辐射带示意图 138

3.1.1 (L，B)磁坐标系及其计算方法 139

图3-1-2 磁坐标换算示意图 139

图3-1-3 AE-8MAX赤道径向分布 139

图3-1-4 AE-8MAX与AE-8MIN的比较 140

3.1.2 辐射带电子模式 140

表3-1-1 AE 8MAX的电子磁赤道全向积分通量 141

表3-1-2 AE-8MIN的电子磁赤道全向积分通量 143

图3-1-5 能量在0.1～400MeV之间的AP-8MIN磁赤道径向分布 145

3.1.3 辐射带质子模式 145

图3-1-6 能量≥0.1MeV的AP-8MIN和AP-8MAX全向积分通量在L-B空间的等值线分布图 146

图3-1-7 能量≥1.0MeV的AP-8MIN和AP-8MAX全向积分通量在L-B空间的等值线分布图 146

图3-1-9 能量≥50MeV的AP-8MIN和AP-8MAX全向积分通量在L-B空间的等值线分布图 147

图3-1-8 能量≥10MeV的AP-8MIN和AP-8MAX全向积分通量在L-B空间的等值线分布图 147

图3-1-11 能量≥400MeV的AP-8MIN和AP-8MAX全向积分通量在L-B空间的等值线分布图 148

图3-1-10 能量≥100MeV的AP-8MIN和AP-8MAX全向积分通量在L-B空间的等值线分布图 148

3.1.4 卫星轨道积分通量或注量 149

表3-1-3 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度150n.mi.(≈278km) 150

表3-1-4 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度300n.mi.(≈556km) 150

表3-1-5 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度450n.mi.(≈834km) 151

表3-1-6 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度600n.mi.(≈1112km) 151

表3-1-7 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度800n.mi.(≈1483km) 152

表3-1-8 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度1000n.mi.(≈1853km) 152

表3-1-9 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度1250n.mi.(≈2317km) 153

表3-1-10 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度1500n.mi.(≈2780km) 153

表3-1-11 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度1750n.mi.(≈3243km) 154

表3-1-12 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度2000n.mi.(≈3706km) 154

表3-1-13 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度2250n.mi.(≈4170km) 155

表3-1-14 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度2500n.mi.(≈4633km) 155

表3-1-15 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度2750n.mi.(≈5096km) 156

表3-1-16 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度3000n.mi.(≈5560km) 156

表3-1-17 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度3500n.mi.(≈6486km) 157

表3-1-18 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度4000n.mi.(≈7413km) 157

表3-1-19 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度4500n.mi.(≈8339km) 158

表3-1-20 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度5000n.mi.(≈9266km) 158

表3-1-21 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度5500n.mi.(≈10193km) 159

表3-1-22 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度6000n.mi.(≈11119km) 159

表3-1-23 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度7000n.mi.(≈12972km) 160

表3-1-24 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度8000n.mi.(≈14826km) 160

表3-1-25 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度9000n.mi.(≈16697km) 161

表3-1-26 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度10000n.mi.(≈18532km) 161

表3-1-27 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度11000n.mi.(≈20385km) 162

表3-1-28 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度12000n.mi.(≈22238km) 162

表3-1-29 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度13000n.mi.(≈24092km) 163

表3-1-30 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度14000n.mi.(≈25945km) 163

表3-1-31 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度15000n.mi.(≈27798km) 164

表3-1-32 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度16000n.mi.(≈29651km) 164

表3-1-34 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度18000n.mi.(≈33358km) 165

表3-1-33 由AE-8MAX算得的4种倾角圆轨道电子注量，轨道高度17000n.mi.(≈31504km) 165

表3-1-35 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度150n.mi.(≈278km) 166

表3-1-36 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度300n.mi.(≈556km) 166

表3-1-37 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度450n.mi.(≈834km) 167

表3-1-38 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度600n.mi.(≈1112km) 167

表3-1-39 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度800n.mi.(≈1483km) 168

表3-1-40 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度1000n.mi.(≈1853km) 168

表3-1-42 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度1500n.mi.(≈2780km) 169

表3-1-41 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度1250n.mi.(≈2317km) 169

表3-1-43 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度1750n.mi.(≈3243km) 170

表3-1-44 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度2000n.mi.(≈3706km) 170

表3-1-46 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度3000n.mi.(≈5560km) 171

表3-1-45 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度2500n.mi.(≈4633km) 171

表3-1-47 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度3500n.mi.(≈6486km) 172

表3-1-48 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度4000n.mi.(≈7413km) 172

表3-1-50 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度6000n.mi.(≈11119km) 173

表3-1-49 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度5000n.mi.(≈9266km) 173

表3-1-51 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度7000n.mi.(≈12971km) 174

表3-1-52 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度8000n.mi.(≈14826km) 174

表3-1-53 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度9000n.mi.(≈16679km) 175

表3-1-54 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度10000n.mi.(≈18532km) 175

表3-1-55 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度11000n.mi.(≈20385km) 176

表3-1-56 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度12000n.mi.(≈22238km) 176

表3-1-57 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度13000n.mi.(≈24092km) 177

表3-1-58 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度14000n.mi.(≈25945km) 177

表3-1-59 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度16000n.mi.(≈29651km) 178

表3-1-60 AP-8MIN的4种倾角圆轨道质子注量，轨道高度18000n.mi.(≈33358km) 178

图3-1-12 由AP-8MAX算得的太阳活动高年倾角为0°的圆轨道质子注量分布图，能量为0～10MeV 179

图3-1-13 由AP-8MAX算得的太阳活动高年倾角为30°的圆轨道质子注量分布图，能量为0～10MeV 179

图3-1-14 由AP-8MAX算得的太阳活动高年倾角为60°的圆轨道质子注量分布图，能量为0～10MeV 180

图3-1-15 由AP-8MAX算得的太阳活动高年倾角为90°的圆轨道质子注量分布图，能量为0～10MeV 180

图3-1-16 由AP-8MAX算得的太阳活动高年倾角为0°的圆轨道质子注量分布图，能量为10～400MeV 181

图3-1-17 由AP-8MAX算得的太阳活动高年倾角为30°的圆轨道质子注量分布图，能量为10～400MeV 181

图3-1-19 由AP-8MAX算得的太阳活动高年倾角为90°的圆轨道质子注量分布图，能量为10～400MeV 182

图3-1-18 由AP-8MAX算得的太阳活动高年倾角为60°的圆轨道质子注量分布图，能量为10～400MeV 182

3.2 太阳宇宙线 182

表3-2-1 太阳宇宙线核成分的相对丰度(以氧为1归一化) 183

图3-2-1 太阳宇宙线强度随时间的变化 183

表3-2-2 太阳宇宙线事件的分类表 184

图3-2-2 第19，20，21周的质子事件 184

表3-2-3 典型太阳质子事件表 185

3.2.1 太阳宇宙线能谱 189

3.2.2 空间分布和地磁效应 189

图3-2-3 35°W子午面内太阳质子事件积分通量等值线图 190

图3-2-4 100°W子午面内太阳质子事件积分通量等值线图 190

图3-2-5 105°E子午面内太阳质子事件积分通量等值线图 190

表3-2-4(1) 倾角0°高度为200～5000km卫星圆轨道上各种磁刚度的粒子透过率 191

表3-2-4(2) 倾角30°高度为200～5000km卫星圆轨道上各种磁刚度的粒子透过率 194

表3-2-4(3) 倾角60°高度为200～5000km卫星圆轨道上各种磁刚度的粒子透过率 197

表3-2-4(4) 倾角90°高度为200～5000km卫星圆轨道上各种磁刚度的粒子透过率 200

3.2.3 太阳宇宙线预定模式 203

表3-2-5 1972年8月和1989年10月特大太阳质子事件积分谱 204

表3-2-6 太阳宇宙线中各元素核离子相对于质子的含量 204

3.2.4 卫星轨道上的太阳宇宙线通量谱 204

表3-2-7(1) 倾角50°高度1000km卫星圆轨道上1972年8月特大质子事件积分通量谱 205

表3-2-7(2) 倾角60°高度1000km卫星圆轨道上1972年8月特大质子事件积分通量谱 205

表3-2-7(3) 倾角70°高度1000km卫星圆轨道上1972年8月特大质子事件积分通量谱 205

表3-2-7(4) 倾角80°高度1000km卫星圆轨道上1972年8月特大质子事件积分通量谱 206

表3-2-7(5) 倾角90°高度1000km卫星圆轨道上1972年8月特大质子事件积分通量谱 206

图3-2-6 高度900km倾角0°的圆轨道上普通太阳质子事件平均积分通量谱 207

图3-2-7 高度900km倾角30°的圆轨道上普通太阳质子事件平均积分通量谱 207

图3-2-9 高度900km倾角90°的圆轨道上普通太阳质子事件平均积分通量谱 208

3.3.2 能谱 208

图3-2-8 高度900km倾角60°的圆轨道上普通太阳质子事件平均积分通量谱 208

3.3 银河宇宙线 208

3.3.1 成分 208

表3-3-1 银河宇宙线的组成及其与宇宙物质组成的比较 209

图3-3-1 银河宇宙线质子的微分能谱 209

图3-3-2 银河宇宙线α粒子的微分能谱 209

图3-3-4 银河宇宙线电子的微分能谱 210

3.3.3 银河宇宙线分析模式 210

图3-3-3 银河宇宙线Fe粒子的微分能谱 210

表3-3-2 太阳活动高年和低年的银河宇宙线分析模式常数表 211

表3-3-3 相对于氦的各种元素核的比例 211

表3-3-4 相对于铁的Ca、Co、Ni元素核的比例 212

表3-3-6 Mg，Si，S相对于综合谱的比例 212

表3-3-7 相对于铁的Cl等元素核的比例 212

3.3.4 银河宇宙线的空间分布和地磁效应 212

表3-3-5 Li，Be，B相对于综合谱的比例 212

表3-3-8 相对于铁的Cu等元素核的比例 213

3.3.5 卫星轨道上的银河宇宙线通量谱 213

表3-3-9(1) 倾角30°高度1000km卫星圆轨道上银河宇宙线微分能谱 214

表3-3-9(2) 倾角40°高度1000km卫星圆轨道上银河宇宙线微分能谱 215

表3-3-9(3) 倾角50°高度1000km卫星圆轨道上银河宇宙线微分能谱 216

表3-3-9(4) 倾角60°高度1000km卫星圆轨道上银河宇宙线微分能谱 217

表3-3-9(5) 倾角70°高度1000km卫星圆轨道上银河宇宙线微分能谱 218

表3-3-9(6) 倾角80°高度1000km卫星圆轨道上银河宇宙线微分能谱 219

表3-3-9(7) 倾角90°高度1000km卫星圆轨道上银河宇宙线微分能谱 220

图3-3-6 高度900km，倾角为30°的圆轨道上的银河宇宙线通量谱 221

图3-3-5 高度900km，倾角为0°的圆轨道上的银河宇宙线通量谱 221

图3-3-7 高度900km，倾角为60°的圆轨道上的银河宇宙线通量谱 222

图3-3-8 高度900km，倾角为90°的圆轨道上的银河宇宙线通量谱 222

第4章 空间磁场 224

4.1.1 地磁场要素和单位 224

4.1 地球空间磁场的表示、组成和源 224

图4-1-1 地磁要素图 224

4.1.2 常用坐标系和单位 225

图4-1-2 常用坐标系 226

图4-1-3 磁层电流系 227

4.1.3 地球空间磁场的组成 227

4.1.4 内源 227

4.1.5 外源 227

图4-1-4 场向电流在不同扰动条件下的分布和流向 228

4.2 主磁场及其长期变化 228

4.2.1 主磁场的解析表达 228

图4-1-5 由地磁Sq变化导出的电离层中的电流系 229

4.2.2 主磁场的长期变化 230

图4-2-1 地球磁偶极子矩随时间的变化 230

图4-2-2 地球磁偶极子北极位置随时间的变化 231

4.3 变化磁场 231

4.3.1 静日变化 231

4.3.2 主要的扰动场 231

图4-3-2 极光区1100km高度上磁暴的扰动幅度 232

图4-3-1 理想的地磁暴期间磁场水平分量H的变化 232

表4-3-1 1979～1995年中等以上磁暴表 233

4.4 定量磁场模式 237

4.4.1 主磁场模式 237

4.4.2 磁层磁场模式 237

表4-4-1 国际参考磁场模式系数表g？，h？， 238

4.5 地球空间磁场分布 240

图4-5-2 地磁场总强度F等值线图(高度：200km，1995) 240

4.5.1 近地面空间磁场 240

图4-5-1 地磁场总强度F等值线图(高度：地面，1995) 240

图4-5-4 地磁场总强度F等值线图(高度：1000km，1995) 241

图4-5-3 地磁场总强度F等值线图(高度：500km，1995) 241

图4-5-6 地磁场总强度F等值线图(高度：2RE，1995) 242

图4-5-5 地磁场总强度F等值线图(高度：1RE，1995) 242

图4-5-8 磁偏角D等值线图(高度：地面，1995) 243

图4-5-7 地磁场总强度F等值线图(高度：3RE，1995) 243

图4-5-10 磁偏角D等值线图(高度：500km，1995) 244

图4-5-9 磁偏角D等值线图(高度：200km，1995) 244

图4-5-12 磁偏角D等值线图(高度：1RE，1995) 245

图4-5-11 磁偏角D等值线图(高度：1000km，1995) 245

图4-5-14 磁偏角D等值线图(高度：3RE，1995) 246

图4-5-13 磁偏角D等值线图(高度：2RE，1995) 246

图4-5-16 磁倾角I等值线图(高度：200km，1995) 247

图4-5-15 磁倾角I等值线图(高度：地面，1995) 247

图4-5-17 磁倾角I等值线图(高度：500km，1995) 248

图4-5-18 磁倾角I等值线图(高度：1000km，1995) 248

图4-5-20 磁倾角I等值线图(高度：2RE，1995) 249

图4-5-19 磁倾角I等值线图(高度：1RE，1995) 249

图4-5-21 磁倾角I等值线图(高度：3RE，1995) 250

图4-5-22 赤道平面上磁场B的平均等值线图 250

表4-5-1 地磁场总强度F、磁偏角D和磁倾角I按经纬度的分布，高度：地面，1995 251

表4-5-2 地磁场总强度F、磁偏角D和磁倾角I按经纬度的分布，高度：200km，1995 252

表4-5-3 地磁场总强度F、磁偏角D和磁倾角I按经纬度的分布，高度：500km，1995 253

表4-5-4 地磁场总强度F、磁偏角D和磁倾角I按经纬度的分布，高度：1000km，1995 254

表4-5-5 地磁场总强度F、磁偏角D和磁倾角I按经纬度的分布，高度：1RE，1995 255

表4-5-6 地磁场总强度F、磁偏角D和磁倾角I按经纬度的分布，高度：2RE，1995 256

表4-5-7 地磁场总强度F、磁偏角D和磁倾角I按经纬度的分布，高度：3RE，1995 257

4.5.2 地球同步轨道高度的磁场 258

4.5.3 磁层顶磁场 258

4.5.4 磁尾磁场 258

图4-5-23 宁静时同步轨道高度的磁场 258

图4-5-25a Kp=0，0+宁静条件下的磁场位形之正午-子夜剖面(ψ=0°) 259

图4-5-25b Kp≥5，强扰条件下的磁场位形之正午-子夜剖面(ψ=0°) 259

图4-5-25c Kp=3-，3，3+中等扰动条件下的磁场位形之正午-子夜剖面(ψ=30°) 259

图4-5-24 磁尾下游20～30RE处的午夜时分的平均磁场分布 259

4.6.2 K指数、Kp指数；ap、Ap指数；Cp指数 260

4.6 地磁活动性—地磁活动指数、国际磁静日和磁扰日 260

4.5.5 平均磁层磁场位形 260

4.6.1 磁情记数C和国际磁情指数Ci 260

表4-6-1 Kp与ap的转换关系 261

表4-6-2 每日∑a与Cp的转换 261

表4-6-3 纯数字化行星性日Kp指数(1957～1996年) 261

表4-6-4 行星性Ap平均指数(1957～1996年) 275

4.6.6 磁扰日 285

4.6.4 极光电急流指数AU.AL.AO和AE指数 285

4.7 行星际磁场 285

4.7.1 行星际磁场的方向特性 285

4.6.5 磁静日 285

4.6.3 Dst指数 285

图4-7-1 螺旋形行星际磁场磁力线 286

图4-7-2 由IMP卫星观测到行星际磁场的扇形分布 286

4.7.2 行星际磁场大小的统计特性 286

图4-7-4 1972年行星际磁场涨落横向功率谱 287

图4-7-3 由IMP-1卫星测量的行星际磁场值的分布 287

第5章 空间电场 288

表5-0-1 空间电环境参量 288

5.1 基本概念 290

5.1.1 电导率 290

图5-1-1 大气层电导率 291

图5-1-2 中纬度5～70km高度的电导率 292

图5-1-3 正负带电粒子的总电导率的高度分布的三次测量结果 292

5.1.2 宇航空间的四种电场 293

图5-1-4 近地空间电导率的平均高度剖面 293

图5-1-5 中纬正午时电导率高度剖面的计算结果 293

5.2 平均状况 294

表5-2-1 世界各地晴天大气电场的一些测量平均结果 294

5.2.1 平均极化电场 294

5.1.3 电场源 294

图5-2-1 宁静日和干扰日2000UT时地面大气电场的全球分布 297

图5-2-2 山峰和高原上空的电位和电流密度分布的计算结果 298

图5 2-3 不同纬度测站，晴天电场随高度z的分布 298

表5-2-2 大气电场随高度分布 299

图5-2-4 晴天大气电场E随高度z分布的平均结果和变化范围 299

图5-2-5 28次探空仪飞行测量的平均电场强度对高度的依赖关系 299

图5-2-6 电场分布产生“湿度凸缘”的实例 300

图5-2-7 Tohoku和Syowa基地海面上空测得的垂直电场、电流密度和电导率随高度的分布 301

图5-2-8 在本州岛测量的垂直电场和电流密度的陆地效应 301

图5-2-9 气球上测到的大气电场的水平分量 302

图5-2-10 用降落伞测量的雷暴上方垂直电场 302

图5-2-11 下午，雷暴上空在气球上测量到的大气电场 303

图5-2-12 电离层水平电场向下映射因子 303

图5-2-14(a) 中国平均年雷暴日的地理分布 304

图5-2-13 通过磁极盖区电位和电位梯度 304

图5-2-14(b) 全球平均年雷暴日的地理分布 305

图5-2-15 电荷分布和对流风的典型雷暴云单元 305

图5-2-16 北半球夏天1900UT时，在等电导率σ面上，计算得到的电位差或电位的等值线图 306

图5-2-17 与图5-2-16相同电位差或电位的三维显示 307

图5-2-18 南半球夏天1900UT时，在等电导率σ面上，计算得到的电位差或电位的等值线图 308

图5-2-19 现代全球模型中地面大气电场的经纬度变化 308

图5-2-21 由图5-2-20的电离层电位分布映射到赤道面上的等位线 309

图5-2-22 Sq极化场分布 309

图5-2-20 模型计算的‘瞬间’全球电离层等电位线 309

图5-2-23 由月亮半日潮风场模型算得的L型电流系统和静电场分布 310

图5-2-24 由后向散射雷达推算出来的水平电场的电位等值线图 310

图5-2-25 在300km高度上相当于1100UT的电位计算值 311

图5-2-26 在1200LT和1800LT时刻的电场以及它们对东向电流的贡献 311

图5-2-27 极光区场向电场幅度随高度的变化 312

图5-2-28 与DP2对应的电离层电位分布 312

图5-2-29 从ISEE卫星的一年资料算得的平均电场强度 312

图5-2-31 磁静时，即∑Kp≤4或平均Kp≤1+，从ISEE卫星的一年资料算得的平均电场强度 313

图5-2-30 在中等程度的磁活动，和扰动情况时，从ISEE卫星的一年资料算得的平均电场强度 313

图5-2-32 磁层晨昏子午面内静态大尺度电场 314

图5-2-34 磁层中DP2电流的电位分布 315

图5-2-33 磁层中DP1电流的电位分布 315

图5-2-35 OGO-6卫星穿越北磁极测得的电场强度垂直于日地连线的水平分量 316

5.2.2 平均对流电场 316

图5-2-36 北半球地方时弱扰动下电离层高度对流电场的等位线 317

图5-2-39 电离层E层的平均电场 317

图5-2-37 电离层高度上对流电场的半经验模型 317

图5-2-38 在北半球300km高度上由极盖区晨昏电场和共转电场合成的流线或等电位线 317

图5-2-40 与磁层等离子体随地球旋转相对应的电位分布 318

图5-2-42 赤道平面内磁层对流的观测结果 319

图5-2-41 从北面看，对流电场的等位线映射到磁层赤道面上的情形 319

图5-2-43 对流场和依赖于行星际磁场极性的极盖电场的叠加 319

图5-2-44 环电流衰减期的感应电场 320

5.2.3 平均感应电场 320

图5-2-45 在径向距离r=7.5RE处的感应电场分量随东西方位角φ的变化 321

图5-2-46 沿着与赤道面交于5.5RE处的偶极磁场力线的感应电场的垂直分量和平行分量 321

图5-2-47 磁亚暴引起的感应电场 322

5.2.4 平均映射电场 322

图5-2-48 DE-1和DE-2卫星在1981年10月23日测到的映射电场 323

图5-2-49 1981年10月23日ISEE1和ISEE2测到的电场强度数据的频谱 324

图5-2-50 DE1和DE2卫星测到的平均电场 324

图5-2-51 与南半球高纬磁层对流相关联的等电位图 325

图5-2-52 作为径向距离函数的平均电场强度 326

图5-2-53 利用STARE雷达和Saint-Santin雷达的测量值、对流模型和磁场资料的计算值所得的随纬度变化的北向电场分量 326

表5-2-3 理论模拟和STAREH雷达及Saint-Santin雷达测量到的电场 326

图5-2-55 150km高度上，作为波长函数的映射效率 327

图5-2-54 对于不同波长，作为高度函数的映射效率 327

图5-2-56 表示对流边界和极区坐标系统的示意图 328

图5-2-57 行星际磁场指向南时，北半球磁层电场模型 329

图5-2-59 与图5-2-57相同，只是行星际磁场为By=0，Bz=6γ 330

图5-2-58 与图5-2-57相同，只是行星际磁场为By=6γ，Bz=-6γ 330

图5-2-60 与图5-2-57相同，只是行星际磁场为北向By=6γ，Bz=6γ 331

图5-2-61 行星际磁场指向北时，北半球磁层电位叠加上共转电位后的等位线模型，以及电离层等离子体对流投影 331

图5-2-62 与图5-2-61相同，只是行星际磁场为By=-3γ，Bz=6γ 332

图5-2-63 由比较GEOS-2卫星资料和STARE雷达资料得出的北-南方向和东-西方向的地磁映射因子 332

5.3 空间电场的时间变化 333

图5-3-1 大陆60个测站地面大气电场日变化的平均结果 333

5.3.1 极化电场的时间变化 333

图5-3-2 晴天地面垂直电场周日变化的三种主要类型 334

图5-3-3 大陆简单型晴天大气电场日变化的各地观测结果 334

图5-3-4 大陆复杂型晴天大气电场日变化的各地观测结果 335

图5-3-5 列宁格勒不同高度晴天大气电场日变化的平均结果 336

图5-3-6 北极站和南极站测得的电位梯度按世界时的平均周日变化 337

图5-3-7 在冬天、春秋分、夏天海面上方大气电位梯度的平均周日变化 337

图5-3-8 晴天大气电场年变化的各地观测结果 338

图5-3-9 大陆和海洋地区的地面和海面晴天大气电场年变化的平均结果 339

图5-3-10 同11年太阳黑子周期相比较的电位梯度周期变化曲线 340

图5-3-11 地面晴天大气电场脉动变化的日变化平均结果 340

图5-3-13 与DP1对应的电离层电位分布 341

图5-3-12 地面晴天大气电场脉动变化的年变化平均结果 341

图5-3-15 DE卫星资料中电场幅度大于100mV·m-1的电场峰值数据作为径向距离的函数 342

图5-3-14 高纬度地区电离层电位随磁地方时和磁纬的分布 342

图5-3-17 未正规化的电场幅度值的1%廓线 343

图5-3-16 图5-3-15中的电场峰值资料的映射值 343

5.3.2 对流电场的时间变化 344

5.3.3 感应电场的时间变化 344

5.4.1 气象事件 344

5.4 特殊事件下的空间电场形态 344

图5-3-18 根据OGO-6和DE-2卫星资料对极盖区电场形态的分类 345

图5-4-2 法国大锋面雷暴中测得的垂直电场 346

图5-4-3 美国Colorado卅雷暴的垂直电场结构 346

图5-4-4 闪电产生的地面电场峰值随距离的变化 346

图5-4-1 雷暴云电场的典型结构 346

图5-4-5 从雷暴流到电离层的局地大气垂直电流廓线 347

图5-4-7 晴天，有云和雾条件下，电场强度随高度的变化 348

5.4.2 太阳活动 348

图5-4-6 在雷暴云中的气球上和云下地面上观测到的因闪电造成的电场变化 348

5.4.3 磁暴 349

图5-4-8 在极盖区的极化场分布 349

表6-1-1 地球、月球、火星、金星的几何和引力特性数据 352

第6章 空间引力场 352

6.1.2 引力位 352

6.1 概述 352

6.1.1 天体的引力特性 352

6.1.3 引力的计算 353

6.1.4 引力场模型 354

6.2.1 固体地球引力场模型 355

6.2 地球引力场 355

表6-2-1 GEM基本系列特征 356

表6-2-2 对于LAGEOS，STARLETTE，SEASAT裁剪引力模型的特性 356

表6-2-3 地球引力场模型JGM-3的归一化球谐系数 357

6.2.2 潮汐修正 389

表6-2-4 固体地球外部位洛夫数的正常值 390

表6-2-5 K？频率相关校正 393

6.2.3 地球引力位的宗量 394

表6-2-6 滞弹性地球的带谐潮汐K？频率相关修正 394

表6-2-7 K？的频率相关修正的幅值 394

6.3 月球引力场 395

表6-3-1 导出GLGM-2中所用的多普勒数据 395

表6-3-2 月球引力场模型GLGM-2(70阶、70次)到(18阶、18次)球谐系数 396

6.4 火星引力场 398

表6-4-1 火星常数 398

表6-4-2 火星引力场模型GMM-1归一化球谐系数(50阶、50次)取到(18阶、18次) 398

6.5 金星引力场 400

表6-5-1 金星引力场模型GVM-1归一化球谐系数(完整到50阶、50次，给到18阶、18次) 401

第7章 空间光辐射 406

7.1 辐射传输量与辐射定律 406

7.1.1 表示辐射能量传输的物理量 406

7.1.2 热辐射定律 407

表7-1-1 黑体辐射能量谱分布函数F(x)表 407

7.2 太阳及太阳辐射 408

7.2.1 大气外太阳辐照度谱 408

表7-2-1 太阳辐射能量的光谱分布 409

表7-2-2 太阳辐射能量远红外、微波区的光谱分布 411

图7-2-1 大气外太阳辐照度谱(地日平均距离) 412

表7-2-3 各波段太阳辐射的分布及变化率 412

表7-2-4 太阳紫外辐射能量的光谱分布 413

7.2.2 太阳发射的紫外、微波与射电辐射 413

图7-2-2 1979年1月接近太阳黑子相对数极大时与1976年7月接近黑子相对数极小时大气上界太阳谱辐照度之比值 414

图7-2-3 1974年太阳10.7cm射电辐射通量与太阳极紫外一些波段辐照度的变化 415

7.3.2 气体吸收线的形状 416

表7-2-6 不同太阳活动条件下，太阳紫外谱线辐照度的模拟值 416

表7-2-5 不同太阳活动条件下，各波段地外太阳紫外辐照度的模拟值 416

7.3 气体吸收辐射的规律 416

7.3.1 气体吸收带和吸收线 416

表7-2-7 微波和射电波段大气外太阳辐照度 416

图7-3-1 大气中气体对太阳辐射的吸收 417

7.3.3 指数和模式 418

图7-3-2 重排前后吸收系数的分布 418

7.3.4 吸收线参数汇编 419

7.3.5 大气中气体对太阳辐射吸收的特性 419

图7-3-3 按p=50hPa重排后吸收系数的分布 419

图7-3-4 紫外区臭氧、氧分子、氮分子吸收截面随波长的变化 420

表7-3-1 臭氧对太阳辐射的吸收系数 421

图7-3-5 太阳辐射进入大气后被大气吸收削弱到透过率等于1/e的高度 421

表7-3-2 臭氧和氧气在Herzberg带的吸收截面 422

表7-3-4 O2 Schumann-Runge连续谱的吸收截面 423

表7-3-3 O2 Schumann-Runge吸收带各波段计算透过率的系数 423

表7-3-5(a) 不同天顶角太阳极紫外辐射透过率(1)大气上界至300km 424

表7-3-5(b) 不同天顶角太阳极紫外辐射透过率(2)大气上界至200km 424

表7-3-6(b) 不同天顶角太阳极紫外谱线透过率(2)大气上界至200km 425

表7-3-6(a) 不同天顶角太阳极紫外谱线透过率(1)大气上界至300km 425

7.3.6 地球和大气长波辐射区气体的吸收特点 426

图7-3-6 地球及大气射出的辐射光谱 426

7.4.1 粒子对电磁波的散射与吸收 427

表7-3-7(b) 大气各种成分在大气长波光谱区的吸收带强(2) 427

7.4 大气中的散射过程 427

表7-3-7(a) 大气各种成分在大气长波光谱区的吸收带强(1) 427

图7-4-1 球形粒子角散射截面随u=cosθ变化的图形 429

表7-4-1 不同成分、半径球形散射粒子的折射率 429

7.4.2 大粒子散射的性质 429

7.4.3 浑浊大气的散射与吸收参量 430

7.4.4 大气气溶胶成分与尺度谱的数值模拟 430

图7-4-2 长度L=350μm，宽度D=80μm六棱柱冰晶的散射相函数 430

图7-4-3 标准辐射大气气溶胶各种成分的尺度谱 431

表7-4-2 对流层气溶胶混合的容积比及数量比 431

表7-4-4 标准辐射大气气溶胶模型修正Γ分布的参数 432

表7-4-5 全球气溶胶模型各种气溶胶尺度谱的参数 432

表7-4-3 标准辐射大气气溶胶模型对数正态分布的参数 432

7.4.5 各种气溶胶的折射率 432

表7-4-6 对流层大气气溶胶的折射率 433

表7-4-7 火山灰、硫化物、流星尘、水和冰的折射率 434

7.4.6 大气气溶胶的垂直分布 435

表7-4-9 SRA平流层大气气溶胶廓线的典型情况 436

图7-4-4 不同类型大气气溶胶消光系数βe的廓线 436

表7-4-8 SRA对流层大气气溶胶廓线的典型情况 436

7.4.7 云、雾的吸收与散射参量 437

图7-4-5 各种水云的平均滴谱 437

表7-4-10 高层大气气溶胶消光系数廓线 437

表7-4-11 云、雾数密度、含水量、及尺度谱参数 437

7.5.1 地面对太阳辐射的反射率 438

表7-5-1 平静水面反射率与入射角的关系 438

7.5 空间辐射场的观测值及数值模拟 438

图7-5-2 不同太阳仰角和不同陆面反射率随波长的变化 439

图7-5-3 云、雪面、海冰、土壤岩石、植物反射率随波长变化的平均情况 439

图7-5-1 平静与有风浪条件下水面反射率与入射角的关系 439

表7-5-2 各种地面的平均反射率 440

7.5.2 地面对长波辐射的反射率和吸收率 440

7.5.3 空间太阳短波辐射场 440

表7-5-3 各类云的平均反射率 440

表7-5-4 不同地面对长波辐射的吸收率 440

表7-5-6 模拟计算采用大气气溶胶消光系数垂直分布 441

图7-5-4(a) 1989年1月太阳反射辐射辐照度月平均值 441

图7-5-4(b) 1989年7月太阳反射辐射辐照度月平均值 441

表7-5-5 模拟计算采用各种云的范围 441

表7-5-7(a) 热带Sout模拟计算值，晴天 442

表7-5-7(d) 热带Sout模拟计算值，高云 442

表7-5-7(b) 热带Sout模拟计算值，低云 442

表7-5-7(e) 热带Sout模拟计算值，雨层云 442

表7-5-7(c) 热带Sout模拟计算值，中云 442

表7-5-7(f) 热带Sout模拟计算值，沙尘暴 442

表7-5-8(b) 亚极地冬季Sout模拟计算值，中云和高云 443

表7-5-8(c) 亚极地冬季Sout模拟计算值，雨层云和沙尘暴 443

表7-5-8(a) 亚极地冬季Sout模拟计算值，晴天和低云 443

表7-5-9 月亮在地球高层空间的直接辐亮度与月相角的关系 444

7.5.4 地气系统长波射出辐射场 444

表7-5-10 地球长波射出辐射的模拟计算值 445

图7-5-5(a) 1989年1月地气系统射出长波辐射月平均值 445

图7-5-5(b) 1989年7月地气系统射出长波辐射月平均值 445

7.6 地球大气的光辐射 446

7.6.1 气辉 446

7.6.2 极光 446

表7-6-1 极光形态 447

表7-6-2 极光和气辉光子发射率比较 448

表7-6-3 按波长排列的极光中已证认谱线 449

表7-6-4 极光光谱中IBCII绝对强度 452

表8-0-1 航天器遭遇微流星体与轨道碎片撞击实例表 454

第8章 微流星体与轨道碎片 454

8.1.1 起源 455

表8-0-2 微流星体和轨道碎片对航天器及其各分系统可能的影响 455

8.1 微流星体 455

8.1.3 速度分布 456

8.1.4 质量/通量的空间分布 456

8.1.2 组分 456

图8-1-1 微流星体质量与通量的一般关系 456

图8-1-2 地球屏蔽效应示意图 457

8.1.5 遭遇概率 458

8.1.6 时间变化 458

图8-1-3 引力会聚因子Fg和地球屏蔽因子Fs 458

8.1.7 以流星雨名称命名的微流星体群 459

表8-1-1 主要流星体群参数 459

图8-1-4 微流星体在400km、3600km处通量，碰撞概率随质量的变化 459

8.2.1 来源 460

8.2 轨道碎片 460

图8-2-1 航天监测网的观测阈值曲线 461

8.2.2 组分 461

8.2.3 速度分布 461

图8-2-2 一个1400kg的卫星解体后的质量-数目分布曲线 462

表8-2-1 在轨碎片质量/数量分布 463

图8-2-3(a) 速度的轨道倾角分布(0°，10°，20°，…90°) 463

图8-2-3(b) 速度的轨道倾角分布(100°～180°) 463

8.2.4 质量/通量的空间分布 463

图8-2-4 轨道碎片的空间分布 464

图8-2-5 轨道碎片的偏心率分布 465

8.2.5 长期变化 465

图8-2-6 不同年份新生、陨落和残存的碎片数目 465

图8-2-7 尺寸大于1cm的轨道碎片密度随时间的演化 466

8.2.6 NASA的低轨道通量模型及碰撞几率 466

表8-2-2 轨道碎片密度校正因子 467

图8-2-8 太阳、大气效应校正因子 468

图8-2-10 大、小粒子通量随直径的分布函数 469

表8-2-3 空间站的碰撞风险 469

图8-2-9 轨道碎片密度校正因子 469

图8-2-12 低轨道碎片小粒子质量随时间的增长率 470

图8-2-11 低轨道碎片通量校正函数 470

8.2.7 穿透深度 470

图8-2-13 1995年、500km、s=97、i=28.5°时的低轨道碎片通量曲线 471

图8-2-14 NASA90低轨道碎片通量模型与实测数据的比较 471

图8-2-15 铝表面不同质量的粒子的穿透深度log(t)随粒子垂直速度的分布 472

图8-2-16 镁表面不同质量的粒子的穿透深度log(t)随粒子垂直速度的分布 472

图8-2-17 长期暴轨装置观测的铝表面不同质量粒子的穿透深度随粒子垂直速度的分布 473

8.3 微流星体与轨道碎片的异同 473

图8-2-18 铝表面不同质量粒子的陷坑深度随粒子垂直速度的分布 473

8.4.1 数学模型的最新发展 474

8.4 数学模型与在轨实测 474

表8-3-1 微流星体与轨道碎片的区别 474

表8-4-2 常用近地轨道固体粒子通量值 475

表8-4-1 轨道碎片各模式的对比 475

8.4.2 几种常用轨道的通量估算 475

8.4.3 在轨实测结果 476

图8-4-1 长期暴轨装置在轨取向图 476

图8-4-2 长期暴轨装置不同表面的通量值 477

8.4.4 数学模型与实测结果的比较 477

图8-4-4 微流星体模型与长期暴轨装置结果对比 478

图8-4-3 和平号空间站实验结果比较 478

图8-4-5 ref91，ref95模型与长期暴轨装置结果对比 479

图8-4-6 参考模型与和平号空间站结果对比 479

图8-4-7 哈勃太空望远镜结果与模型对比 480

表9-1-1 各种环境对空间电波传播的影响 481

第9章 空间电波传播 481

9.1 概述 481

9.1.1 各种环境对空间电波传播的影响 481

表9-1-2 不同频段所受的环境影响 482

9.1.2 不同频段所受的环境影响 482

9.1.3 空间无线电系统性能评估 482

9.2 非电离大气对地空传播影响 483

9.2.1 大气折射 483

图9-2-1 二月份全球海平面折射率平均值分布 484

图9-2-2 八月份全球海平面折射率平均值分布 485

图9-2-3 不同海面折射率值相应的大气折射率垂直剖面 486

表9-2-1 计算大气折射附加延时中的f(T)参数 487

表9-2-2 一般地区标准大气条件下的附加传播延时值 487

图9-2-4 大气层水汽柱总含量的分布，1%时间 488

图9-2-5 大气层水汽柱总含量的分布，3%时间 488

图9-2-6 大气层水汽柱总含量的分布，10%时间 489

表9-2-3 通过大气层的视在仰角误差测量值 490

9.2.2 对流层闪烁 490

表9-2-4 12GHz对流层闪烁衰落深度典型值 491

9.2.3 大气吸收 491

图9-2-7 标准大气条件下海平面大气衰减率 492

图9-2-8 标准大气条件下从海面到天顶方向的大气衰减 493

表9-2-5 雨衰减率参数 494

9.2.4 降水影响 494

表9-2-6 12GHz的雨衰减率 495

图9-2-9 中国0.01%时间的雨强分布 496

表9-2-7 12GHz水平极化波雨衰减 497

9.2.5 地、海面影响 497

图9-2-10 典型地、海面电参数 498

表9-2-8 L波段海面多径衰落深度 499

图9-2-11 相对于直接波和漫射波总平均功率的幅度分布 499

表9-2-9 山地环境多径衰落分布参数 500

表9-2-10 路边树林引起的多径衰落分布参数 500

图9-2-12 归一化漫射系数 500

9.3 电离层地空传播影响 501

图9-2-13 地面多径衰落深度 501

9.3.1 电离层闪烁 502

图9-2-14 1.5GHz路边树林遮蔽衰减 502

图9-3-1 Nakagami累积分布 503

图9-3-2 1977年4月28—29日在台北观测的Intelsat-Ⅳ卫星4GHz信号的功率谱密度 504

图9-3-3 闪烁出现率计算公式中角参数示意图 505

图9 3-4 闪烁出现率计算中不同经度扇区测量站的季节权函数 505

9.3.2 电离层吸收 506

表9-3-1 电离层闪烁随太阳活动、地理位置及时间的变化 506

图9-3-6 赤道地区4GHz电离层闪烁与太阳黑子数月均值的关系 507

图9-3-5 L-波段观测的闪烁出现率的全球分布图 507

图9-3-7 在我国香港和台北地球站所观测的4GHz电离层闪烁年积累统计 508

表9-3-2 127MHz信号的极光吸收 509

图9-3-8 在我国新乡观测的136MHz电离层闪烁年积累统计 509

9.3.3 法拉第旋转效应 510

图9-3-9 在我国重庆和广州观测的136MHz电离层闪烁年积累统计 510

图9-3-10 以30MHz左右的里欧计的观测假设的一个太阳耀斑暴发期间极盖吸收的日变化模式 511

9.3.4 多卜勒效应 511

9.3.5 传播时延、色散和卫星视在仰角 512

图9-3-11 对于一条在磁子午面内的传播路径，法拉第旋转随频率和TEC的变化 512

图9-3-12 电离层时延随频率和TEC的变化 513

图9-3-13 在1.6GHz频率垂直入射情况下白天时延超过20ns时间百分数的年平均值的等值线图 513

图9-3-15 卫星到地面的电波射线折射弯曲和视在仰角示意图 514

图9-3-14 对于宽度为τ的脉冲一次穿过电离层，其频谱的频率高低段群时延差 514

表9-3-3 电离层引起的地球静止卫星视在仰角误差 515