NOAA卫星同期观测数据综合分析及应用研究

发布时间：2020-06-01 12:03

【摘要】：NOAA卫星是美国发射的一系列极轨气象卫星,目前有多颗卫星同时在轨运行,星上搭载的高能粒子载荷指标完全相同,卫星的高度相差不到50公里,降交点(轨道面与赤道面的交点)地方时分为上午和下午两个时段,总体指标和参数具有较好的连续性,通过虚拟星座形式的彼此配合,能弥补单颗卫星观测在时间分辨率上的不足和缺陷,更好地实施全球观测。从理论上来说,相近高度上的系列卫星在相同时间段内的观测结果总体上应该是一致的,但是目前这方面的研究还较少。本文利用统计学方法,对同一时段NOAA-15、NOAA-16、NOAA-17、NOAA-18和NOAA-19五颗卫星的高能粒子分布特征进行综合分析,获得空间高能粒子背景场信息,比较了NOAA系列卫星之间高能粒子观测结果的一致性和差异性,为分析高能粒子动力学运动特征、研究其在地震期间沉降现象的物理机制提供参考依据;同时为我国地震电磁卫星的高能粒子观测提供参考样本。在此基础上,以印尼8.6级地震事件为例,采用多颗卫星观测数据集进行了时间序列和空间序列的异常分析,对强磁暴事件则探讨了不同卫星在磁暴发生时的响应情况。主要研究成果如下:(1)不同卫星观测的高能粒子通量统计分布特征全球基本一致,在位置上主要集中在三个区域:南大西洋异常区和南北极辐射带。在南大西洋异常区,每颗卫星的不同方向探测器之间的高能粒子通量观测结果基本一致;在南北极辐射带,每颗卫星的90度方向探测器观测到的电子、质子通量分布均比0度方向探测器观测到的数据高,大约高2至3个数量级,说明90度方向探测器在高纬度地区更容易捕获辐射带的电子和质子。(2)不同卫星观测的同期同能段的高能粒子通量数值大小基本一致。差值分析表明,NOAA系列卫星之间在同一时段内对同一区域观测到的固定能量段电子通量和质子通量数值基本一致,量级误差不超过0.5个数量级。利用概率密度法对南大西洋异常区和南北极辐射带分析时发现,该区域内固定能量段的电子和质子的通量数值近似呈现正态分布。(3)基于虚拟星座的多卫星联合观测更利于识别典型事件变化信息。印尼苏门答腊地震震前数据的时间序列分析发现,在震前3-4天,研究区出现了大于6倍背景值的电子通量爆发。融合五颗卫星的观测结果,能够形成空间相对密集的观测,基于空间序列分析进一步确定了电子通量爆发出现在震中东南方向。而对磁暴事件的分析研究表明,五颗卫星在磁暴事件中的响应是一致的,并且在时间上与地面台站观测到的地磁指数(Dst)具有同步性。
【图文】：

卫星,相关参数,粒子探测器

第二章 NOAA 系列卫星及观测数据.1 NOAA 极轨系列卫星NOAA 极轨系列卫星是美国大气与海洋管理局发射的极轨系列气象卫星。 1978 年第一颗 NOAA 卫星成功发射以来，目前已发展到第 5 代。从 NOAA-15始，NOAA 系列卫星上携带的都是第二代空间环境检测器 SEM2，其中包含了等粒子探测器 MEPED，主要用来监测空间环境中的高能电子和质子。NOAA列卫星的有关参数列于表 2.1。

电子分布,南北极,辐射带,南大西洋异常区

从图 3.1 可以看出，五颗卫星的观测结果总体上看是一致的，NOAA-15 到NOAA-19的0度方向探测器所观测到的100-300keV能段的电子在全球范围内主要有三个集中区域，分别是南大西洋异常区（SAA）和南北极辐射带。从位置上看，南大西洋异常区的纬度范围分布在 40°S 至 10°N，经度范围分布在 90°W到 30°E 之间，近似“卵黄”形状。南北极辐射带分布具有对称性，均分布在纬度范围 60°至 80°之间，经度上则呈连续分布，即东西半球都能观测到南北极辐射带。从观测通量的数量级上来看，0 度方向探测器在南大西洋异常区观测到的100-300keV 电子通量比在南北极辐射带所观测到的通量要大两个数量级左右。在南大西洋异常区，越靠近中心区域粒子通量越高，，即其分布具有层次性。而南北极辐射带 100-300keV 通量观测到的粒子通量大小分布从西半球到东半球分布较为均匀，通量大小数量级基本保持在 101到 102之间。
【学位授予单位】：防灾科技学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P412.27

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