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張佼佼 藍(lán)愛(ài)蘭 鄧翔 王瑋 李航 孫凌晨 閻敬業(yè)

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心

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引言

在地球表面以上60 到1000 千米的區(qū)域，一部分大氣會(huì)受太陽(yáng)和宇宙射線(xiàn)的輻射而被電離，這個(gè)區(qū)域被稱(chēng)為電離層。電離層是大氣層中所有帶電粒子的家園，然而，這些帶電粒子的分布并不均勻。電離層中存在各種尺度的密度不均勻體，這些不均勻體會(huì)對(duì)依靠或經(jīng)過(guò)電離層傳播電磁波的無(wú)線(xiàn)電通訊、超視距雷達(dá)探測(cè)、全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)等產(chǎn)生干擾。

我國(guó)北方至俄羅斯北部地區(qū)是受來(lái)自北極地區(qū)惡劣空間天氣影響最為明顯和直接的區(qū)域，也是電離層高中低緯耦合與擾動(dòng)傳播的重要場(chǎng)所。尤其是在擾動(dòng)空間天氣條件下，北極電離層眾多不均勻體可直接傳輸?shù)皆搮^(qū)域，直接影響該區(qū)域的電離層狀態(tài)。同時(shí)，該區(qū)域也是極區(qū)空間天氣擾動(dòng)沿子午線(xiàn)傳播到我國(guó)中低緯地區(qū)的必由之路。對(duì)該地區(qū)的大范圍、全程監(jiān)測(cè)不僅對(duì)電離層南北耦合等重大科學(xué)問(wèn)題非常重要，同時(shí)也為我國(guó)的電離層擾動(dòng)預(yù)報(bào)預(yù)警提供支撐，所以這一區(qū)域是子午工程二期重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域之一。為此，子午工程二期在我國(guó)北部吉林龍井市、內(nèi)蒙古四子王旗、新疆和靜縣部署三個(gè)高頻雷達(dá)站，每站兩部高頻雷達(dá)，形成我國(guó)北方中緯高頻雷達(dá)網(wǎng)，對(duì)亞洲中高緯度電離層不均勻體開(kāi)展廣域全天候監(jiān)測(cè)。

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高頻雷達(dá)基本探測(cè)原理與構(gòu)成

高頻雷達(dá)的工作頻率在10 兆赫茲左右(波長(zhǎng)約30 米)，屬于短波波段，與我們經(jīng)常收聽(tīng)的廣播屬于同一波段。這個(gè)頻率的電磁波會(huì)在電離層中發(fā)生折射，從而在電離層中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳播。當(dāng)高頻電磁波在雷達(dá)波束與磁力線(xiàn)近乎垂直處遇到電離層不均勻體分布，且尺度與電磁波波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)，就會(huì)發(fā)生布拉格散射。這種情況下，入射波長(zhǎng)和散射波長(zhǎng)相同，他們發(fā)生電磁波的干涉，所以這種雷達(dá)又被稱(chēng)為高頻相干散射雷達(dá)，如圖1 所示。雷達(dá)探測(cè)期間，不均勻體運(yùn)動(dòng)會(huì)使回波發(fā)生多普勒頻移，利用這個(gè)特點(diǎn)可獲得電離層不均勻體的多普勒速度信息。電離層F層的等離子體不均勻體就像整個(gè)電離層等離子體運(yùn)動(dòng)的示蹤劑，它們隨著電離層等離子體運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，所以高頻雷達(dá)探測(cè)的等離子體不均勻體的運(yùn)動(dòng)常被用來(lái)表征電離層等離子體的整體運(yùn)動(dòng)特征。

圖1高頻電磁波在電離層中發(fā)生折射，遇到電離層不均勻體被反射

用于電離層探測(cè)的高頻雷達(dá)通常采用相控陣體制，其工作原理是通過(guò)改變陣列中各天線(xiàn)單元的信號(hào)相位關(guān)系，實(shí)現(xiàn)陣列方向圖的波束指向變化。一部雷達(dá)大多采用雙天線(xiàn)陣列：收發(fā)主陣和干涉子陣。收發(fā)主陣具備發(fā)射大功率信號(hào)和接收回波的能力，并實(shí)現(xiàn)方位向掃描觀測(cè)；干涉子陣不具備發(fā)射功能，用于接收主陣發(fā)射的信號(hào)經(jīng)不均勻體散射后的回波，并通過(guò)與主陣接收到的回波進(jìn)行相干處理，獲得回波的仰角信息。圖2 展示了子午工程二期北方中緯高頻雷達(dá)網(wǎng)在每個(gè)臺(tái)站部署兩部雷達(dá)(東向雷達(dá)和西向雷達(dá))的天線(xiàn)主陣、子陣和雷達(dá)控制室的位置。每部雷達(dá)的主陣均由16 個(gè)天線(xiàn)單元構(gòu)成，子陣由4 個(gè)天線(xiàn)單元構(gòu)成，天線(xiàn)單元采用雙折合振子天線(xiàn)，并設(shè)計(jì)反射網(wǎng)以提升陣列增益；雷達(dá)電子設(shè)備(包括收發(fā)單元、數(shù)字信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)處理及傳輸單元等)均部署在雷達(dá)控制室內(nèi)，控制室內(nèi)配置UPS及溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)等輔助設(shè)備，為電子設(shè)備正常工作提供保障。每部雷達(dá)的視場(chǎng)范圍為78°，通過(guò)陣列設(shè)計(jì)，同一臺(tái)站的兩部雷達(dá)分別用于對(duì)東部天空和西部天空進(jìn)行觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)156°的大視場(chǎng)覆蓋。

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國(guó)際高頻雷達(dá)網(wǎng)發(fā)展歷程

20 世紀(jì)七八十年代，美國(guó)科學(xué)家在高緯度地區(qū)利用甚高頻(VHF)相干散射雷達(dá)測(cè)量電離層不均勻體散射的一系列試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：電離層回波具有多普勒頻移特征，證明等離子體存在垂直于磁力線(xiàn)方向的運(yùn)動(dòng)。但甚高頻電波在電離層中沿直線(xiàn)傳播，以及不均勻體的探測(cè)要求電磁波傳播方向垂直于磁力線(xiàn)限制了甚高頻雷達(dá)在更高緯度地區(qū)的應(yīng)用，因?yàn)樵诟呔暥鹊臉O區(qū)磁力線(xiàn)近乎垂直于地面。利用高頻(HF)電磁波可以被電離層折射的特性，可在高緯度地區(qū)實(shí)現(xiàn)電磁波與地球磁力線(xiàn)正交的條件，從而探測(cè)到這些區(qū)域的電離層不均勻體運(yùn)動(dòng)。1983 年10 月，美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)的格林沃爾德教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在加拿大鵝灣建成了世界上首部高頻相干散射雷達(dá)。該雷達(dá)天線(xiàn)由16 個(gè)對(duì)數(shù)周期天線(xiàn)組成，工作頻率范圍為8~20 兆赫茲。雷達(dá)具有16 個(gè)掃描波位，波束寬度3.25°，所以?huà)呙璺秶鸀?2°，探測(cè)距離為從約200 千米到3000 千米以上。距離分辨率由發(fā)射脈沖寬度決定，普通模式下脈沖寬度為300微秒，對(duì)應(yīng)距離分辨率為45 千米。全視場(chǎng)掃描時(shí)間分辨率在普通模式下是1 到2 分鐘。1987 年，該雷達(dá)又增加了一副額外的4 單元子陣列，利用干涉測(cè)量技術(shù)獲取回波的仰角信息。羅霍涅米證實(shí)了該雷達(dá)探測(cè)的電離層F層不均勻體運(yùn)動(dòng)速度即為電離層等離子體E×B對(duì)流漂移速度。隨后，另一臺(tái)幾乎相同的雷達(dá)在南極洲哈雷建造完成，它具有與鵝灣雷達(dá)地磁共軛的視場(chǎng)。哈雷雷達(dá)于1988 年1 月開(kāi)始運(yùn)行，聯(lián)合項(xiàng)目被命名為極地英美共軛實(shí)驗(yàn)(PACE)，兩部雷達(dá)可同時(shí)提供電離層和磁層現(xiàn)象的共軛觀測(cè)。PACE在磁層極尖區(qū)太陽(yáng)風(fēng)-磁層-電離層相互作用，以及電離層等離子體對(duì)流南北半球不對(duì)稱(chēng)性研究中非常成功。

但人們很快意識(shí)到PACE的局限性，那就是每部雷達(dá)只能獲取不均勻體視線(xiàn)方向的速度信息，要確定完整的二維速度矢量，需要從至少兩個(gè)不同視角方向?qū)Σ痪鶆蝮w速度進(jìn)行測(cè)量。加拿大魁北克省謝弗維爾的另一個(gè)高頻雷達(dá)于1989 年10 月投入使用，并與鵝灣雷達(dá)聯(lián)合探測(cè)證實(shí)了高頻雷達(dá)雙向共同觀測(cè)的可行性。這一工作促進(jìn)了國(guó)際超級(jí)雙極光雷達(dá)網(wǎng)(SuperDARN)的誕生。SupDARN雷達(dá)網(wǎng)是一個(gè)高頻雷達(dá)國(guó)家合作組織，通過(guò)國(guó)際數(shù)據(jù)共享，綜合分析部署在中高緯度地區(qū)的高頻雷達(dá)集群獲取的不均勻體多普勒速度信息，可實(shí)現(xiàn)每1~2 分鐘即生成一幅全球尺度的電離層等離子體對(duì)流圖，在研究電離層對(duì)流動(dòng)力學(xué)方面相對(duì)于衛(wèi)星觀測(cè)和地面地磁臺(tái)站反演技術(shù)等具有無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)。

早期，SuperDARN 雷達(dá)只在高緯度和極區(qū)部署，因?yàn)槟抢锸鞘芴?yáng)風(fēng)暴影響最強(qiáng)的區(qū)域。但在劇烈的太陽(yáng)風(fēng)暴侵襲下，極光帶會(huì)向更低的緯度地區(qū)擴(kuò)張，甚至超出SuperDARN 雷達(dá)網(wǎng)的視野范圍，同時(shí)增強(qiáng)的極蓋區(qū)沉降和極光導(dǎo)致了非常嚴(yán)重的電離層D 區(qū)對(duì)雷達(dá)信號(hào)的吸收，使SuperDARN 雷達(dá)網(wǎng)不能對(duì)強(qiáng)磁暴期間的等離子體對(duì)流進(jìn)行完整的觀測(cè)。為了克服這些限制，中緯度高頻雷達(dá)開(kāi)始發(fā)展。2005 年，第一臺(tái)中緯度SuperDARN雷達(dá)在美國(guó)弗吉尼亞州的沃洛普斯建設(shè)完成。貝克等人利用沃洛普斯雷達(dá)的觀測(cè)研究表明，在國(guó)際三小時(shí)磁情指數(shù)Kp>3 時(shí)，中緯度雷達(dá)可以測(cè)到極光電場(chǎng)向中緯度的擴(kuò)張，而且加入了沃洛普斯雷達(dá)的觀測(cè)使得整個(gè)SuperDARN 雷達(dá)網(wǎng)求得的越極電位降增加了25%。這充分說(shuō)明了中緯度雷達(dá)的重要性。從2005 年至2014 年間，美國(guó)和日本相繼共建設(shè)了10 部中緯度高頻雷達(dá)。我國(guó)也于2018 年在黑龍江佳木斯市郊建設(shè)了一部中緯高頻雷達(dá)，該雷達(dá)由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心設(shè)計(jì)并建設(shè)，雷達(dá)于2020年加入SuperDARN組織。

至2022 年，SuperDARN共包含37 部雷達(dá)，其中北半球24部，南半球13部。圖3展示了SuperDARN雷達(dá)在南北半球的分布及各雷達(dá)視場(chǎng)，坐標(biāo)為地磁坐標(biāo)。SuperDARN組織成員目前包括來(lái)自美國(guó)、加拿大、日本、中國(guó)、挪威、英國(guó)、澳大利亞、法國(guó)、意大利、南非10 個(gè)國(guó)家的16 家科研單位。通過(guò)合作協(xié)議，各成員單位共享軟件和數(shù)據(jù)資源，每部雷達(dá)每年需要保證有至少50%的時(shí)間執(zhí)行SuperDARN 組織統(tǒng)一規(guī)定的雷達(dá)運(yùn)行模式。SuperDARN 組織由執(zhí)行委員會(huì)管理，執(zhí)行委員會(huì)由雷達(dá)的首席科學(xué)家組成，執(zhí)行委員會(huì)設(shè)主席一名，副主席兩名。為保障雷達(dá)運(yùn)行、數(shù)據(jù)收集、分析、發(fā)布工作，Super-DARN組織還設(shè)有6 個(gè)工作組，它們分別為數(shù)據(jù)分析工作組，數(shù)據(jù)發(fā)布工作組，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工作組，數(shù)據(jù)可視化工作組，雷達(dá)調(diào)度工作組和航天器工作組。SuperDARN組織目前共擁有3 個(gè)數(shù)據(jù)中心，分別由英國(guó)南極調(diào)查局，加拿大薩斯克徹溫大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心管理運(yùn)行。三個(gè)數(shù)據(jù)中心分別收集各自片區(qū)的雷達(dá)數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)同步技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)間的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步。

圖3 SuperDARN雷達(dá)在南北半球的分部及雷達(dá)視場(chǎng)(地磁坐標(biāo))

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子午工程二期北方中緯高頻雷達(dá)網(wǎng)

在子午工程一期項(xiàng)目的支持下，中國(guó)極地研究中心于2012 年4 月在南極中山站建成了我國(guó)第一部高頻相干散射雷達(dá)并加入SuperDARN 組織，在圖3 的南半球雷達(dá)視場(chǎng)圖中可以找到中山站高頻雷達(dá)(ZHO)視場(chǎng)范圍。該雷達(dá)天線(xiàn)陣列由我國(guó)自主施工建設(shè)，雷達(dá)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)等電子學(xué)部件則自英國(guó)萊斯特大學(xué)引進(jìn)。

為了突破高頻相干散射雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心在國(guó)家科技計(jì)劃項(xiàng)目的支持下于2018 年成功研制出我國(guó)首部具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高頻相干散射雷達(dá)原理樣機(jī)，雷達(dá)部署于黑龍江省佳木斯市郊(46.8°N，130.5°E)，也是我國(guó)首部中緯度高頻雷達(dá)，雷達(dá)代碼JME。得益于電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，佳木斯雷達(dá)摒棄了傳統(tǒng)SuperDARN雷達(dá)利用移相網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行相位控制的方法，采用全數(shù)字相位控制和合成技術(shù)，減少模擬器件的使用，不僅減少了延遲線(xiàn)纜損耗和線(xiàn)纜不一致性等影響，還節(jié)約了波束方向改變時(shí)延遲線(xiàn)長(zhǎng)度調(diào)整的時(shí)間，極大地降低了系統(tǒng)誤差，提高了系統(tǒng)性能。從圖3 北半球的雷達(dá)視場(chǎng)圖可以看出，佳木斯雷達(dá)(JME)與SuperDARN 日本北海道兩部雷達(dá)(北海道雷達(dá)HOK，北海道西雷達(dá)HKW)具有重合的觀測(cè)區(qū)域，可獲取該區(qū)域的電離層不均勻體二維速度信息。雖為原理樣機(jī)，但該雷達(dá)自建設(shè)完成開(kāi)機(jī)運(yùn)行以來(lái)，一直正常工作至今，生成的數(shù)據(jù)于2019 年通過(guò)SuperDARN 數(shù)據(jù)發(fā)布工作組的驗(yàn)證匯入SuperDARN 數(shù)據(jù)庫(kù)，于2020 年正式加入SuperDARN 組織。該雷達(dá)在研究我國(guó)北方中高緯度地區(qū)電離層不均勻體特征及演化規(guī)律，強(qiáng)磁暴期間電離層對(duì)流，強(qiáng)烈火山爆發(fā)對(duì)電離層的影響等方面發(fā)揮了重要的作用。佳木斯雷達(dá)的成功研制為子午工程二期北方中緯高頻雷達(dá)網(wǎng)的建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

從圖3 的雷達(dá)分布圖可以看出，相比于歐美扇區(qū)，亞洲扇區(qū)中高緯地區(qū)存在大量的探測(cè)空白區(qū)。在我國(guó)的北方地區(qū)布設(shè)高頻雷達(dá)網(wǎng)正好可以彌補(bǔ)這個(gè)區(qū)域的探測(cè)空白，為深入研究電離層擾動(dòng)從極區(qū)向我國(guó)區(qū)域傳播的特征，強(qiáng)磁暴期間電離層不均勻體產(chǎn)生機(jī)制和演化過(guò)程等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題提供寶貴的研究數(shù)據(jù)。以“一鏈三網(wǎng)四聚焦”為整體建設(shè)思路，子午工程二期于2019 年底立項(xiàng)。一鏈指太陽(yáng)—行星際監(jiān)測(cè)鏈，三網(wǎng)包括地磁監(jiān)測(cè)網(wǎng)、電離層監(jiān)測(cè)網(wǎng)和中高層大氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)，四聚焦指在極區(qū)高緯、北方中緯、海南低緯和青藏高原共4個(gè)區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)觀測(cè)。北方中緯地區(qū)部署的主要探測(cè)設(shè)備即為北方中緯高頻雷達(dá)網(wǎng)，它由三站六部高頻雷達(dá)組成。三個(gè)臺(tái)站分別位于吉林龍井市(42.8°N，129.4°E)，內(nèi)蒙古四子王旗(41.8°N，111.9°E)和新疆和靜縣(42.6°N，83.7°E)。該雷達(dá)網(wǎng)的雷達(dá)系統(tǒng)在佳木斯雷達(dá)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上做了大量的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，如采用內(nèi)外定標(biāo)相結(jié)合技術(shù)提高目標(biāo)位置精度，采用多基線(xiàn)仰角測(cè)量技術(shù)提高目標(biāo)仰角信息測(cè)量精度，雷達(dá)控制軟件也做了優(yōu)化以提升雷達(dá)參數(shù)調(diào)節(jié)靈活度等。該雷達(dá)網(wǎng)設(shè)計(jì)的探測(cè)范圍南北縱深為3500 km、東西跨度7000~8000 km，覆蓋歐亞扇區(qū)北部地磁北緯40°~80°的廣大區(qū)域。北方中緯高頻雷達(dá)網(wǎng)探測(cè)范圍如圖4所示。

圖4北方中緯高頻雷達(dá)網(wǎng)三站六部雷達(dá)探測(cè)范圍示意圖

項(xiàng)目建設(shè)周期4 年，立項(xiàng)以來(lái)，團(tuán)隊(duì)不但要攻克技術(shù)難關(guān)還要克服野外臺(tái)站惡劣環(huán)境以及疫情的影響。內(nèi)蒙古四子王站兩部雷達(dá)率先建設(shè)完成，并于2022年9月迎來(lái)首光數(shù)據(jù)。臺(tái)站兩部雷達(dá)天線(xiàn)陣布局如圖5 所示，每部雷達(dá)的天線(xiàn)主陣由16 個(gè)雙折合振子天線(xiàn)組成，陣列總長(zhǎng)為204.8 米，干涉子陣由四個(gè)天線(xiàn)單元組成，陣列總長(zhǎng)為51.2米，主陣和子陣間距離為100 米。雷達(dá)控制室位于主陣和子陣之間。圖6 展示了四子王西向雷達(dá)天線(xiàn)主陣，六邊形的雙折合振子天線(xiàn)，以及反射網(wǎng)照片。吉林龍井站兩部雷達(dá)于2023 年6 月底建設(shè)完成并開(kāi)機(jī)測(cè)試，新疆和靜站兩部雷達(dá)于2023 年9 月建設(shè)完成(圖7)。三站六部雷達(dá)于2023年10月17日完成工藝測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明北方中緯高頻雷達(dá)網(wǎng)(三站六部雷達(dá))探測(cè)范圍往北超過(guò)4000 千米，東西跨度超過(guò)10000 千米，優(yōu)于項(xiàng)目可行性研究報(bào)告批復(fù)的要求，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于初步設(shè)計(jì)要求。

圖5子午二期北方中緯高頻雷達(dá)網(wǎng)每個(gè)雷達(dá)站兩部雷達(dá)天線(xiàn)布局圖

圖6雷達(dá)天線(xiàn)主陣(A)，雙折合振子天線(xiàn)(B)，反射網(wǎng)(C)

圖7新疆和靜站照片(雷達(dá)控制室正在進(jìn)場(chǎng))

北方中緯高頻雷達(dá)網(wǎng)的建設(shè)實(shí)施使亞洲中高緯度地區(qū)具備了開(kāi)展大范圍電離層環(huán)境探測(cè)的條件，它可監(jiān)測(cè)來(lái)自北極的電離層擾動(dòng)向我國(guó)上空的傳播過(guò)程；它是銜接極區(qū)和我國(guó)國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的橋梁，對(duì)電離層區(qū)域特性研究及電離層擾動(dòng)的高、中、低緯度傳播及耦合研究起到重要作用，為我國(guó)空間天氣預(yù)警、預(yù)報(bào)提供數(shù)據(jù)支撐。在國(guó)際上，它填補(bǔ)了SuperDARN 雷達(dá)網(wǎng)在亞洲扇區(qū)中高緯度地區(qū)的探測(cè)空白，加入SuperDARN 組織后，將極大地?cái)U(kuò)大SuperDARN中緯度雷達(dá)網(wǎng)的探測(cè)范圍，監(jiān)測(cè)強(qiáng)磁暴期間電離層不均勻體的演化過(guò)程，獲得完整的電離層等離子體對(duì)流圖，并將為亞極光區(qū)極化流、磁層低頻波的全球演化特征研究提供大量的觀測(cè)資料。圖8 展示了加入(a)和未加入(b)北方中緯高頻雷達(dá)網(wǎng)六部雷達(dá)：龍井東(LJE)、龍井西(LJW)、四子王東(SZE)、四子王西(SZW)，和靜東(HJE)，和靜西(HJW)的數(shù)據(jù)，SuperDARN雷達(dá)網(wǎng)在2023 年12 月1日磁暴事件世界時(shí)13 時(shí)47 分獲得的北半球電離層對(duì)流圖的對(duì)比圖。圖8(a)標(biāo)出了六部雷達(dá)的視場(chǎng)，從圖8(b)可以看出當(dāng)北方中緯高頻雷達(dá)網(wǎng)加入之前，亞洲中高緯度地區(qū)缺乏有效的電離層對(duì)流觀測(cè)，這塊區(qū)域的對(duì)流數(shù)據(jù)是由一個(gè)統(tǒng)計(jì)模型來(lái)填充的，模型顯示該區(qū)域電離層等離子體對(duì)流較弱。圖8(a)顯示子午工程北方中緯高頻雷達(dá)網(wǎng)在很大范圍上提供了亞洲扇區(qū)等離子體對(duì)流觀測(cè)數(shù)據(jù)，顯示實(shí)際情況下該區(qū)域具有較強(qiáng)的電離層對(duì)流，對(duì)比(a)(b)兩圖發(fā)現(xiàn)有觀測(cè)數(shù)據(jù)支撐的對(duì)流渦與統(tǒng)計(jì)模型得出的對(duì)流渦有很大差別。子午二期北方中緯高頻雷達(dá)網(wǎng)極大地提高了這個(gè)區(qū)域等離子體對(duì)流的精度，從而使整體北半球電離層對(duì)流圖的精度得到提升。

圖8加入(a)和未加入(b)北方中緯高頻雷達(dá)網(wǎng)六部雷達(dá)：龍井東(LJE)，龍井西(LJW)，四子王東(SZE)，四子王西(SZW)，和靜東(HJE)，和靜西(HJW)，SuperDARN雷達(dá)網(wǎng)在2023年12月1日磁暴事件世界時(shí)13時(shí)47分獲得的北半球電離層對(duì)流圖的對(duì)比

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總結(jié)和展望

北方中緯高頻雷達(dá)網(wǎng)作為子午工程二期重點(diǎn)監(jiān)測(cè)設(shè)備之一，建設(shè)團(tuán)隊(duì)克服了重重困難，高質(zhì)量按進(jìn)度完成了設(shè)備的建設(shè)、調(diào)試和驗(yàn)收，為實(shí)現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在國(guó)際合作方面，子午二期北方中緯高頻雷達(dá)網(wǎng)的六部雷達(dá)數(shù)據(jù)也將匯入國(guó)際SuperDARN 數(shù)據(jù)庫(kù)，為全球電離層對(duì)流研究做出中國(guó)貢獻(xiàn)。我們還在SuperDARN 數(shù)據(jù)中心建設(shè)方面發(fā)揮積極作用，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心已于2022 年建立了SuperDARN 中國(guó)數(shù)據(jù)中心，該中心為SuperDARN 三個(gè)數(shù)據(jù)中心之一，有效提升了SuperDARN 數(shù)據(jù)的收集和發(fā)布效率，以及數(shù)據(jù)庫(kù)可靠性和容災(zāi)性。此外，我們于2024 年5 月在北京組織召開(kāi)了國(guó)際超級(jí)雙極光雷達(dá)網(wǎng)(SuperDARN)2024 年研討會(huì)，研討會(huì)匯集世界各地的高頻雷達(dá)工程師、科學(xué)家和合作者，交流高頻雷達(dá)網(wǎng)的現(xiàn)狀、新項(xiàng)目和新技術(shù)、最新科學(xué)成果，并討論SuperDARN的運(yùn)作、國(guó)際合作和未來(lái)發(fā)展方向等。可以期待，子午工程北方中緯高頻雷達(dá)網(wǎng)必將在國(guó)內(nèi)和國(guó)際電離層研究中做出重要貢獻(xiàn)。

本文選自《現(xiàn)代物理知識(shí)》2024年4期YWA編輯

來(lái)源：《現(xiàn)代物理知識(shí)》

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