南极中山站大气电场基本特征'

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第7卷第1期南极研究(中文版)Vo1．7．No．11995年3月ANTARCTICRESEARCH(CHINESEEDITION)March1995多吾，卜南极中山站大气电场基本特征’吕达仁张凌宣越健刘春田A‘中目科学院大气物理研究所，北京。0。要本文是有关中山站大气电场观测资料的分析报告，主要介绍基本观情况，地面大气电场平均特征．包括各种时间尺度的频谱特征、季节变化、不同天气状态的典型电场特征。关-调堕墼．大气电大气电场苎耍虫±一日地关系的研究已有约100年的历史，虽然近十多年来取得了相当大的进展，但很多观测现象仍没有找

2、到较好的物理机制来解释(Roble，1985)。我国南极中山站(69。22s，76。23E)的地磁纬度正处于极隙区的边缘，十分有利于开展地球系统的研究和日地系统耦合的探测研究。为此，我们建立了以多要素综合探测为基础的“南极地区日地系统整体行为研究项目，开展了地磁、电离层、中层大气和地表大气特性的长期同时观测。在地面观测项目中，我们设立了大气电场的长期观测。大气电场是大气物理的基本要素，它的强度变化受多种因子的控制，包括地面气象条件，如温、湿、压、风和天气的重要影响(Bhar-tendu，1977)，对天气事件如雷暴活动(Volhnd．1984)、降水过程(KIkuchi

3、，1977~Orlkasaet．，1984)以及沙暴(Kamra，1977)等强烈天气有强烈反应。已有的观测又显示它与太阳和地球空间活动有一定的联系(Takag]and1wata，1984}Robh，1985)。对它的长期监测与分析有可能成为研究日地系统耦合和全球变化的一十辅助因子。自1990年2月起．我们在中山站开始了地面大气电场的连续观测，取得了较为完整的资料。本文将介绍由1990~1992年3年电场记录资料所作的基本特征分析，包括各种时间尺度的频谱、季节变化、典型日变化和典型天气的电场特征。目的是介绍中山站电场的基本状态。相信该站的特征在南极大陆有一定的代表性。在

4、此基础上，我们将进一步开展与气象参数、日地活动事件相关的定量分析，了解大气电过程的作用。二、仪器、观测与分析方法大气电场观测采用的是场磨式地面电场仪，由中国科学院兰州高原大气物理所研制。·本项工作得到南龊八五重大项目AN85-06和国家自然科学基金的联合支持维普资讯http://www.cqvip.com第1期吕选仁等：南极中山站大气电场基本特征电场仅动态范围为一25～+25kV／m，分为2个量程档，即1挡：一2．5～+2．5kV／m和2挡：一25～+25kV／m，电场强度的分辨率为0．01kV／m，由定时加电压来标定。场磨式传感器输出电场信号经过直流放大后由8位A／D

5、转换器送入PC一1500微机由盒式磁带记录。磁带记录经接口转换进入PC机作系统整理。电场仅安放于中山站科考栋顶上。观测自1990年2月以来不问断进行，只有极短时间检修。长期工作表明，该电场仪能经受南极恶劣的气候条件，在极夜期间亦能正常观测。观测数据在1990年2月~1991年2月是每1分钟取1个平均值数据，对少数短时间断采用线性内插法，整理获得1整年间隔为1分钟的数据集。1991年3月～1993年2月的观测记录是每5分钟采1个平均值，对少数间断采用线性内插法，整理获得2年间隔为5分钟的数据集。以上数据集构成分析的基础。在本文分析中，只利用少数简单的天气现象资料配合分析。

6、在计算功率谱时采用周期图方法，数据序列长度主要选择2，2”，21z中的一个。三、结果分析l_电场变化的频谱特征一年时间内的电场频谱特征我们将原始数据取每125分钟的平均值，选择4096个平均值序列，获得一年时间长度内电场变化的功率谱。图1中a、b、c分别为1990、1991和1992三年各自的频谱。由图可以清楚地看出，频谱显示出强烈的振荡，但同样明显的是，频谱具有极为相似的变化趋势，即平均频谱可分为2个频段，每个频段可以较好地用(双对数坐标上的)线性递减趋势表示，即lgPE(f)∞-A·lg(f)(1)表1列出两频段范围及各自的线性递减斜率值。衰1电场摘谱拟台斜率A位T

7、able1．Slopesofthefittedline~Inthespectraofelectricfield这里需要说明的是，转折点6×10Hz的选定并不是非常严格的，但这并不影响我们清楚看出这种明显转折的存在。从图1和表1还可以看出另外两个特征，即，在高频段，三年问斜率值变化很少，显示出在年的时间尺度上，这个统计特征是比较稳定的；相反地在低频段，斜率值有较大的变化，而且频谱图的细节上也显示出较强的变化，如1990，1991两年在2×10Hz附近均有较强的谱峰，而1992年的相应频段则处于谷区，在6×10一Hz附近显示强峰值，这反映出不