关于高层大气模式介绍

[拼音]：gaoceng daqi moshi

[外文]：upper atmosphere model

不同时间、不同太阳活动和不同空间环境条件下，高层大气参量的空间分布的概括描述。它的表现形式是图表和公式，也可用计算程序和数据组贮存于计算机中。高层大气模式分中性大气模式和电离层模式，一般提到高层大气模式时，是指中性大气模式。它给出温度、压力、密度、标高、各主要气体成分数密度、总数密度和平均分子量等高层大气结构参数，有些模式还给出风场。

研究高层大气模式的目的，是为了寻求更好的动态模式，以反映高层大气结构的变化。它不仅具有科学上的意义，而且对高空飞行器设计、轨道计算以及电磁波传播计算等都有实际意义。

历中上第一个大气模式是金斯(J. H.Jeans)1916年提出的。此后相继提出各种大气模式。50年代初在火箭探测的基础上，提出了几个一维大气模式。这些模式是对流层、平流层模式的向上延伸，模式给出大气结构的垂直剖面，其高度一般到几百公里。

在卫星发射后，人们不但利用卫星和火箭直接探测，获得了相当数量的有关高层大气的成分、压力、密度和温度等资料，而且通过卫星运行轨道变化的观测（见高层大气卫星阻尼观测），获得了大量的高层大气密度资料。在这些资料的基础上，空间研究委员会(COSPAR)先后制定了3个国际参考大气模式:CIRA 1961、CIRA 1965、CIRA 1972(CIRA为空间研究委员会国际参考大气模式)。这几个模式可以代表60年代以来高层大气模式的发展概况。另外，对不同的用途还有不同类型的大气模式，如国家标准大气、火箭卫星应用大气模式和一些研究模式，如质谱非相干散射模式等。

CIRA 1972 这一模式是在总结了各种太阳活动条件下的广泛资料的基础上，应用一些修订公式所作出的高层大气模式。它是一个三维模式，其结构基础是一个全球温度场。这个温度场的形式和经验公式中的参数值是由大量观测资料统计确定的。该温度场的底界是90公里处，其温度不随纬度、经度而变，定为183K。在顶界1000公里处，将顶层温度表示成纬度、地方时和太阳赤纬的三角函数组合。整个温度场分上下两层:下层是90～125公里，其温度和温度梯度随高度增加；125公里以上为上层，在这层中温度增加渐缓，并于500公里以上趋于顶层温度。

温度场决定以后，大气各成分的垂直分布完全由温度垂直剖面决定，不考虑气体的水平交换，在90～120公里之间，气体逐渐由90公里以下的均匀混合状态过渡到各气体成分扩散分离状态。

在大气各成分的数密度确定以后，即可根据一般气体定律算出压力、密度、分子量等其他大气结构参数。

高层大气随太阳活动和空间扰动会有很大的变化，CIRA 1972建立了一些经验关系式，这些经验关系式把顶层温度和太阳的10.7厘米射电通量F10.7(代表太阳活动)和地磁指数Kp（代表磁层扰动）联系起来。对于高层大气的季节变化和半年变化等，CIRA 1972也有一些相应的经验关系式。

CIRA 1972能给出三维大气的所有结构参数，由于它主要是依靠大量密度资料统计得出的，因此它所给的密度值同实际符合较好，而温度值和成分值是推算出来的，并不是由实测值统计出来的，因此只具有一般参考意义。

国家标准大气

这是一个国家选定的，基本代表这个国家平均状态的大气结构参数随高度的分布状况，它的主要目的是为科学研究和技术应用确定一个统一的规范。国家标准大气一经制定，一般要使用一段时间，然后根据新的资料进行补充或重新制定。美国的几个标准大气USSA1962、USSA1966、USSA1976可以作为这方面的代表。

火箭、卫星应用大气模式

由于大气参数对火箭和卫星的运输、贮存、发射和运行有影响，因此，一些主要火箭发射场根据场地资料，制定了自己的场地模式。一些控制卫星运行单位，也结合卫星运行制定了一些运行模式。

质谱非相干散射模式(MSIS模式)

基于卫星上质谱计所测得的成分资料和地面非相干散射雷达测得的温度资料提出的高层大气模式。它是1977年由美国科学家总结了1972年以后高层大气探测的新资料提出的。它能较好地反映高层大气温度和成分结构。

参考书目

1. COSPAR， COSPAR International Reference Atmos-phere 1972，Akademie-Verlag，Berlin，1972.
2. NOAA， U.S.Standard Atmosphere， U.S.GovermentPrinting Office，Washington D.C.，1976.