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空間環(huán)境探測實(shí)驗室由空間環(huán)境觀(guān)測臺鏈和數據中心組成。觀(guān)測臺鏈從我國大陸最北到最南沿子午線(xiàn)布置，包括黑龍江漠河，北京，湖北武漢，廣西桂林，海南東方、樂(lè )東和三亞7個(gè)空間環(huán)境綜合觀(guān)測站。這些站點(diǎn)是中科院日地空間環(huán)境觀(guān)測研究網(wǎng)絡(luò )和國家重大科技基礎設施“子午工程”的重要組成部分，其中北京站和漠河站是科技部批準的國家野外科學(xué)觀(guān)測研究站。數據中心承擔了中科院日地空間網(wǎng)數據中心和國家地球系統科學(xué)數據中心-地球物理分中心的建設任務(wù)，是國際科學(xué)理事會(huì )-世界數據系統的正式成員，美國地球物理學(xué)會(huì )認定的數據倉儲中心，獲得CoreTrustSeal國際認證。
實(shí)驗室擁有多種綜合探測手段對電離層、地磁和中高層大氣三個(gè)領(lǐng)域方向開(kāi)展長(cháng)期定位科學(xué)觀(guān)測，在GNSS TEC/閃爍等特色數據指標方面具備多點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)長(cháng)期觀(guān)測能力，形成了覆蓋我國中低緯度地區，具有同時(shí)觀(guān)測我國上空不同空間層次（中高層大氣、電離層、磁層等）、不同時(shí)空尺度、多種空間環(huán)境參量監測能力的綜合觀(guān)測研究鏈網(wǎng)，并在南極中山站和北極黃河站設有地磁與電離層等觀(guān)測。實(shí)驗室重視技術(shù)研發(fā)和數據共享工作，在技術(shù)上突出空間環(huán)境不同尺度擾動(dòng)與傳播探測診斷分析，在數據上積極推動(dòng)共享和利用，建立國際化的空間環(huán)境數據共享服務(wù)平臺和鏡像站，在我國地基空間環(huán)境觀(guān)測研究方面發(fā)揮示范作用。
空間環(huán)境探測實(shí)驗室主要站點(diǎn)和儀器分布
1．地磁觀(guān)測系統
地磁場(chǎng)是隨時(shí)間和空間變化的矢量場(chǎng)，七個(gè)主要的要素分別為：北向分量X、東向分量Y、垂直分量Z、水平強度H、磁偏角D、磁傾角I和總強度F。由于這七個(gè)參量不是獨立的，一般選擇測量三個(gè)獨立的地磁要素來(lái)描述地磁場(chǎng)變化。通常，相對觀(guān)測使用HDZ要素，絕對觀(guān)測使用FDI要素。
2．電離層測高儀
通過(guò)垂直發(fā)射掃頻高頻脈沖波，當電波頻率等于電離層等離子體頻率時(shí)，信號發(fā)生反射。測量從電離層反射回波到達接收機的時(shí)間延遲，獲得各頻率點(diǎn)電離層虛高，即頻高圖。從頻高圖，可度量反演獲得電離層參數如電子濃度剖面等。
3．電離層GNSS TEC和閃爍監測儀
電離層TEC和閃爍觀(guān)測儀利用GNSS（全球導航衛星系統）衛星信標測量監測電離層電子濃度總含量（TEC）和衛星信號穿越電離層引起的信號幅度和相位閃爍。可實(shí)時(shí)獲得觀(guān)測點(diǎn)上空多條星地鏈路上的電離層TEC、閃爍和不均勻結構隨時(shí)間的變化。
4. 甚高頻相干散射雷達
采用相控陣天線(xiàn)陣列合成指向垂直于地球磁力線(xiàn)方向，當電離層中存在沿磁力線(xiàn)場(chǎng)向分布的不均勻體時(shí)（不均勻結構尺度為雷達半波長(cháng)），會(huì )對雷達信號引起很強的后向散射（布拉格散射），通過(guò)測量這些散射回波，可獲得電離層不均勻體散射強度隨時(shí)間高度變化，不均勻體多普勒頻移和譜寬，從而觀(guān)測研究電離層中不均勻體特性和時(shí)空變化規律。
5．全天空無(wú)線(xiàn)電流星雷達
通過(guò)發(fā)射一定頻率無(wú)線(xiàn)電波，接收約70到110公里高度范圍，由于流星體進(jìn)入地球高層大氣與大氣摩擦燒蝕產(chǎn)生的等離子體尾跡反射回波，并經(jīng)分析計算從而獲得該高度范圍內流星通量和速度，以及大氣擴散速度（可進(jìn)一步推出大氣溫度）和大氣風(fēng)速矢量等高層大氣參數。
6．流星不均勻體多波段探測系統
流星不均勻體多波段探測系統（英文簡(jiǎn)稱(chēng)：MIOS）是在基金委儀器項目支持下研制的一套儀器，包括多站光學(xué)子系統和無(wú)線(xiàn)電雷達子系統，可以獲取同時(shí)的流星光學(xué)軌跡和光譜，各種流星回波與場(chǎng)向和非場(chǎng)向不均勻體，得到進(jìn)入地球稠密大氣后的流星體的軌道和成分等特征參數，產(chǎn)生的流星等離子體尾跡和不均勻體回波強度與多普勒譜，并能夠對回波進(jìn)行無(wú)模糊精確定位，獲取流星等離子體尾跡和不均勻體的空間精細結構與快速演變；同時(shí)也具備探測電離層不均勻體的空間精細結構與快速演變能力。
7．高頻相干散射雷達
類(lèi)似甚高頻相干散射雷達，高頻相干散射雷達也主要探測電離層不均勻體布拉格散射回波。與甚高頻相干散射雷達不同的是，高頻相干散射雷達利用無(wú)線(xiàn)電波在電離層和地面的多次反射，可以獲得數千公里外電離層中的場(chǎng)向不均勻體回波強度、多普勒速度和譜寬等，實(shí)現電離層不均勻體超視距探測，在有限條件下也可以獲取部分地面目標回波信息。
8．法布里-珀羅干涉儀
法布里-珀羅干涉儀是一種具有高靈敏度、高光譜分辨率及高穩定性的被動(dòng)光學(xué)觀(guān)測儀器。主要觀(guān)測目標為夜間中性成分發(fā)出的氣輝，利用氣輝中包含的多普勒頻移和多普勒展寬對中性風(fēng)場(chǎng)和溫度進(jìn)行反演。比如，FPI通過(guò)對892.0 nm、557.7 nm與630.0 nm波長(cháng)的氣輝進(jìn)行觀(guān)測，可以獲取87 km、97 km和250 km高度附近的中性風(fēng)場(chǎng)與溫度信息。
9．全天空氣輝成像儀
氣輝是中高層大氣中的一種微弱發(fā)光現象。全天空氣輝成像儀主要用于成像觀(guān)測中高層大氣夜氣輝強度，可以捕獲包括重力波信息在內的不同尺度的波動(dòng)結構和電離層不均勻體的二維結構。
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李國主，實(shí)驗室主任，研究員，中國科學(xué)院大學(xué)崗位教授。主要從事電離層探測技術(shù)研發(fā)、中低緯電離層探測網(wǎng)絡(luò )建設、電離層不均勻體診斷與機理研究和電離層與流星天文學(xué)科交叉研究等工作。 Email：gzlee@mail.iggcas.ac.cn |
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胡連歡，技術(shù)負責人，子午工程一期、二期聯(lián)系人，高級工程師。主要從事電離層無(wú)線(xiàn)電波探測與數據分析工作，負責空間環(huán)境觀(guān)測臺鏈設備管理維護、子午二期低緯高頻雷達研制、中科院空間環(huán)境監測網(wǎng)運行管理。 Email：hulh@mail.iggcas.ac.cn |
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趙秀寬，技術(shù)負責人，漠河國家站聯(lián)系人，高級工程師。主要從事電離層統計分析與模式化研究、地球物理數據共享等工作。“世界數據中心-中國地球物理學(xué)科中心”和“國家地球系統科學(xué)數據中心-地球物理分中心”負責人。 Email：zxk@mail.iggcas.ac.cn |
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解海永，北京國家站聯(lián)系人，高級工程師。主要從事電離層不均勻體探測技術(shù)開(kāi)發(fā)，電離層不均勻體/閃爍研究等工作。負責MIOS無(wú)線(xiàn)電子系統建設與維護、實(shí)驗室數據共享服務(wù)。 Email：xiehy@mail.iggcas.ac.cn |
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孫文杰，高級工程師。主要從事電離層觀(guān)測技術(shù)開(kāi)發(fā)與數據分析，電離層不均勻體與擾動(dòng)觀(guān)測研究，負責空間環(huán)境觀(guān)測臺鏈設備維護、南中國電離層不均勻體與閃爍觀(guān)測網(wǎng)（IONISE）的建設和管理。 Email：sunwenjie@mail.iggcas.ac.cn |
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李怡，工程師。主要從事流星體及流星不均勻體探測的無(wú)線(xiàn)電雷達和光學(xué)技術(shù)開(kāi)發(fā)與相關(guān)數據分析，實(shí)驗室數據共享服務(wù)。 Email：yl@mail.iggcas.ac.cn |
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武志，北京站執行站長(cháng)，實(shí)驗師。主要從事流星光學(xué)技術(shù)開(kāi)發(fā)，野外站儀器運維與數據處理。負責實(shí)驗室流星光學(xué)設備在站開(kāi)發(fā)維護。 Email：wuzhi@mail.iggcas.ac.cn |
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吳寶元，實(shí)驗師。主要從事臺站儀器觀(guān)測、維護和數據分析處理工作，負責地磁儀器在站開(kāi)發(fā)維護。 Email：wuby@mail.iggcas.ac.cn |
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常首民，實(shí)驗師。從事臺站儀器觀(guān)測、維護和數據分析處理工作，負責實(shí)驗室收支管理等工作。 Email：changsm@mail.iggcas.ac.cn |
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郝喜慶，實(shí)驗師。主要從事臺站儀器維護與基礎數據處理。主要工作：地磁觀(guān)測；地磁、測高儀數據處理；設備調試；數據處理程序開(kāi)發(fā)。 Email：hxq@mail.iggcas.ac.cn |
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蘇振波，漠河站執行站長(cháng)，實(shí)驗師。主要從事臺站儀器觀(guān)測、維護與數據處理等工作。負責法布里-珀羅干涉儀在站開(kāi)發(fā)維護。 Email：suzhenbo@mail.iggcas.ac.cn |
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李來(lái)順，實(shí)驗師。主要從事臺站地磁觀(guān)測、儀器維護與數據處理。 Email：lilaishun@mail.iggcas.ac.cn |
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黃照國，三亞站常規設備負責人，實(shí)驗師。主要從事臺站儀器維護與數據處理，負責全天空氣輝儀在站開(kāi)發(fā)維護、海南區域電離層觀(guān)測網(wǎng)的維護。 Email：hzg@mail.iggcas.ac.cn |
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陳文志，樂(lè )東站執行站長(cháng)，同時(shí)管理東方站運行，助理實(shí)驗師。主要從事臺站儀器維護與數據處理，負責MIOS系統和低緯高頻雷達在站開(kāi)發(fā)維護。 Email：chenwenzhi@mail.iggcas.ac.cn |
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陳軒，武漢站執行站長(cháng)，同時(shí)管理桂林站運行，助理實(shí)驗師。主要從事臺站儀器維護與數據處理，負責實(shí)驗室相關(guān)網(wǎng)頁(yè)的開(kāi)發(fā)與數據庫維護。 Email：chenxuan@mail.iggcas.ac.cn |
工作內容
本實(shí)驗室主要進(jìn)行如下方面的分析測試工作：
分析處理地磁、中高層大氣、電離層觀(guān)測儀器的原始數據，產(chǎn)出標準格式的數據產(chǎn)品，并進(jìn)行質(zhì)量控制。
實(shí)驗室技術(shù)人員主要方法論著(zhù)：
- Sun, W., Li G., Wang Y., Hu L., Xie H., Li Y., Zhao X., Ning B. and Liu L. (2023). On the spatial structure and zonal drift of low latitude E region irregularity patches over Hainan. Journal of Geophysical Research: Space Physics, doi:10.1029/2022JA031005.
- Xie, H., Li, G., Zhao, X., Hu, L., Sun, W., Li, Y., & Ning, B. (2023). The occurrence characteristics of daytime irregularities in the low latitude topside F region at solar minimum revealed by ICON. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 128, e2022JA030957. https://doi.org/10.1029/2022JA030957.
- Sun, W., Li, G., Le, H., Chen, Y., Hu, L., Yang, S., et al. (2022). Daytime ionospheric large-scale plasma density depletion structures detected at low latitudes under relatively quiet geomagnetic conditions. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 127, e2021JA030033. https://doi.org/10.1029/2021JA030033.
- Hu, L., Li, G., Ding, Z., Sun, W., Zhao, X., Xie, H., Zhu, Z., Yokoyama, T., Lan, J., Huang, Z., Ning, B. (2022). Fast Ionogram Observations of Ascending Thin Layers Locally Transported from the E to F Region at Equatorial and Low Latitudes. Remote Sensing 14, no. 22: 5811. https://doi.org/10.3390/rs14225811.
- Li, G., Xie, H., Wang, Y., Yang, S., Hu, L., Sun, W., et al. (2022). Design of meteor and ionospheric irregularity observation system and first results. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 127, e2022JA030380. https://doi.org/10.1029/2022JA030380.
- Li, Y., Li, G., Hu, L., Zhao, X., Sun, W., Xie, H., Yang, S., Ning, B. (2022). Observations of the October Draconid outburst at different latitudes along 120°E. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 516, Issue 4, Pages 5538–5543. https://doi.org/10.1093/mnras/stac2589.
- Sun, W., Ajith, K., Li, G., Li, Y., Zhao, X., Hu, L., Yang, S., Xie, H., Li, Y., Ning, B, Liu, L. (2022). Unseasonal super ionospheric plasma bubble and scintillations seeded by the 2022 Tonga Volcano Eruption related perturbations. J. Space Weather Space Clim. 12 25. DOI: 10.1051/swsc/2022024.
- Hu, L., Lei, J., Sun, W., Zhao, X., Wu, B., Xie, H., Yang, S., Wu, Z., Zheng, J., Ning, B., Ding, F., and Li, G. (2021). Latitudinal variations of daytime periodic ionospheric disturbances from Beidou GEO TEC observations over China. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 126, e2020JA028809. https://doi.org/10.1029/2020JA028809.
- Li, G., Ning, B., Otsuka, Y., Abdu, M., Abadi, P., Liu, Z., Spogli, L., Wan, W. (2021). Challenges to Equatorial Plasma Bubble and Ionospheric Scintillation Short-Term Forecasting and Future Aspects in East and Southeast Asia. Surveys in Geophysics. doi:10.1007/s10712-020-09613-5.
- Sun, W., Zhao, X., Hu, L., Yang, S., Xie, H., Chang, S., Ning, B., Li, J., Liu, L., and Li, G. (2021). Morphological characteristics of thousand-kilometer-scale Es structures over China. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 126, https://doi.org/10.1029/2020JA028712.
- Zhao, X., Xie, H., Hu, L. Sun, W., Hao, X., Ning, B., Takahashi, H., and Li, G. (2021). Climatology of equatorial and low-latitude F region kilometer-scale irregularities over the meridian circle around 120°E/60°W. GPS Solut., 25, 20, https://doi.org/10.1007/s10291-020-01054-2.
- Yang, S., Wu Z., Dubs, M, Sun, W., Hu, L., Xie, H., Zhao, X., Li, Y., Ning, B., Li, G. (2021). MIOS optical subsystem for determining physical and chemical properties of meteors producing plasma irregularities. Advances in Space Research, Volume 68, Issue 3, 1556-1567. https://doi.org/10.1016/j.asr.2021.03.031.
- Sun, W., Hu, L., Yang, Y., Zhao, X., Yang, S., Xie, H., et al. (2021). Occurrences of regional strong Es irregularities and corresponding scintillations characterized using a high-temporal-resolution GNSS network. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 126, e2021JA029460. https://doi.org/10.1029/2021JA029460.
- Zhao, X., Li, G., Xie, H., Hu, L., Sun, W., Yang, S., et al. (2021). The prediction of day-to-day occurrence of low latitude ionospheric strong scintillation using gradient boosting algorithm. Space Weather, 19, e2021SW002884. https://doi.org/10.1029/2021SW002884
- Xie, H., Yang, S., Zhao, X., Hu, L., Sun, W., Wu, Z., Ning, B., Liu, L., and Li, G. (2020). Unexpected high occurrence of daytime F-region backscatter plume structures over low latitude Sanya and their possible origin. Geophysical Research Letters, 47, e2020GL090517. https://doi.org/10.1029/2020GL090517.
- Hu, L., Zhao, X., Sun, W., Wu, Z., Zheng, J., Xie, H., Huang, Z., Ning, B., and Li, G. (2020). Statistical characteristics and correlation of low-latitude F region bottom-type irregularity layers and plasma plumes over Sanya. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 125, e2020JA027855. https://doi.org/10.1029/2020JA027855.
- Sun, W., Wu, B., Wu, Z., Hu, L., Zhao, X., Zheng, J., Xie, H., Yang, S., Ning, B., and Li, G. (2020). IONISE: An ionospheric observational network for irregularity and scintillation in East and Southeast Asia. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 125, e2020JA028055. https://doi.org/10.1029/2020JA028055.
- Sun, W., Ning, B., Hu, L., Yue, X., Zhao, X., Lan, J., et al. (2020). The evolution of complex Es observed by multi instruments over low-latitude China. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 125, e2019JA027656. https://doi.org/10.1029/2019JA027656.
- Xie, H., Li, G., Zhao, X., Ding, F., Yan, C., Yang, G., and Ning, B. (2020). Coupling between E region quasi-periodic echoes and F region medium-scale traveling ionospheric disturbances at low latitudes. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 123. https://doi.org/10.1029/2019JA027720.
- Li, G., Ning, B., Zhao, X., Sun, W., Hu, L., Xie, H., et al. (2019). Low latitude ionospheric TEC oscillations associated with periodic changes in IMF Bz polarity. Geophysical Research Letters, 46, 9379–9387. https://doi.org/10.1029/2019GL084428.
- Xie, H., Li, G., Ning, B. et al. (2019). The possibility of using all-sky meteor radar to observe ionospheric E-region field-aligned irregularities. Sci. China Technol. Sci. 62, 1431–1437. https://doi.org/10.1007/s11431-018-9418-5.
- Xie, H., Li, G., Zhao, X., Hu, L., Wu, B., & Ning, B. (2018). Statistical study on the occurrences of postsunset ionospheric E, valley, and F region irregularities and their correlations over low-latitude Sanya. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 123, 9873– 9880. https://doi.org/10.1029/2018JA025729.
專(zhuān)利：
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在電離層雷達探測、GNSS信標觀(guān)測和流星光學(xué)觀(guān)測等方面發(fā)展了一系列方法，部分如下：
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胡連歡；寧百齊；李國主。低緯高頻相干散射雷達天線(xiàn)系統。ZL 2022 1 0078772.1。
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胡連歡；寧百齊；萬(wàn)衛星；熊波；吳寶元；孫文杰。一種全球導航衛星系統GNSS電離層監測裝置。ZL 2021 2 0552873.9。
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楊思朋；武志；陳文志。高分辨率流星光譜觀(guān)測儀。ZL 2021 1 0386731.4。
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楊思朋；陳文志；武志；羅崇杰。一種流星視頻采集裝置。ZL 2021 2 1590324.7。
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孫文杰；寧百齊；胡連歡；吳寶元；李國主。一種監測系統。ZL 2020 2 3279603.X。
實(shí)驗室開(kāi)展數據分析處理服務(wù)內容、收費標準及注意事項見(jiàn)用戶(hù)需知附件。申請人向實(shí)驗室提出數據分析處理申請，描述期望的數據產(chǎn)品和輸出格式。在申請審核通過(guò)后，申請人與實(shí)驗室簽訂數據分析處理協(xié)議，實(shí)驗室按申請人需求處理形成數據產(chǎn)品。
費用及預約方式
先向數據中心提交申請（發(fā)送email到xiehy@mail.iggcas.ac.cn）預約，費用見(jiàn)用戶(hù)需知附件。
附件：收費標準附件。
實(shí)驗室數據中心位于北京市朝陽(yáng)區北土城西路19號，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，郵編100029。
中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所D6樓5層東側，電話(huà)：010-82998360。