北京空间环境国家野外科学观测研究站

北京空间环境国家野外科学观测研究站（Beijing National Observatory for Space Environment）隶属于中国科学院地质与地球物理研究所，2007经科技部批准建立国家野外科学观测研究站。拥有地磁、电离层和中高层大气多个学科的综合观测手段，以建在北京十三陵的空间环境观测站为主站，并与设在漠河、武汉和三亚的三个子站，形成沿东经120度子午线附近，从我国大陆最北端漠河到最南端三亚，纬度间隔约10度的均匀布局的空间环境综合观测研究台链形式，具有同时观测覆盖我国不同纬度上空不同空间层次（中高层大气、电离层、磁层等）空间环境不同参量的能力。

从地理位置上看，北京空间环境国家野外科学观测研究站观测范围经过东亚电离层异常区域及蒙古地磁场异常区域，以及电离层赤道异常区域和电离层SQ电流体系转向区域，跨越典型的空间环境中纬与低纬地区，是观测研究众多地球与空间物理现象和我国空间环境扰动南北传播特性的"黄金链"；从空间层次上看，包括了地磁、电离层和中高层大气多种先进的连续观测手段，对于研究我国地球上空各圈层耦合过程具有重要意义；在学科上，观测研究内容综合了地球物理学一级学科中的两个二级学科，具有鲜明的特色和典型的学科代表性。此外，通过对该站观测数据的分析，对于开展我国空间环境模式和预报等研究，满足我国空间和国防工程应用也将发挥重要作用。

北京空间环境国家野外科学观测研究站的研究方向是：以台站对我国空间环境综合观测为基础，与国内外空间环境观测相互配合，开展地球空间环境中的磁层、电离层、中高层大气与地磁场扰动现象及其基本物理过程研究，注重地球空间环境整体行为及其不同层次相互耦合的研究，特别是我国空间环境的地区特性的研究。同时开展空间天气与空间气候的预报模式研究，以及相关的空间技术应用研究，力争满足有关空间应用领域的国家需求。具体研究方向为：

（1）磁层研究。通过地磁脉动、地磁扰动的观测，研究地球磁层的动力过程，重点是磁暴、磁层亚暴的产生机理、演变过程及相互关系。

（2）电离层研究。通过数字测高仪、电离层TEC及闪烁等电离层综合观测，研究电离层中的空间天气与空间气候，重点是电离层暴、电离层扰动、电离层多尺度变化特性。

（3）中高层大气研究。通过流星雷达、气辉等综合手段的观测，研究中高层大气动力过程，重点是重力波、潮汐、行星波等大气波动过程的激发与传播。

（4）磁层、电离层及中高层大气的耦合研究。通过台站的综合观测，重点研究磁层和电离层中的电流体系及中高层大气波动对电离层的作用。

（5）空间环境预报与应用研究。通过观测数据分析，建立我国上空空间环境不同参量的模式，开展空间环境现报与预报研究，并进行若干空间环境效应分析。

北京站

中国科学院地质与地球物理研究所北京观测站（116.2E，40.3N）位于北京昌平十三陵风景区的德胜口村以北约1公里的山谷中，占地27.5亩。台站始建于1985年10月，1990年8月建成地磁观测站。

◆ 2001年成为我国首个进入国际地磁台网(INTERMAGNET)的台站

◆ 2005年建成GDAS数字地磁记录观测系统，电离层GPS TEC观测仪

◆ 2006年建成电离层数字测高仪

◆ 2007年科技部批准建设北京空间环境国家野外科学观测研究站

◆ 2009年建立全天空流星雷达和气辉观测仪

◆ 2010年完成更新改造CHS矢量磁力仪，建立了台站监控系统

目前，北京观测站是中科院日地空间环境观测研究网络的骨干台站，北京空间环境国家野外科学观测研究站以及国家重大科技基础项目空间环境子午链工程的重要台站，已发展成为拥有地磁、电离层和中高层大气多学科综合观测手段的现代化地球物理野外台站。

漠河站

中国科学院地质与地球物理研究所漠河观测站（122.3E，53.5N）位于黑龙江省漠河县北极乡北约1公里处，是我国设在最北端开展空间环境观测到地球物理野外台站，它对于观测研究我国空间环境扰动（特别是来自北极高纬度地区扰动）及传播具有重要作用。台站始建于1988年，1991年建成地磁观测台。

◆ 2003年在中科院知识创新工程试点二期野外台站基础建设支持下，台站面积进行了扩大，达53亩，并新建地磁记录室和安装CB-3磁变仪

◆ 2005年开始发展新的地球空间环境综合手段，安装了高精度双频GPS电离层TEC观测仪

◆ 2008年安装新的LIME18三分量磁通门磁力仪等数字地磁记录设备，完成了漠河站从地磁模拟记录观测到数字记录观测到转变

◆ 2010年新的DPS4D数字测高仪和EMDR20流星雷达建成，新的综合办公楼开工建设

目前，漠河观测站是中科院日地空间环境观测研究网络的骨干台站，北京空间环境国家野外科学观测研究站的漠河观测子站和国家重大科技基础项目空间环境子午链工程的重要台站，已初步发展成为拥有地磁、电离层和中高层大气多学科综合观测手段的现代化地球物理野外台站。

武汉站

中国科学院地质与地球物理研究所武汉观测站（114.2E，30.5N）前身是始建于1946年武汉大学电离层观测站， 1956年，为迎接国际地球物理年，中科院地球物理研究所与武汉大学合作，建立了武汉电离层观像台，2004年成为中国科学院地质与地球物理研究所武汉观测站，该站是我国电离层观测历史最为悠久的台站之一，拥有60多年的观测数据。

◆ 1946年在武汉武昌珞珈山采用手动仪开始电离层垂测探测

◆ 1956年成立中科院地球物理研究所武汉电离层观像台，发展为电离层自动已进行电离层垂直探测

◆ 1982年发展成为高频多普勒台阵，长波等多手段观测的综合台站

◆ 1991年电离层自动仪更新为DGS256电离层数字测高仪

◆ 1998年我国首个网上自动频高图度量和发表系统建成

◆ 2002年我国首台流星雷达在武汉观测站建成

◆ 2010年更新为新的DPS4D电离层数字测高仪和EMDR20流星雷达

目前，武汉观测站是中科院日地空间环境观测研究网络的骨干台站，北京空间环境国家野外科学观测研究站的武汉观测子站和国家重大科技基础项目空间环境子午链工程的重要台站，已发展成为拥有地磁、电离层和中高层大气多学科综合观测手段的现代化地球物理野外台站。

三亚站

中国科学院地质与地球物理研究所三亚观测站（109.6E，18.4N）位于海南省三亚市田独镇大茅西约1公里处，是我国设在南端开展空间环境观测到地球物理野外台站，它对于观测研究我国空间环境低纬地区现象具有重要作用。台站始建于1998年，2003年建成地磁观测台。

◆ 2004年在中科院知识创新工程试点二期野外台站建设支持下，建立了GDAS数字地磁记录观测系统

◆ 2005年开始安装了高精度双频GPS电离层TEC和闪烁观测仪和北斗信号闪烁监测仪

◆ 2007年安装新的CADI电离层数字测高仪，LIME18三分量磁通门磁力仪等数字地磁记录设备

◆ 2009年建成了我国大陆首台VHF电离层相干散射/流星雷达

◆ 2010年更新了国际上最为先进的DPS4D数字测高仪

目前，三亚观测站是中科院日地空间环境观测研究网络的骨干台站，北京空间环境国家野外科学观测研究站的三亚观测子站和国家重大科技基础项目空间环境子午链工程的重要台站，已发展成为拥有地磁、电离层和中高层大气多学科综合观测手段的现代化地球物理野外台站。

地球电离层观测

通过垂直发射扫频高频脉冲波，当电波频率等于电离层等离子体频率时，信号发生反射。测量从电离层反射回波到达接收机的时间延迟，获得各频率点电离层虚高，即 频高图。从观测到的频高图，可度量反演获得电离层参数、电子浓度剖面等。

利用在地面接收GPS卫星发射的双频信号，由于不同频率信号引起不同的传播时延，通过测量分析双频信号的时延差，可获得地面接收点与GPS卫星间电波路径上的电离层电子浓度总含量（TEC）；测量卫星信号穿越电离层时的幅度和相位起伏，可获得电离层的幅度闪烁和相位闪烁，实时获得观测点上空多点的电离层TEC、电离层闪烁和不均匀结构随时间和空间变化。此外，通过多星，多点接收可得到大范围甚至全球的电离层TEC地图。

采用天线阵合成垂直于地球磁力线窄雷达波束，当电离层中存在沿磁力线场向分布的不均匀体，其中不均结构尺度为雷达信号波长一半时，会对雷达信号引起很强的后向散射（布拉格散射），通过测量雷达信号的这些散射回波，可获得电离层不均匀体散射强度随时间高度变化，不均匀体多普勒频移和谱宽，从而观测研究电离层中不均匀体特性和时空变化规律。

地球中高层大气观测

通过发射一定频率无线电波，接收在70到110公里高度范围上，由于流星进入地球高层大气与大气摩擦烧蚀产生的电离气体余迹的反射回波，并经分析计算从而获得该高度范围内流星通量、流星速度、大气扩散速度（可进一步推出大气温度 ）、大气风速矢量等各种高层大气的参数。

气辉是大气的原子和分子发光现象。通过对中层高度大气气辉强度空间成像，获得高层大气重力波水平和垂直传播参量；测量气辉谱线精细结构，可估算高层大气的温度。

地磁场观测

地磁场是一个随时间和空间变化的矢量场，通常采用观测点直角坐标系来描述。地磁场矢量的七要素分别为：北向分量X、东向分量Y、垂直分量Z、水平强度H、磁偏角D、磁倾角I和总强度F。由于这七个参量不是独立的，一般选择测量三个独立的地磁要素来描述地磁场变化。通常相对观测使用HDZ要素，绝对观测使用FDI要素。

磁通门磁力仪是一种基于软磁材料磁化饱和时的非线性特性而工作的一种磁力计，在交变激励信号的磁化作用下，磁芯的导磁特性发生周期性的饱和与非饱和变化，从而使缠绕在磁芯上的感应线圈感应输出与外磁场成正比的调制信号，通过特定的检测电路，提取被测外磁场信息。将三个正交磁通门探头固定在同一框架上，用以记录地磁场的三个独立要素。

LIME18高精度三分量磁通门磁力仪磁场测量范围：±65 000 nT
测量分辨率：0.01 nT
测量转换系数：2.4 mV/nT
噪声水平（0.01—1 Hz）：<10pT rms
温度漂移：<0.1nT/ °C
分量正交误差：<30 min of arc
工作温度范围：--10 to +50°
仪器功耗：<0.6 W1…255 s
仪器重量：1.2 kg

DI磁通门经纬仪 

DI磁通门磁力仪是利用磁通门传感器轴向与外磁场正交时检出磁场为零的特点，将磁通门探头安装在经纬仪望远镜顶部制成的地磁场偏角D、倾角I观测仪器。

Mag01DI磁通门磁力仪测量范围： 0.1nT 到 2mT
测量最大分辨率： 0.1 nT
温度漂移：0.01nT/ °C
校准准确度：0.1％
望远镜放大倍数：30X
条状水准泡灵敏度：30秒
度盘读数：微分计直读6秒
工作温度范围：-10 to +50°
工作湿度：<80％，非冷凝。

Overhauser磁力仪 

仪器探头中充有富含质子且添加自由基的液体，在射频磁场轰击下，发生overhauser效应，产生大量极化质子并被偏转到旋转面，射频断电后，质子沿磁场方向旋进，通过测量旋进频率，进而得到磁场值。Overhauser磁力仪采用的是动态极化的方式，其旋进频率f与地磁场T关系为：T=23.4874 f

 

GSM90F Ovehause磁力仪测量范围：20000～120000nT
测量分辨率： 0.01 nT
绝对精度：0.2nT
采样率；1～3600秒
功耗：12V，最大时200mA，平均40mA
RS-232传输速率：115kb
梯度容限：>10000nT/m
长时间稳定：<0.05nT/年
工作温度范围：-40 to +60°

 

科研项目

基于北京空间环境国家野外科学观测研究站这一平台，相关观测研究人员申请和承担了一大批各类研究项目，包括国家973、863项目、自然科学基金、科技基础性工作专项、中科院野外台站能力建设、国家重大科技基础设施（子午工程）、国家重大科研仪器研制项目（三亚非相干散射雷达）等，提高了观测研究站的观测能力和研究水平，产生了一大批观测研究成果。

在研项目及课题落实情况统计

序号	课题名称	类别	代码	起始年限	总经费（万元）
1	磁层空间暴的能量传输与释放过程研究	973课题		2011-2013	25.3
2	子午工程	国家重大科技基础设施项目		2008-2012	1139
3	多卫星的原位电离层特征参量的分析与建模	863子课题		2012-2014	70
4	中低纬地区中尺度电离层行进式扰动的激发和传播研究	面上基金	41274162	2013-2016	80
5	太阳风暴的日冕行星际过程	重大基金		2011-2015	20
6	流星尾迹小尺度结构的VHF相干散射雷达观测研究	面上基金	41174136	2012-2015	80
7	中低纬电离层夜间特性及其机理研究	面上基金	41174137	2012-2015	80
8	中科院地质地球所地磁电离层监测设备业务化运行改造	国家863		2011-2013	200
9	低纬电离层天气扰动特征及其对太阳风的响应	重点基金	41231065	2013-2017	270
10	低太阳活动条件下中低纬电离层剖面结构	面上基金	41074112	2011-2013	49
11	敏捷数字电离层垂直探测技术与系统研制	面上基金	41127003	2012-2015	280
12	日地空间环境观测研究网络	院野外台网项目		2012-2014	600
13	金星磁尾电流片磁场结构的研究	青年基金	41104114	2012-2014	26
14	电离层与中高层大气空间天气过程及建模研究	973课题	2011CB811405	2011-2015	340
15	磁场重联扩散区次级磁岛结构演化规律和电子加速机制的研究	青年基金	41104092	2012-2014	25
16	子午工程运行	国家重大科技基础设施		2012-2015	641
17	探索月球	中国科学院科技创新交叉与合作团队		2013-2015	100
18	高纬磁层顶磁通量传输事件形成机制与结构演化研究	面上基金	41274171	2013-2016	80
19		院百人计划		2013-2016	270
20	等离子体层电子含量的统计分析与建模研究	面上基金	41274163	2013-2016	80
21	低纬电离层增层结构观测和模式研究	面上基金	41174138	2012-2015	70
22	120°E子午链上空电离层响应和应用模式	973课题	2012CB825604	2012-2016	460
23	中国科学院"百人计划"D类入选者专项经费	院"百人计划"D类入选者专项经费		2012-2014	60
24	电离层变化性及磁层－电离层的耦合	院重点部署项目课题	KZZD-EW-01-3	2012-2015	360
25	星载传感器的仿真实验和集成测试	重大仪器专项	ZDYZ2012-1	2013-2016	360
26	太阳活动性对中低纬电离层时空变化特征的影响	面上基金	41274161	2013-2016	80
27	电离层顶部电子浓度剖面的反演与建模研究	青年基金	41203113	2013-2015	26
28	基于核方法构建电离层参数短期预测模型	青年基金	41104106	2012-2014	25
29	太阳风-磁层能量耦合研究	863课题		2011-2013	20
30	地磁与电离层模式特征研究	中科院创新		2011-2013	80
31	太阳辐射的周期性变化对电离层电子浓度的调制作用	青年基金	41004068	2011-2013	20
32	基于北斗/GPS卫星信号的大气层析技术	中科院方向		2010-2013	35
33	磁层边界层动力学过程（部分2）	重点基金		2009-2013	20
34	地磁导航	863课题		2009-2013	720
35	地磁场时变模型评估与规范	973课题		2009-2013	40
36	热层及电离层耀斑响应的统计和模拟研究	青年基金	41004069	2011-2013	20
37	低太阳活动条件下中低纬电离层剖面结构	面上基金	41074112	2011-2013	80
38	低纬电离层E区不规则体特性观测研究	面上基金	41074113	2011-2013	50
39	电离层历史资料编研	科技基础性工作专项		2009-2013	883
40	地球内磁层磁场的几何结构特征	博士后基金特别		2012-2013	15
41	金星磁尾电流片拍动特性的研究	开放课题		2011-2013	4
42	反平行和分量重联中电子密度空穴的比较研究	博士后基金一等		2012-2013	5
43	引导场对磁场重联扩散区结构的影响	博士后基金特别		2012-2013	15
44	电离层天气指数化研究及其物理机制研究	面上基金		2010-2013	50
45	利用ARTEMIS卫星数据进行的月球与太阳风相互作用的研究	开放课题		2012-2013	10
46	利用多源观测数据改进太阳风三维运动学模型	青年基金	41104093	2011-2013	26
47	辐射带区域暴时磁场结构变化与电流分布研究	外协		2013-2015	14
48	冬季平流层增温期间中层大气和电离层的半日潮汐变化	面上基金	41374157	2014-2017	80
49	电离层谷区不均匀体的地区特性和产生机制研究	面上基金	41374163	2014-2017	80
50	低纬电离层对穿透电场的响应	青年基金	41374164	2014-2016	26
51	电离层热层对太阳耀斑的耦合响应	面上基金	41374162	2014-2017	80
52	低纬电离层F 区不均匀体时空演变特性研究	面上基金	41374164	2014-2017	95
53	亚暴期间近磁尾电场与等离子体对流关系研究	面上基金	41374171	2014-2017	80
54	电离层/热层系统模式化研究	优青基金	41322030	2014-2016	100
55	中科院电离层空间环境重点实验室经费	院重经费		2014年度	66.5
56	电离层变化性及相关物理过程	基金委创新群体	41321003	2014-2016	600
57	近磁尾高速流与背景等离子体相互作用区电流体系研究	青年科学基金项目	41404117	2015-2017	25
58	电离层太阳耀斑效应的研究	青年科学基金项目	41404127	2015-2017	25
59	基于120°E综合观测链的中纬Es形成机制研究	青年科学基金项目	41404128	2015-2017	26
60	水星磁层顶通量传输事件产生率及空间分布特征研究	青年科学基金项目	41404137	2015-2017	25
61	行星际磁场对金星弓激波位形的影响	青年科学基金项目	41404138	2015-2017	26
62	低纬电离层物理	优秀青年科学基金项目	41422404	2015-2017	100
63	电离层/热层春秋分不对称性研究	面上项目	41474133	2015-2018	100
64	磁尾等离子体片粒子注入与环电流形成关系的研究	面上项目	41474144	2015-2018	95
65	非均匀行星际磁场中源自镜像力的新的高能带电粒子传播效应研究	面上项目	41474154	2015-2018	100
66	利用金星快车数据进行金星离子逃逸率的参数化	面上项目	41474155	2015-2018	100
67	三亚非相干散射雷达	国家重大科研仪器研制项目	41427901	2015-2019	9851

 

以上资料收集于：http://bnose.geophys.ac.cn/