基于卫星轨道资料的大气旋转研究

地球高层大气存在周期约为1天的自转，称为大气旋转。但至今大气旋转速度还没有被精确测定。本项目将利用过去50年的卫星轨道资料、最新的重力卫星加速仪资料等，研究高层大气的旋转速度及其变化规律。研究内容包括：轨道倾角资料计算大气旋转的方法，加速仪轨道面法向资料计算大气旋转的方法，不同时空环境下的大气旋转研究等。项目将为航天动力学中的轨道计算和理论分析提供准确的大气旋转参数，同时也为大气旋转的物理机制研究提供实测依据。

本报告给出了如何利用轨道资料计算大气旋转速度的方法。项目的主要工作有四个方面：（1）对自1960年以来的大气旋转速度研究进行了综合调研，发现历来大气旋转速度的结果存在较大弥散和不确定性；（2）利用GRACE卫星加速仪资料进行大气旋转研究，提出了一种新的加速仪校标方法，提出了利用轨道面法向资料求解大气旋转方法，计算了2007-2012年间1839组大气旋转速度；（3）对大气旋转速度与空间和太阳、地磁活动进行了统计分析；（4）改进了King-Hele方法，利用多颗卫星的轨道倾角资料求解了170-400公里的大气旋转速度，得到近地空间平均大气旋转速度是地球自转速度的1.44倍。本项目的主要结论是：（1）大气旋转与地磁活动没有显著关系；（2）大气旋转与地方恒星时有较确定的关系，即在晨昏线附近大气旋转快，在密度的周日峰和周日谷时大气旋转慢；而且这种差异在太阳活动谷年尤为突出；（3）对于GRACE高度（450公里附近），大气平均旋转速度为1.14；（4）通过残差分析发现，有一种“水平风”叠加在大气旋转效应中，风速在南北半球呈现单调递增或递减的现象（与地方时高度相关），这种未知的效应在传统的大气阻力计算模型中没有被考虑，今后应引起重视。