高層大氣模式是在不同時間、不同太陽活動和不同空間環境條件下，高層大氣參量的空間分布的概括描述。它的表現形式是圖表和公式，也可用計算程式和數據組貯存於計算機中。高層大氣模式分中性大氣模式和電離層模式，一般提到高層大氣模式時，是指中性大氣模式。它給出溫度、壓力、密度、標高、各主要氣體成分數密度、總數密度和平均分子量等高層大氣結構參數，有些模式還給出風場。
基本介紹
- 中文名：高層大氣模式
- 表現形式：圖表和公式
- 套用：計算程式和數據組貯存
- 因素：溫度、壓力、密度、標高
正文,
正文
不同時間、不同太陽活動和不同空間環境條件下，高層大氣參量的空間分布的概括描述。它的表現形式是圖表和公式，也可用計算程式和數據組貯存於計算機中。高層大氣模式分中性大氣模式和電離層模式，一般提到高層大氣模式時，是指中性大氣模式。它給出溫度、壓力、密度、標高、各主要氣體成分數密度、總數密度和平均分子量等高層大氣結構參數，有些模式還給出風場。
研究高層大氣模式的目的，是為了尋求更好的動態模式，以反映高層大氣結構的變化。它不僅具有科學上的意義，而且對高空飛行器設計、軌道計算以及電磁波傳播計算等都有實際意義。
歷中上第一個大氣模式是金斯(J. H.Jeans)1916年提出的。此後相繼提出各種大氣模式。50年代初在火箭探測的基礎上，提出了幾個一維大氣模式。這些模式是對流層、平流層模式的向上延伸，模式給出大氣結構的垂直剖面，其高度一般到幾百公里。
在衛星發射後，人們不但利用衛星和火箭直接探測，獲得了相當數量的有關高層大氣的成分、壓力、密度和溫度等資料，而且通過衛星運行軌道變化的觀測（見高層大氣衛星阻尼觀測），獲得了大量的高層大氣密度資料。在這些資料的基礎上，空間研究委員會(COSPAR)先後制定了3個國際參考大氣模式:CIRA 1961、CIRA 1965、CIRA 1972(CIRA為空間研究委員會國際參考大氣模式)。這幾個模式可以代表60年代以來高層大氣模式的發展概況。另外，對不同的用途還有不同類型的大氣模式，如國家標準大氣、火箭衛星套用大氣模式和一些研究模式，如質譜非相干散射模式等。
CIRA 1972 這一模式是在總結了各種太陽活動條件下的廣泛資料的基礎上，套用一些修訂公式所作出的高層大氣模式。它是一個三維模式，其結構基礎是一個全球溫度場。這個溫度場的形式和經驗公式中的參數值是由大量觀測資料統計確定的。該溫度場的底界是90公里處，其溫度不隨緯度、經度而變，定為183K。在頂界1000公里處，將頂層溫度表示成緯度、地方時和太陽赤緯的三角函式組合。整個溫度場分上下兩層:下層是90～125公里，其溫度和溫度梯度隨高度增加；125公里以上為上層，在這層中溫度增加漸緩,並於500公里以上趨於頂層溫度。
溫度場決定以後，大氣各成分的垂直分布完全由溫度垂直剖面決定，不考慮氣體的水平交換,在90～120公里之間，氣體逐漸由90公里以下的均勻混合狀態過渡到各氣體成分擴散分離狀態。
在大氣各成分的數密度確定以後，即可根據一般氣體定律算出壓力、密度、分子量等其他大氣結構參數。
高層大氣隨太陽活動和空間擾動會有很大的變化，CIRA 1972建立了一些經驗關係式,這些經驗關係式把頂層溫度和太陽的10.7厘米射電通量F10.7(代表太陽活動)和地磁指數Kp（代表磁層擾動）聯繫起來。對於高層大氣的季節變化和半年變化等,CIRA 1972也有一些相應的經驗關係式。
CIRA 1972能給出三維大氣的所有結構參數,由於它主要是依靠大量密度資料統計得出的，因此它所給的密度值同實際符合較好，而溫度值和成分值是推算出來的，並不是由實測值統計出來的，因此只具有一般參考意義。
國家標準大氣 這是一個國家選定的，基本代表這個國家平均狀態的大氣結構參數隨高度的分布狀況，它的主要目的是為科學研究和技術套用確定一個統一的規範。國家標準大氣一經制定，一般要使用一段時間，然後根據新的資料進行補充或重新制定。美國的幾個標準大氣USSA1962、USSA1966、USSA1976可以作為這方面的代表。
火箭、衛星套用大氣模式 由於大氣參數對火箭和衛星的運輸、貯存、發射和運行有影響,因此,一些主要火箭發射場根據場地資料，制定了自己的場地模式。一些控制衛星運行單位，也結合衛星運行制定了一些運行模式。
質譜非相干散射模式(MSIS模式) 基於衛星上質譜計所測得的成分資料和地面非相干散射雷達測得的溫度資料提出的高層大氣模式。它是1977年由美國科學家總結了1972年以後高層大氣探測的新資料提出的。它能較好地反映高層大氣溫度和成分結構。
參考書目
COSPAR,COSPAR International Reference Atmos-phere 1972,Akademie-Verlag,Berlin,1972.
NOAA, U.S.Standard Atmosphere, U.S.GovermentPrinting Office,Washington D.C.,1976.
研究高層大氣模式的目的，是為了尋求更好的動態模式，以反映高層大氣結構的變化。它不僅具有科學上的意義，而且對高空飛行器設計、軌道計算以及電磁波傳播計算等都有實際意義。
歷中上第一個大氣模式是金斯(J. H.Jeans)1916年提出的。此後相繼提出各種大氣模式。50年代初在火箭探測的基礎上，提出了幾個一維大氣模式。這些模式是對流層、平流層模式的向上延伸，模式給出大氣結構的垂直剖面，其高度一般到幾百公里。
在衛星發射後，人們不但利用衛星和火箭直接探測，獲得了相當數量的有關高層大氣的成分、壓力、密度和溫度等資料，而且通過衛星運行軌道變化的觀測（見高層大氣衛星阻尼觀測），獲得了大量的高層大氣密度資料。在這些資料的基礎上，空間研究委員會(COSPAR)先後制定了3個國際參考大氣模式:CIRA 1961、CIRA 1965、CIRA 1972(CIRA為空間研究委員會國際參考大氣模式)。這幾個模式可以代表60年代以來高層大氣模式的發展概況。另外，對不同的用途還有不同類型的大氣模式，如國家標準大氣、火箭衛星套用大氣模式和一些研究模式，如質譜非相干散射模式等。
CIRA 1972 這一模式是在總結了各種太陽活動條件下的廣泛資料的基礎上，套用一些修訂公式所作出的高層大氣模式。它是一個三維模式，其結構基礎是一個全球溫度場。這個溫度場的形式和經驗公式中的參數值是由大量觀測資料統計確定的。該溫度場的底界是90公里處，其溫度不隨緯度、經度而變，定為183K。在頂界1000公里處，將頂層溫度表示成緯度、地方時和太陽赤緯的三角函式組合。整個溫度場分上下兩層:下層是90～125公里，其溫度和溫度梯度隨高度增加；125公里以上為上層，在這層中溫度增加漸緩,並於500公里以上趨於頂層溫度。
溫度場決定以後，大氣各成分的垂直分布完全由溫度垂直剖面決定，不考慮氣體的水平交換,在90～120公里之間，氣體逐漸由90公里以下的均勻混合狀態過渡到各氣體成分擴散分離狀態。
在大氣各成分的數密度確定以後，即可根據一般氣體定律算出壓力、密度、分子量等其他大氣結構參數。
高層大氣隨太陽活動和空間擾動會有很大的變化，CIRA 1972建立了一些經驗關係式,這些經驗關係式把頂層溫度和太陽的10.7厘米射電通量F10.7(代表太陽活動)和地磁指數Kp（代表磁層擾動）聯繫起來。對於高層大氣的季節變化和半年變化等,CIRA 1972也有一些相應的經驗關係式。
CIRA 1972能給出三維大氣的所有結構參數,由於它主要是依靠大量密度資料統計得出的，因此它所給的密度值同實際符合較好，而溫度值和成分值是推算出來的，並不是由實測值統計出來的，因此只具有一般參考意義。
國家標準大氣 這是一個國家選定的，基本代表這個國家平均狀態的大氣結構參數隨高度的分布狀況，它的主要目的是為科學研究和技術套用確定一個統一的規範。國家標準大氣一經制定，一般要使用一段時間，然後根據新的資料進行補充或重新制定。美國的幾個標準大氣USSA1962、USSA1966、USSA1976可以作為這方面的代表。
火箭、衛星套用大氣模式 由於大氣參數對火箭和衛星的運輸、貯存、發射和運行有影響,因此,一些主要火箭發射場根據場地資料，制定了自己的場地模式。一些控制衛星運行單位，也結合衛星運行制定了一些運行模式。
質譜非相干散射模式(MSIS模式) 基於衛星上質譜計所測得的成分資料和地面非相干散射雷達測得的溫度資料提出的高層大氣模式。它是1977年由美國科學家總結了1972年以後高層大氣探測的新資料提出的。它能較好地反映高層大氣溫度和成分結構。
參考書目
COSPAR,COSPAR International Reference Atmos-phere 1972,Akademie-Verlag,Berlin,1972.
NOAA, U.S.Standard Atmosphere, U.S.GovermentPrinting Office,Washington D.C.,1976.
