利用GRACE-FO卫星探测不同强度大地磁暴引发的热层大气密度及卫星轨道衰减变化

作     者：汪海潮 王长青 郭丁昊 朱紫彤 冯伟 钟敏 WANG Haichao;WANG Changqing;GUO Dinghao;ZHU Zitong;FENG Wei;ZHONG Min

作者机构：中山大学测绘科学与技术学院广东珠海519082 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 极地环境立体观测与应用教育部重点实验室(中山大学)广东珠海519082 

出 版 物：《测绘学报》 (Acta Geodaetica et Cartographica Sinica)

年 卷 期：2025年第54卷第2期

页      面：248-261页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081601[工学-大地测量学与测量工程] 0816[工学-测绘科学与技术] 

基　　金：国家重点研发计划(2022YFC2204601) 国家自然科学基金(42174103 12261131504) 

主　　题：GRACE-FO卫星 热层大气密度 卫星轨道衰减 大地磁暴强度 经验正交函数 

摘      要：目前太阳活动处于高峰期,导致大地磁暴频发,由此引发的热层大气密度变化对低轨卫星的轨道预测和空间飞行安全至关重要。重力卫星搭载的高精度加速度计能够有效探测卫星高度处热层大气密度变化,本文基于GRACE-FO重力卫星加速度计数据,反演了2019-2023年春分点附近发生的4次磁暴事件时的热层大气密度,首次定量分析了不同强度磁暴对卫星高度处热层大气密度和卫星轨道的影响,并利用经验正交函数法研究了密度变化在时空上的特征。结果显示:①GRACE-FO卫星加速度计对中至烈级磁暴的响应显著,X轴方向上的加速度计数据、热层大气密度和卫星轨道衰减率呈现出“山峰现象。②时间维度上热层大气密度变化与Dst指数密切相关;在空间维度上,南半球的热层大气密度变化普遍高于北半球,且随着纬度的增加,热层大气密度变化更加剧烈。③白昼区热层大气密度变化受到磁暴影响的程度更大,大气温度是白昼区热层大气密度变化的重要因素之一。因此,本文的研究对于理解春分点附近时刻,不同强度大地磁暴对卫星高度处热层大气密度时空变化及卫星轨道衰减的影响规律具有重要的参考价值。