前情归来

上一期《妄语“天气预告”》中，咱们先容了地表大气中“风雨雷电”等征象景况的预告。简便来说，等于用不雅测数据去检阅数值模子（这个历程叫“数据同化”），然后被检阅的模子就可以用来预告了。

这一期，咱们来望望，卫星飞行区域的“天气”是若何预告的。

地球上空几百公里的高度启动着多数的“东谈主造卫星”，而况海外空间站亦然启动在三四百公里高度。这些近地卫星飞行的区域是地球的“热层”。那为什么叫“热层”呢？诚然是因为这里“热”，温度可以达到一两千度。

热层密度很小，大略是地球密度的1/1000000000000，甚而更小。但是，咱们看来像真空相通的热层大气，却会对卫星飞行形成不可淡薄的阻力，影响卫星的飞行轨谈。

这是为什么呢？

因为卫星飞的太快了，接近第一寰球速率7.9km/s。是以，尽管大气分子寥落，然而盖不住它飞的太快了，是以热层大气给卫星的阻力还不小。

咱们念念监测卫星、预告卫星轨谈、搞卫星对接，最初就需要知谈大气阻力有多大，也等于大气密度是若何的。

搞“天气预告”相对简便一些。因为，基本上咱们念念在那里搞监测站，就可以搞一个。比如，在合肥仅仅监测空气质料的等于十多二十个站点。是以“天气预告”不雅测数据许多、很密，那就很好修正数值模子了。

但是，热层大气预告就比拟清贫了。能探伤大气密度的也唯有几颗四五百公里高度上的卫星，测一测他们飞行旅途上的大气密度。而况，这些卫星绕地球飞一圈需要1.5小时。

这样万古辰测这样少的数据，要去预告热层大气，这似乎有点太难为东谈主了呀！但是，这可难不倒咱们优秀的科学家们。俗语说“兵来将敌，水来土堰”，数据不够少见据不够的方针。

01

一种很好的方针是，我先“学”，“学”到了我再去预告。

那若何学呢？诚然是从依然有的卫星密度不雅测和模拟效果中“学”。咱们学到热层密度变化，无非等于底下这几种寰球漫步结构重叠在一谈费力。这个面孔叫“告诫正交函数理会法”。

有了这些基本结构，咱们就可以松驰地“以不变应万变”了。任你若何变，“一套组合拳”，我就可以模拟出来卫星不雅测到的密度。这套“组合拳”是什么呢？等于把这几个基本结构线性重叠起来，让“组合”出来的效果匹配卫星测量的密度。

趁机还可以给出来寰球密度漫步图，真的妙，神乎其神。

好像还不够尽兴？

那再来一个！

02

表面模子可以相等好地模拟所有热层大气状态。是以，若是把表面模子径直检阅了，那不是就可以径直和预告无缝衔尾啦。

这个本事咱们就不去径直修改表面模子中的模拟效果了，因为这些值一改，那一串流膂力学方程就不无礼了，模子就不完好啦。

那不改这些模拟效果，还能若何办呢？

热层大气有个秉性。因为热层站得高，离太阳近，是以受到太阳步履影响就大。

一个太阳风、另一个太阳紫外放射，两者强强蚁集就够地球热层吃一壶的。但是，在表面模子中，他们对热层大气的影响是通过几个简便的方程参数化的。显著可以念念到，这些参数化的方程笃信存在很大的不细目性，也等于弊端可能比拟大。

是以，新的面孔里，科学家改造了表面模子中的这几个参数，让模拟出来的密度和不雅测效果一致。这样就可以对耦合的热层状态进行检阅了。

效果标明，这个面孔还可以，能给出来很好的密度谋略效果。

临了的临了，尽管科学家依然念念出来许多“奇技淫巧”，对热层大气密度进行预告。但是，这些面孔齐或多或少存在短板，还弗成相等好地实在利用到卫星监测上。是以，对于热层大气预告，还有很长的路要走。

参考贵府：

[1]Virgili Llop， J. (2014). Spacecraft Flight in the Atmosphere. DOI: 10.13140/RG.2.1.5192.848

[2]https://www.swpc.noaa.gov/impacts/satellite-drag

[3] Ruan， H.， Lei， J.， Dou， X.， Liu， S.， & Aa， E. ( 2018). An exospheric temperature model based on CHAMP observations and TIEGCM simulations. Space Weather， 16， 147– 156. https://doi.org/10.1002/2017SW001759

[4]https://sm.mashable.com/t/mashable_in/photo/default/earthsuncover_k5qk.1920.jpg

（包袱剪辑：方书佳）

（版权诠释，转载自：石头科普公众号）

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