进展报告窦贤康 2011-06-11

进展报告窦贤康

2011-06-11

报告提纲实验室简介及研究方向

队伍建设与人才培养

研究水平和学术影响

学术交流与运行管理

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1 、实验室简介及研究方向• 2005 中国科学院基础等离子体物理重点实验室• 2011 中国科学院近地空间环境重点实验室

实验室定位与目标致力于推动近地空间环境前沿科学问题的研究，揭示近地空间环境各圈层之间的耦合过程以及物质与能量的输运机制，突破国内空间探测技术的研制水平，建设国际上重要的近地空间环境研究中心和高端人才培养基地，并满足国家在空间环境保障、深空探测、以及其他国防和军事方面的战略需求。

属于空间物理学科，主要研究地球对流层以上直至内磁层的广大区域中发生的物理现象和过程。

1 、实验室简介及研究方向

磁层热层电离层

中高层大气

行星际空间

太阳大气

对流层地球表面

核心问题：各圈层之间耦合、物质与能量输运1 、实验室简介及研究方向

空间物理大气物理原子分子物理物理化学研究力量

近地空间环境重点实验室

人才培养赵九章班国家战略需求

深空探测国防和军事应用

空间环境保障

等离子体物理物理电子学

临近空间探测技术

突破一流的卫星有效载荷近地空间环境对太阳活动的响应

近地空间环境中的基本物理过程

地基观测技术与研究天基探测技术与研究

空间等离子体环境的实验室研究

• 中国科学院近地空间环境重点实验室的建设规划1 、实验室简介及研究方向

近地空间环境重点实验室学术委员会

地基观测技术与研究

近地空间环境中的基本物理过程

近地空间环境对太阳活动的响应

数据模式与计算平台临近空间探测平台

空间有效载荷研制平台

空间等离子体环境的实验室研究

天基探测技术与研究

蒙城国家野外观测台站

研究单元

支撑平台

• 中国科学院近地空间环境重点实验室组织结构1 、实验室简介及研究方向

实验室主任：窦贤康实验室副主任：汪毓明、陆全明、郑坚研究单元负责人：陆全明近地空间环境中的基本物理过程汪毓明近地空间环境对太阳活动的响应郑坚空间等离子体环境的实验室研究窦贤康地基观测技术与研究张铁龙天基探测技术与研究支撑平台负责人：孙东松蒙城国家野外观测台站李陶临近空间探测平台陈向军空间有效载荷研制平台李会民数据、模式与计算平台


学术委员会主任：魏奉思院士中科院空间科学与应用研究中心学术委员会副主任：俞昌旋院士中国科学技术大学学术委员会委员：涂传诒北京大学吕达仁中科院大气所陈颙中国地震局王水中国科学技术大学万卫星中科院地质与地球物理研究所王赤中科院空间科学与应用研究中心李定中国科学技术大学易帆武汉大学曹晋滨北京航空航天大学林郁美国奥本大学窦贤康中国科学技术大学


研究单元 : 1. 近地空间环境中的基本物理过程负责人：陆全明成员：王水、李陶、陈出新、李毅、王传兵研究方向：1. 中高层大气中大气重力波的耗散或破碎过程2. 地球磁层中的磁场重联过程及其效应3. 地球磁层中的波和粒子间的相互作用及其带电粒子加速4. 近地空间环境中各圈层间的动力学耦合


研究单元 : 2. 近地空间环境对太阳活动的响应负责人：汪毓明成员：雷久侯、郑惠南、申成龙、缪彬、马明研究方向：1. 太阳爆发活动及其日冕和行星际过程2. 日冕和行星际参数的太阳周行为研究3. 地磁暴及太阳高能粒子事件的因果链研究4. 电离层和热层对太阳活动水平以及行星际扰动的响应5. 太阳活动对低层大气的影响


研究单元 : 3. 空间等离子体环境的实验室研究负责人：郑坚成员：俞昌旋、李定、刘万东、秦宏、王少杰、张文禄、马锦秀、曹金祥、李弘、谢锦林、蔡辉山研究方向：1. 磁场重联的实验室研究2. 等离子体基本波动过程的研究3. 等离子体相互作用的研究4. 带电粒子辐射对探测器的影响


研究单元 : 4. 地基观测技术与研究负责人：窦贤康成员：孙东松、陈旸、傅云飞、薛向辉、周任君、栾晓莉研究方向：1. 主动和被动光学遥感仪器系统：高光谱分辨率激光雷达系统用于探测中高层大气风场和温度；高精度全自动化被动光学仪器用于探测中间层顶重力波和大气温度和风场2. 中高层大气动力学研究3. 中高层大气气候学研究4. 中高层大气与电离层、对流层大气的耦合研究


研究单元 : 5. 天基探测技术与研究负责人：张铁龙成员：陈向军、单旭、汪海、李毅人研究方向：1. 低能离子能谱仪的研制2. 低能离子质谱仪及其核心技术（ TOF ，扫描高压电源等）研究3. 太阳紫外光污染防护设计研究4. 空间探测仪器电磁兼容的设计与测试5. 空间探测仪器的地面检测方案与设备研制6. 空间探测仪器的数据校正与处理


支撑平台 : 1. 蒙城国家野外观测台站负责人：孙东松成员：薛向辉、陈廷娣仪器设备及功能：


支撑平台 : 2. 临近空间探测平台负责人：李陶成员：孙东松、薛向辉、陈廷娣仪器设备及功能：1. Mie-Rayleigh-Na 荧光双波长激光雷达系统2. 车载多普勒测风激光雷达系统


支撑平台 : 3. 空间有效载荷研制平台负责人：陈向军成员：李毅人、汪海、单旭仪器设备及功能：1. 组装工作室2. 电子学实验室3. 离子束标定系统4. 测试和存储真空箱


支撑平台 : 4. 数据、模式与计算平台负责人：李会民成员：申成龙、周任君仪器设备及功能：1.大容量数据存储系统2.计算集群






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空间物理学科点的历史、沿革

等离子体物理学科点的历史、沿革

招收本科生培养硕士生博士点博士后流动站

1958年 1978年 1998年 2003年

2001年被评为国家重点学科

招收本科生培养硕士生首批博士点博士后流动站

1974年 1978年 1981年 1985年

2001年被评为国家重点学科

2 、队伍建设与人才培养

空间物理学科点

2010 –2000s

80s60-70s

近地空间环境重点实验室

赵九章先生建立

空间物理学科点太阳大气动力学

的数值模拟研究

（王水）

日地物理和空间天气学（汪毓明）

中高层大气探测（李陶）（雷久侯）

1958

地磁活动相关现象的理论和

实验研究

90s

中高层大气动力学（窦贤康）

空间等离子体物理（陆全明）空间有效载荷

（张铁龙）热层 / 电离层对太阳活动响应

等离子体物理、大气科学、

物理电子学、原子分子物理、

物理化学

早期发展创建

人才培养拓展方向战略布局人才引进优势力量整合重组

发展历程2 、队伍建设与人才培养

固定人员流动人员人数合计研究技术管理小计硕士博士博士后访问学者小计34 4 2 40 43 47 7 3 100 140

实验室队伍状况

类别人数中国科学院院士 2

千人计划 2

长江、杰青 6

科学院百人 4

全国百篇 4

科学院院长特别奖 3


姓名学术组织名称职务王水国际日地物理科学委员会（ SCOSTEP ）学科代表王水中国空间科学学会常务理事

窦贤康中国空间科学学会理事窦贤康中国地球物理学会空间天气专业委员会轮值主席陆全明中国地球物理学会空间天气专业委员会委员汪毓明中国地球物理学会空间天气专业委员会委员陈向军全国原子分子物理学会专业委员会委员李定中国物理学会等离子体物理分会主任李定中国核学会理事暨学术工作委员副主任李定国际纯粹与应用物理联盟（ IUPAP ）等离子体物

理专业委员会委员

2 、队伍建设与人才培养国内外学术组织任职情况

国内外学术期刊任职情况姓名学术期刊名称职务

陆全明科学通报编委王水空间科学学报编委

窦贤康空间科学学报编委陈向军 Journal of Atomic and Molecular Sciences Associate

Editor俞昌旋 Plasma Science and Technology 顾问俞昌旋中国科学 G 编委俞昌旋 Chinese Physics Letters 编委俞昌旋物理编委刘万东 Plasma Science and Technology 编委曹金祥宇航学报编委


2 、队伍建设与人才培养突出的人才培养国家重点学科（空间物理学科点， 2002 、 2007）教育部评估高校第一（地球物理一级学科， 2009）院士：魏奉思国家重点实验室主任：王赤副校长：窦贤康（科大）、邓晓华（南昌大学）长江、杰青： 4 人（近 5年同领域 4/7）全国百篇： 4 人（同领域 80%）科学院院长特别奖： 3 人（同领域 100%）

优秀毕业生—空间物理学科

2 、队伍建设与人才培养优秀人才培养—等离子体物理学科

第一位等离子体物理方向的“杰青”获得者：李定普元软件公司董事长兼 CEO ：刘亚东上海光机所实验室主任：韩申生 APS fellow PPPL ：傅国勇国家重大专项专家组成员中国科大全国百篇：郑坚北京希波尔科技发展有限公司总经理：陈继峰华中科学技术大学国家磁约束聚变专家委员会委员：庄革 MIT 世界知名等离子体波加热专家：林毅君复旦大学联合国侯赛因奖获得者：封东来





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国家杰出青年基金项目 3项（同领域 3/7）国家基金重点项目 2项，重大项目子课题 1项中科院重要方向项目 3项科技部 973 计划项目课题 2项国家 863专项国家大科学工程项目

空间物理学科点近五年主持科研项目

3 、研究水平和学术影响2010年度中国科学院近地空间环境重点实验室共承担各类科研项目 54项，共涉及科研经费 12493 万元，当年到位科研经费4114.3 万元。其中包括新增基金委杰出青年基金 1项、重点项目1项、国家 973项目子课题 1项、 863 计划项目 4项、科学院创新项目 1项。

空间物理学科点近 5年发表 SCI期刊论文 130余篇，他引 1100余次Top

Journal影响因子科大空间物理

JGR ～ 3.0 37ApJ ～ 7.0 14PRL ～ 7.0 3

第一单位的顶级期刊论文情况

3 、研究水平和学术影响2010年度实验室人员在各类国内外学术刊物上共计发表论文53篇， SCI论文 51篇。其中 Phys. Rev. Lett.2篇；Astrophys. J. 3篇； J. Geophys. Res. 12篇； Phys. Plasmas13篇； Plasma Phys.Control. Fusion 6篇。

建成一部可探测 3-40 km高度大气风场，并且具有机动、灵活等特点的多普勒测风激光雷达

代表性成果 1 ：车载多普勒测风激光雷达大气风场是最重要的大气要素之一中层大气风场的探测仍然极具挑战性

3 、研究水平和学术影响

3 、研究水平和学术影响车载测风激光雷达新疆某地观测结果

我们研究了磁重联对电子的加速，提出了一种电子在重联的 X 点和Ｏ型点电子被非绝热加速的新机制。有 6篇文章发表于 PRL, JGR, PoP 上。

上图为电子在磁重联中被加速的动能的变化。

代表性成果 2 ：无碰撞磁场重联中电子加速的物理机制3 、研究水平和学术影响

表 1 提供了HALOE在 10 和 20 的结果与Sridharan et al [2009] 激光雷达在Gadanki (13.5) 的结果和 Li et al. 在Mauna Loa (19.5) 的结果的比较。通过数值模拟发现加速后的电子有幂指数分布

发现了电子在磁岛中加速的证据


代表性成果 3 ： Na 层大气动力学响应3 、研究水平和学术影响

利用自主的钠荧光激光雷达观测资料，结合卫星观测，统计研究了中纬度地区突发钠层事件，相关成果发表于 JGR, AG 上。统计了突发钠层的特征参数探讨了突发钠层与突发 E 层、流星注入之间的关系


Dou et al. 2010

建立了完整的可自动更新的日珥事件列表网站，获得了大样本统计规律，文章去年发表于 ApJ 。

是目前为止唯一一个公开的完整的日珥在线目录册。现在该网站已被 STEREO 卫星的官方网站收录

代表性成果 4 ：日珥自动识别与追踪系统（ SLIPCAT）3 、研究水平和学术影响

发展了计算日冕激波强度的方法，并能很好预测太阳高能粒子事件的强弱，文章发表于 ApJ 。

慢 CME强 SEP 事件

快 CME弱 SEP 事件

通过分析 20个典型的磁云事件，研究了利用磁通量管模型来预测地磁暴强度的可能性，文章发表于 Sol. Phys. 。

代表性成果 5 ：地磁暴及太阳高能粒子事件研究——两类极其重要的空间天气事件


2 、研究水平和学术影响IAU 太阳活动分会三年一次的进展报告本课题组工作

2 项国内学者工作 10 项

形成一系列文章，均发表于高水平国际期刊，如 JGR, GRL 等。

代表性成果 6 ：热层大气密度对太阳风高速流的响应3 、研究水平和学术影响

表 1 提供了HALOE在 10 和 20 的结果与Sridharan et al [2009] 激光雷达在Gadanki (13.5) 的结果和 Li et al. 在Mauna Loa (19.5) 的结果的比较。

温度和臭氧被发现与太阳周期有显著的关系[Remsberg 2008; Li et al., 2008]


美国国家基金委出资的 CEDAR (Coupling, Energetics and Dynamics of Atmospheric Regions) 2009年 post期刊重点强调该发现：

此成果获得国际媒体广泛关注


3 、研究水平和学术影响代表性成果 7 ：磁场重联的实验室研究在 LMP 实验装置的基础上，一个磁场重联的实验装置已经建成并且开展了初步的实验研究。由于装置尺度和等离子体参数的影响，决定了我们的实验能够测量电子惯性区内外的重联物理。通过测量得到了真空下的磁场截面分布，和理论计算的磁场分布基本一致。在等离子体下，由等离子体的参数决定了重联过程中不存在通量的堆积，由磁探针的测量得到了验证。经过测量发现了在电流棒产生的重联位形中，有较小的等离子体电流产生，这由较低的等离子体密度以及微弱的驱动决定。重联过程中发现了密度片的产生和倾斜，并且发现密度片的厚度和轴向磁场大小相关。相关部分实验结果已经发表在 Plasma Sci. & Tech. 等学术刊物上。





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4 、学术交流与运行管理

聘请了浙江大学陈骝教授为中国科学技术大学大师讲席教授；聘请了美国 Auburn University 林郁教授为中国科学技术大学客座教授， 5月 20日来校访问并进行合作研究。 8月 23日邀请英国 Aberystwyth University 李醒博士来中国科学技术大学访问并进行合作研究。邀请中国工程物理研究院资深研究院郑志坚来访讲学、交流。

2010年国内外交流情况

4 、学术交流与运行管理 2010年 11月 16日，中科院阴和俊副院长来校视察实验室。 2010年 11月 19日，中科院资环局局长范蔚茗和固体地球科学处处长张鸿翔等领导视察实验室并听取报告。

4 、学术交流与运行管理 2011年 3月 17日，科技部基础司张先恩司长、高新司廖小罕副司长等人来校视察，并听取了实验室最近的工作汇报和建设规划，给予了高度评价。

2011年 3月 31日，科技部主要分管领导陈小娅副部长、基础司彭以祺副司长等人参观视察了本实验室，并听取实验室最近的工作汇报和建设规划，给予了高度评价。

4 、学术交流与运行管理固定资产情况

建筑面积（平方米）设备总台（件）数设备总值（万元）4674.95 487 4130

设备名称设备型号购买时间价格 (万元 )接收望远镜购置 2011 60车载多普勒测风激光雷达研制 2010 1000

YAG Pro 激光器购置 2010 80Matisse 染料激光器购置 2010 70Millennia Prime半导体激光器购置 2010 40大容量数据存储系统购置 2010 40稳态直线磁化等离子体装置研制 2000 100远红外吸收谱仪购置 2000 30激光诱导荧光散射系统 (V 6308TC30) 购置 2000 70并行机群购置 2009 60米 -瑞利 -钠荧光激光雷达研制 2005 300电离层探测仪研制 2003 90微波矢量分析仪购置 2004 80

主要仪器设备 (图 )

4 、学术交流与运行管理

蒙城国家野外观测台站

Mie-Rayleigh-Na 荧光双波长激光雷达系统

车载多普勒测风激光雷达系统

4 、学术交流与运行管理主要仪器设备 (图 )

测试和存储真空箱

4 、学术交流与运行管理主要仪器设备 (图 )

大容量数据存储系统计算集群

谢谢敬请批评指正 !

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