ICS07.060 CCSA45 中华人民共和国海洋行业标准 HY/T0477—2025 极地极光全视野观测规范 Thespecificationsforpolarall-skyauroraobservations 2025-02-06发布 2025-05-01实施 中华人民共和国自然资源部发布目 次 前言 Ⅰ ………………………………………………………………………………………………………… 引言 Ⅱ ………………………………………………………………………………………………………… 1 范围 1 ……………………………………………………………………………………………………… 2 规范性引用文件 1 ………………………………………………………………………………………… 3 术语和定义 1 ……………………………………………………………………………………………… 4 总体要求 1 ………………………………………………………………………………………………… 5 极光全视野观测 2 ………………………………………………………………………………………… 附录A(规范性) 极光全视野观测记录表 8 ……………………………………………………………… 附录B(资料性) 三角测量定位法 9 ……………………………………………………………………… 参考文献 10 ……………………………………………………………………………………………………HY/T0477—2025自然资源标准化信息服务平台 专用 前 言 本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中华人民共和国自然资源部提出。 本文件由全国海洋标准化技术委员会(SAC/TC283)归口。 本文件起草单位:中国极地研究中心(中国极地研究所)、国家海洋标准计量中心。 本文件主要起草人:黄德宏、胡泽骏、牟长青。 ⅠHY/T0477—2025自然资源标准化信息服务平台 专用 引 言 由于地球磁场的特殊位形,太阳风-磁层-电离层相互作用汇聚在极区电离层,极光就是这些相互作 用过程在极区高空大气中的显著表现,开展极光全视野观测可以获得磁场重联等边界层动力学过程在 电离层高度的二维图像数据,对空间物理研究以及空间天气监测和预报具有特别重要的科学价值。 自1997年开始,我国在南极中山站开展了极光全视野观测,2003年中国极地研究中心(中国极地 研究所)(以下简称“极地中心”)在与南极中山站几乎处在同一根磁力线的北极黄河站安装了三波段极 光全视野观测系统,2011年极地中心在距离黄河站南约100km处隶属于斯瓦尔巴特大学中心(The UniversityCentreinSvalbard)的KHO(TheKjellHenriksenObservatory)站设立了新的极光观测点。 2013年~2017年,极地中心在处在极光带下的中冰北极科学考察站先后安装了4台极光全视野成像 仪。上述极光全视野观测设备在极地台站连续工作,取得了大量、珍贵的极光全视野光学数据。 由于每次执行极光现场观测的人员不是固定的,而且极光观测对场地光照条件、设备标定等有特定 要求和限定条件,为获取高质量极光全视野成像数据,特制定《极地极光全视野观测规范》。《极地极光 全视野观测规范》依据行业标准的规则进行起草,旨在对我国极地极光全视野观测提供依据性文件,适 用于我国在极地开展极光全视野观测,以保证观测资料的可信度和质量,便于观测数据的国际、国内交 换、共享和使用。 ⅡHY/T0477—2025自然资源标准化信息服务平台 专用 极地极光全视野观测规范 1 范围 本文件规定了在我国极地科考站开展极光全视野观测的总体要求、观测步骤、数据采集和处理等 内容。 本文件适用于我国在地理纬度60°及以上极地科考站开展极光全视野观测。 2 规范性引用文件 本文件没有规范性引用文件。 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 极地空间环境观测 polarspaceenvironmentobservation 在地球南北极区开展的与日地空间环境有关的观测。 3.2 极光 aurora 太阳风与地球磁层相互作用产生的高能粒子沿磁力线沉降到大气层轰击高层大气成分,使其激发 或电离而产生的发光现象。 [来源:GB/T41026—2021,4.2] 3.3 极光子午线强度时变图 aurorakeogram 截取每帧极光图像沿地磁子午方向线强度信息,按采集的时间进行横向排列,用伪彩色表示极光强 度信息图像。 3.4 太阳高度角 solarelevation 地球上的某个地点太阳光线与通过该地与地心相连的地表切面的夹角。 4 总体要求 4.1 观测场地 4.1.1 观测探头室 极光全视野观测设备光学部件需置于独立的观测探头室。观测探头室需配置加热、通风装置和光 学透明罩除霜装置。离室内地面1.5m以上温度范围控制在0℃~20℃,相对湿度控制在40%以下。 4.1.2 周边环境 观测探头室周边应没有遮挡物,开阔视野范围不小于160°(即天顶角±80°)。观测时无人工光源直 1HY/T0477—2025自然资源标准化信息服务平台 专用 射镜头和镜头上方的光学透明罩。 4.2 观测设备 极光全视野观测设备需具备以下要求: a) 光学前端配备视野范围180°的鱼眼镜头; b) 成像端配备电荷耦合器件(CCD)相机或电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)相机或科学级互补 金属氧化物半导体(sCMOS)相机,成像面像素不低于512×512; c) 针对单色全视野极光成像观测,需配备滤光片插槽和配套的窄带滤光片,滤光片的半高全宽 (FWHM)不大于2nm。 4.3 成像方位 极光全视野观测设备在安装时,在条件许可的情况下应使观测设备成像图像的上下方向与本地台 站地磁子午线方向对齐;无法满足上述条件时,可以通过拍摄星空图然后利用星空定位的方法确定极光 图像的方位。 极光全视野观测设备主体或设备光路上的部件因为移动造成方位变化时,至少进行一次星空图采 集以确定全视野图像的方位。极光图像的方位角误差小于1°。 4.4 采集程序 采集程序具备单帧采集和自动序列采集功能。单帧采集主要供定位、聚焦、暗电流文件采集等使 用,自动序列采集为观测设备正常工作模式。采集程序应具备曝光时间、增益控制等参数可调和记录相 机开始曝光时刻等功能。 极光观测采集计算机系统时间采用世界时。 4.5 观测时间窗口 极光观测应选择在晴朗的夜间,全视野范围内云覆盖应低于一半的条件下进行。满月期间(月相高 于95%)视观测设备的具体情况,可以暂停观测。 在满足上述观测条件下,光学观测在本地太阳高度角低于-15°(在地平线下15°)时间段内进行。 极夜期间太阳高度角始终低于-15°时,观测不间断。 4.6 观测记录 一次极光观测结束后,按附录A填写极光全视野观测记录表。 4.7 数据存储 一次极光观测结束后,所有观测数据需进行二次备份,实现数据安全存储。 5 极光全视野观测 5.1 观测步骤 极光观测应按以下步骤进行: a) 在满足观测条件的情况下,计算每次可观测时间窗口并对观测程序进行设置; b) 检查观测室的情况,查看光学透明罩是否有结霜情况,如果有,应开启除霜装置进行除霜; c) 起始观测时间前30min,在相机快门关闭的情况下,开启采集计算机和观测设备,对采集程序 采集时间、曝光时间等参数进行设置,开启CCD相机制冷程序,CCD相机制冷目标温度设置 2HY/T0477—2025自然资源标准化信息服务平台 专用 应低于-60℃; d) 采集一帧暗电流图像; e) 在光学透明罩无结霜前提下,按预定的观测时间采集极光序列图像; f) 采集一帧暗电流图像; g) 关闭采集设备电源; h) 每次观测结束后,做好观测记录和数据备份。 5.2 星空图像采集 5.2.1 星空图像采集方式 采用单帧曝光拍摄方式,在CCD相机或EMCCD相机稳定在预设的制冷温度时,以小于10s的曝 光时间进行星空图像采集。 5.2.2 星空图像的成像要求 全视野星空图像采集主要用于全视野极光图像的“物-像”光学几何参数定标。星空图像的成像要 求为: a) 星点不存在拖影,星点强度呈单峰分布; b) 视野内清晰成像的星点数量应不少于20颗。 5.2.3 星空图样例 图1给出了星空图样例,该星空图拍摄时间:世界时2004年11月9日16:51:05,地点:北极黄河 站,曝光时间:2s。 图1 星空图样例 5.3 全视野图像光学几何参数确定 5.3.1 全视野图像天顶坐标 利用星点位置对全视野图像在地理坐标系下的方位角进行定位的原理类似于三角测量定位法(见 附录B)的原理。步骤如下。 3HY/T0477—2025自然资源标准化信息服务平台 专用 a) 选择星点M和N,其在全视野图像中的坐标分别记为M(xM,yM),N(xN,yN)。 b) 计算M、N两点间距离LMN见式(1): LMN=(xN-xM)2+(yN-yM)2…………………………(1) 式中: LMN———M、N两点间的距离,单位为像素值; xM———点M在全视野图像中的横坐标; yM———点M在全视野图像中的纵坐标值; xN———点N在全视野图像中的横坐标; yN———点N在全视野图像中的横坐标和纵坐标值。 c) 线段MN中点为D(xD,yD),则MD距离LMD见式(2): LMD=LMN/2 …………………………(2)