利用掩星温度数据推算大气月平均纬向风场

为了弥补中高层大气风场探测数据的不足，对2007年COSMIC全球掩星在20～60km高度内的温度数据进行网格化插值，利用梯度风计算方法，计算得到20～60km高度内的月平均纬向风场，分别与ECMWF再分析数据和HWM07模式进行对比分析.结果表明，利用COSMIC温度数据计算得出的纬向风与ECMWF的纬向风十分接近，而与HWM07结果有一定差异，但总体变化趋势一致.与ECMWF再分析数据相比，利用COSMIC温度数据计算的月平均纬向风场平均偏差为-1.50～-0.08m·-1，标准差为1.50～11.95m·-1.与HWM07模式风场相比，利用COSMIC温度计算的月平均纬向风场平均偏差为-0.83～1.21m·-1，标准差为3.69～11.14m·-1.      

GNSS遥感探测卫星星座设计

随着全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）掩星大气探测技术的兴起，GNSS遥感探测数据在气象数据资源中逐步占据重要地位，但是目前的掩星探测数量远不能满足数值天气预报等应用的需求，未来更需要充分利用GNSS信号资源，开展更大规模的GNSS掩星卫星星座探测.本文以世界气象组织发布的大气海洋数据需求为参考，提出新一代GNSS遥感探测星座任务需求与设计约束.在理想大气模型假设下，利用几何解析方法研究了探测卫星星座构型参数对探测性能的影响，并建立了新一代GNSS遥感探测卫星星座设计基本准则.以风云卫星为子星座，给出了星座规模同为40颗的三种GNSS遥感探测微纳卫星星座设计方案.研究结果表明，具备该规模的探测星座可满足数值天气预报等气象应用的最低数据需求，三种构型方案中，由高、中、低倾角三组Walker子星座与风云卫星子星座组建的GNSS遥感探测星座探测性能最优.      

中地球轨道高能电子辐射环境特性分析

采用中国中地球轨道卫星在太阳活动下降相到上升相的高能电子探测数据, 首次分析研究了该轨道高能电子环境的空间分布、通量强度、时序变化以及对地磁暴活动响应的特性. 结果表明, 中地球轨道高能电子的空间分布 范围稳定, 电子通量强度随能量升高而下降; 中地球轨道高能电子环境是 一个在不同时间尺度上剧烈变化的动态系统, 该系统可能间歇性地出现27天重 现性变化, 该系统变化受地磁暴事件调制, 但其对磁暴的响应呈现出非线性特征.      

2009年1月平流层爆发性增温期间全球电离层响应的研究

2009年1月平流层爆发性增温(Stratospheric Sudden Warming, SSW)事件是有记录以来最强、持续时间最长的一次主增温事件(Major Warming Event, MWE), 期间太阳活动和地磁活动均处于较低的水平, 因此非常有利于研究电离层对平流层增温事件的响应情况. 本文利用COSMIC (Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere, and Climate)系统提供的掩星数据, 使用Kriging方法分别构建了此次SSW期间及平静期的电离层N_mF₂, h_mF₂和110～750km高度范围的垂直积分TEC (简称VTEC)地图, 同时从全球定位导航卫星系统服务组织(International GNSS Service, IGS)发布的全球电离层TEC地图(Global Ionospheric Maps, GIMs)中提取了日固坐标系(Sun-fixed, 地磁纬度和地方时)下全球TEC地图. 通过对比发现, SSW期间与平静期相比, 地磁纬度中低纬电离层参数存在早晨上升, 下午和夜间下降的现象. 利用OSTM/JASON-2卫星高度计观测值进行验证后的结果显示, 此前研究均未有提及的夜间时段电离层参数N_mF₂, h_mF₂和TEC (VTEC和IGS TEC)的下降现象的确存在.      

掩星大气探测系统误差源分析

根据掩星大气探测反演原理,研究了影响系统产品精度的误差源,并对多普勒观测误差、天线相位中心变化误差、多路径误差、卫星质心变化误差、导航卫星钟飘、卫星姿态变化误差和精密定轨速度误差进行分析,根据工程实现可行性提出了系统误差分配建议,为掩星大气探测系统设计提供参考.      

利用COSMIC数据构建的全球垂直TEC图的验证研究

在日固坐标系(地磁纬度和地方时)下, 累积地方时过去24h的COSMIC(Constellation Observing System for Meteorology Ionosphere andClimate)观测资料, 通过对110$sim$750km高度范围内的电子密度进行数值积分得到各掩星点的垂直TEC值, 进而利用Kriging方法插值产生近实时的全球地方时MAGLat2.5°×2h的COSMIC TEC图. 利用2008年1月1日至2010年6月30日共30个月的COSMIC数据, 逐日构建COSMICTEC图, 将其与全球导航卫星系统服务组织(International GNSS Service,IGS)发布的全球电离层TEC图(Global Ionospheric Maps, GIMs)以及OSTM/JASON-2卫星高度计观测值分别进行比对,证明利用COSMIC掩星资料构建全球电离层垂直TEC图是可行的.      

双通道辐射量计算太阳极紫外辐射E10.7指数方法初探

从太阳极紫外辐射研究的重要性出发, 介绍了太阳极紫外辐射E_10.7指 数及其作用, 详细阐述了利用两个能道的太阳辐射观测值计算极紫外辐射E_10.7指数的计算方法. 利用该方法对实测太阳辐射数据进行处理, 计算获得了2000-2005年的每日E_10.7指数, 并将计算结果 与Solar2000模式的输出结果进行对比分析, 验证了该计算方法的可行性, 对比结果表明, 最大相对误差在20%以内, 平均相对误差均在10%以内.      

基于GPS掩星平均弯曲角的折射率反演研究

利用Abel积分变换通过掩星弯曲角计算折射率需要对高层弯曲角进行统计优化.目前由于所使用的背景场资料和具体反演方法不同,导致所发布的掩星大气数据气候统计值存在一定差异.本文使用2008年1,4,7,10月共4个月的COSMIC大气掩星附加相位数据,从纬圈平均弯曲角廓线反演相应月平均折射率,对反演结果进行比较分析.研究表明,利用掩星折射数据进行气候研究时无需逐一对掩星探测廓线进行统计优化,在40 km以下高度基于平均弯曲角的反演方法与传统统计相比能够获得几乎一致的月平均折射率,在50 km以上高度基于平均弯曲角的反演结果更加接近ECMWF资料统计.      

利用Cluster资料对经验及抛物面磁场模式性能的研究

Cluster的观测区包括太阳风与磁层相互作用的关键区域.本文将Tsyganenko经验模式T96,T01及Alexeev抛物面模式A2000的模拟结果与Cluster的磁场资料进行了详细对比,研究了两种模式对于近地点分别位于日侧及夜侧磁层的不同Cluster轨道上磁场的模拟性能.结果表明: (1)Cluster近地点附近轨道上的磁场主要受Birkland电流影响,T96,T01能很好地估计电流系位置,但对其强度模拟有所偏差,由于A2000不包含Ⅱ区场向电流,因此模拟不出近地点附近的磁场扰动; (2)对于0＞Dst＞-100 nT情况,T96与T01性能相当,但由于缺少部分环电流,T96对于日侧昏线附近的磁场模拟偏差大; (3)T96与T01对夜侧近地点轨道上磁场模拟的均方根相对误差为40%左右,受极尖区电流影响,日侧时误差上升到50%,而A2000均方根相对误差明显偏大,均为58%左右.      

电离层掩星反演的TEC修正反演法

电离层掩星数据反演的传统方法是采用改正TEC的Abel 变换反演法, 实际电离层的非球对称性会给电子密度的反演结果带来误差. 文中研究了利用TEC修正方法结合背景场来剔除TEC 受电子密度水平变化的影响, 改善球对称假设适用性, 提高反演精度, 并应用此方法于模拟掩星事件的反演. 结果表明, 与传统的Abel 变换反演相比, TEC 修正反演法能够减小反演误差. 用TEC 修正反演法对不同方法获取的背景场的反演结果比较表明, 背景场与实际场吻合的程度越高, 反演效果越好.