GPS-LEO掩星探测地球大气的方法

近年来伴随导航定位技术与无线电掩星技术的结合，一种崭新的遥感地球大气的方法-Global Positioning System/Meteoroloby(GPS/NET)应运而生，该方法可以有效地探测大气温、压、湿等气象参数。本文在介绍利用GPS-LEO掩星技术探测地球大气的原理，以及反演大气参数的方法、步骤的基础上，给出了模拟掩星数据反演出的温度廓线、密度廓线及部分GPS/NET实验数据的初步反演结果。通过分析可以看出，利用掩星技术反演出的温度廓线与大气实际情况相符，并且与ECMWF、NCEP的结果吻合较好。在干空气假设条件下，近地面大气的反演结果与实际情况还存在一定误差，有待深入研究解决。     

基于GPS掩星技术反演大气参数模型的优化

准确掌握地球大气中的水气分布，了解水气变化趋势对天气现象、全球气候变化、数值预报具有理论研究及实用价值。以无线电掩星技术为基础，利用掩星数据反演大气参数剖面。对原反演模型的不足进行了论证，并给出了反演个例。详细地论述了通过引入MM5先验温度T再通过线性迭代的方法反演对流层下部水汽廓线原理，给出了优化后模型反演个例。并对模型优化后反演廓线中存在的问题进行了分析，提出了下一步优化方向。     

从MODIS数据中反演大气廓线和地表参数

MODIS的设计目的是能够每隔1-2天测量一次全球范围生物的和物理的过程.我们可以从该仪器提供的数据中获得进一步的地球表面和低层大气的全球动力和过程信息.对MODIS数据,利用遗传算法,首先从大气温度探测波段中,反演得到大气温度廓线信息;然后从水汽波段中获得水汽廓线信息;最后在已有的温、湿廓线基础上,校正测量辐射亮度数据.校正了大气影响后,利用MODIS29、31、32大气窗口波段,采用比辐射率约束方法(Emissivityboundsmethod)缩小波段比辐射率取值范围,然后采用遗传算法实现陆面温度、波段比辐射率等地表参数的同时反演.模拟试验表明,利用遗传算法可以从MODIS数据中获得较为精确的大气廓线信息和地面参数信息,为全球温室效应和全球变化研究提供支持.     

GF-5 AIUS水汽廓线反演算法研究

针对红外掩星载荷的分层探测特性,本文在Rodgers提出的LM（Levenberg-Marquardt）最优估计算法的基础上进行修改,构建一种适合掩星探测的水汽廓线反演算法。首先,考虑到红外掩星的高光谱数据在反演时存在通道信息冗余的问题,相关的干扰成分信息对反演精度也有严重影响。使用通道选择和敏感性分析选择合适的反演通道,从而减轻计算负担并提高反演效率。其次,采用分层平滑因子修正Rodgers的LM最优估计算法,使算法更适合红外掩星载荷的分层探测特性。最后,为了验证修正算法的可靠性,分别对ACE-FTS观测数据和GF-5AIUS模拟光谱数据进行水汽廓线反演,并对同次迭代的反演结果进行对比。结果表明：对于ACE-FTS观测数据,修正后算法的反演总体相对偏差从±10％降低到±6％;对于GF-5 AIUS模拟光谱数据,修正后算法的反演总体相对偏差从±9％降低到±5％。此外,在部分高度层中相对偏差明显减小,对于ACE-FTS的反演实验,在不同高度层中修正后算法减小的相对偏差百分比超过25.17％;对于GF-5 AIUS反演实验,不同高度层减小的相对偏差百分比超过48.26％,表明修正后的算法使反演效果得到了改善,证实了该算法的有效性。因此,本文提出的算法可以为今后掩星探测水汽廓线的研究提供参考,为预测降雨、天气灾害、维持全球生态平衡等领域的研究提供高质量的水汽基础数据。     

利用GPS/MET与CHAMP掩星资料反演地球中性大气参数的比较

采用Abel积分反演算法 ,在干大气模式下 ,分别针对GPS/MET与CHAMP特定掩星事件的Level2数据进行处理 ,得到了相应的折射指数与大气参数廓线。分别将反演结果与UCAR和GFZ公布的结果进行比较 ,证明了反演算法的正确性与通用性。分析了两个温度反演结果都存在系统误差和CHAMP温度反演结果误差较大的原因 ,并提出了改进建议     

利用MODIS红外资料反演大气参数以及表层温度的研究

提出了用牛顿非线性迭代法同时反演大气参数和表层温度,该反演算法应用到我国渤海地区MODIS红外资料中,可反演得到中尺度范围内的大气温度、水汽廓线,其误差分别不超过1.5 K和18%.反演得到的表层温度、大气可降水量(TPW)和大气稳定度(TTI)与美国国家宇航局(NASA)MOD07产品相似.     

GPS掩星数据反演中的地球扁率影响改正

采用CHAMP实测轨道数据和MSISE-90经验干大气模型，分别将地球作为圆球和椭球，前向模拟了附加相位延迟，然后对模拟数据进行反演。通过不同方案下反演温度廓线与大气模型温度廓线的比较，发现实测掩星数据的反演中，忽略地球扁率影响会给温度反演结果带来较大的误差；而采用相应方法对地球扁率影响进行改正后，温度廓线的误差明显减弱，从而证明了改正方法的正确性。     

雾灵山山基掩星观测反演误差分析

运用山基GPS掩星探测技术对2005年8月河北雾灵山山基GPS掩星观测试验数据进行了处理,获得了接收机高度以下的大气折射率廓线;分析了掩星反演结果的内部符合情况,并利用同时进行的联合探空观测数据,将探空结果与掩星反演结果进行了比对分析.分析结果表明,山基GPS掩星反演大气折射率的内部符合精度优于1%,与常规探空结果的平均偏差为5.9%.反演结果偏小,标准偏差为5.6%.     

遥测地表温度与比辐射率的迭代反演方法──理论推导与数值模拟

首先在地表比辐射率为已知的条件下,提出一个非线性迭代温度反演模型,我们对不同的地表和大气条件进行了模拟计算,结果表明当大气温度廓线误差－２Ｋ－２Ｋ,水汽廓线误差±２０％时的温度均方根误差为０．４８Ｋ。当大气模式误差一个模式时反演的温度均方根误差为０．８５Ｋ。在此基础上,引人相邻像元的概念,相邻像元的大气状况可以认为是相同的,应用两个时相的遥感影像数据,假定在两个相近时相之间地表比辐射率值不变,建立地表比辐射率与温度的反演模型。我们对不同的地表和大气条件进行了模拟计算,结果表明当大气温度廓线误差－２Ｋ－２Ｋ,水汽廓线误差±２０％时地表温度均方根误差小于１．５Ｋ,地表比辐射率均方根误差小于０．０２,地表辐射均方根误差为１％;当大气温度廓线误差－２Ｋ－２Ｋ,水汽廓线误差±１０％时,地表温度均方根误差小于１．０Ｋ,地表辐射均方根误差小于０．６％。     

澳大利亚上空COSMIC掩星廓线的反演

基于几何光学反演方法,由附加相住延迟序列出发,对2007年6月6日发生在澳大利亚上空的一次COSMIC掩星事件进行了反演.将反演得到的折射角、折射率、干温与湿度廓线分别与COSMIC数据分析与管理中心(COSMIC data analysis and archive center,CDAAC)的相应产品进行了比较.结果表明,两者在低对流层存在较显著的差异.以距离该掩星地点300 km以内、观测时间差异2 h以内的无线电探空资料为参照,反演的折射率廓线与CDAAC的折射率廓线在低对流层都存在一定的误差.对于该掩星事件,CDAAC通过变分法反演的湿度廓线并不比本文的反演结果更接近探空廓线;在1 km以下,其变化趋势甚至与探空结果相矛盾.     

GPS与PS-DInSAR方法的大气延迟变化量解算与精度分析

文章研究利用Kriging插值方法对天津地区11个连续运行GPS点网的大气延迟解算结果进行内插,得到区域连续GPS大气延迟变化分布.选择同一区域进行PS-DInSAR处理所得的残余相位主要由非线性形变相位、大气相位和噪声相位组成,尝试在时间域高通滤波和空间域低通滤波处理,得到与GPS同地域同时段的大气延迟变化分量.对所得两种大气延迟变化量进行对比分析,采用求差和均方根误差(Root Mean Square,RMS)进行统计检验,结果表明这两种方法得到的大气延迟变化分量基本一致,进一步集成可望得到更有效的监测结果.     

可见光-近红外波段大气上行与下行辐射分量参数化方法

可见光-近红外波段大气上行、下行辐射是辐射传输建模、成像模拟及大气校正关键的输入参数,根据四流辐射传输理论给出了与二者相关大气参量的数值模型及计算方法,针对Landsat 5 TM 6个波段建立了大气参量与水汽含量、能见度距离和太阳入射天顶角间的参数化模型,在此基础上对各参量间敏感性进行了分析,结果表明参数化模型具备较高精度。同时,计算了各波段大气上行、下行漫射辐射值,对二者在植被和裸土覆盖条件下的差异进行了定量分析。     

结合气象模型的遥感影像大气模糊去除

利用传感器成像时刻对应的观测区域气象参数,结合大气光学湍流参数化模型和气溶胶MTF估计模型,分别计算湍流MTF和气溶胶MTF,再由二者的乘积得到大气MTF,进而采用一种改进的维纳滤波算法实现遥感影像的大气模糊去除。实验结果证明,恢复后影像的客观评价指标以及主观视觉效果均有明显改善,验证了本文算法的有效性和可行性。     

大气竖直折光改正的新方法

本文分析了几种常用的大气折光改正方法,提出了在EDM三角高程测量中,不需要测定气象参数,利用观测双棱镜的垂直角和距离,从大气垂直偏角入手直接推算出大气折光系数公式的新方法。最后并对公式做了精度分析,计算的折光系数中误差能达到±0.05。此方法适用于测区气象条件复杂、不便于精确测定测线全程气象参数的情况。     

风云三号 MWTS/MWHS 大气温度与水汽廓线反演 ——2008 年凤凰台风个例试验

本文结合中国国家标准大气(GB l920-80)与1976 年美国标准大气, 利用MPM (Millimeter Propagation Model, 毫米波传播模型)、ROS(Rosenkranz)模型和本文提出的改进混合模型(MIX, Mixed)计算大气吸收系数。采用 西北太平洋地区中国与日本16 个无线电高空探测仪836 组大气实测数据(海拔高度、气压、大气温度和湿度), 通 过大气辐射传输模型, 按MWTS/MWHS 的工作参数(中心频率、带宽和波段数目), 模拟大气辐射亮度温度, 用以验 证F     

6S辐射传输模型在校正哈尔滨市遥感图像中的应用

由于遥感器在空中获取地表信息过程中,受到大气成分吸收与散射的影响,测量值发生辐射失真。本文通过分析大气成分对辐射传输的影响,探讨遥感图像处理中大气校正的方法。     

Atmospheric tides and rotation of the Earth

The six-hourly values of the atmospheric angular momentum (AAM) functions computed by the U.S. National Meteorological Center (NMC) were used to estimate the effects of the atmospheric tides on the Earth's rotation. Variations of the equatorial components ₁ and ₂ of the AAM have periods close to gravitational tidesP ₁ andK ₁.The amplitudes of the detected variations in ₁ and ₂ functions have been found to be much larger than the theoretical ones, the reason of this amplification remains unexplained. According to theoretical formulations, these waves can be expressed only as retrograde motions. Because of frame effects, there is a correspondance between diurnal retrograde polar motion and precession-nutations and the atmospheric effect on polar motion cannot be detected from observations.The second part of this paper deals the effects of atmospheric tides in Earth rotation. High-frequency UT1 variations have been derived from VLBI and GPS techniques during the SEARCH'92 campaign (Study ofEarth-AtmosphereRapidCHanges) (Dickey et al. 1994). They have been compared to values derived by Ray et al. (1994) from global ocean tide model. The results obtained in the present paper show the existence of variations of thermal origin with an amplitude of about 1µs in Universal Time UT1. The agreement between observed and theoretical values is better when the determined thermal atmospheric tides are taken into account.Oceanic tidal signal explains a large part (60% of the signal variance) of the diurnal and sub-diurnal variations. Our results show that only a small part of the residuals (5%) accounts for the atmospheric tidal effects. The residual signal remains unexplained; it might be due to mismodelization of oceanic or atmospheric tides or effect of other geophysical phenomena.     

高光谱遥感影像的FLAASH模块大气校正与评价

传感器在获取地面信息的过程中,由于大气辐射及散射等原因,传感器得到的测量值与地物的真实值之间存在误差。大气校正是消除辐射畸变,获取地面真实信息,实现遥感数据定量化的基础。研究运用FLAASH大气校正模块,对AVIRIS高光谱遥感影像进行大气校正,选取典型地物,通过光谱曲线变化,植被指数进行校正结果评价,表明大气校正效果明显。且邻近像元纠正功能对其结果有进一步的提高。     

大气湍流对天基遥感系统地面分辨率的影响

分辨率是所有光学成像系统最重要的技术指标之一。当成像系统与待成像目标之间存在大气湍流时,后者便会在不同程度上影响图像分辨率。天基光学遥感更加关心大气湍流对目标地面分辨率的影响。从大气湍流相干长度和到达角起伏两个角度,通过详细的公式推导和数值计算,分别讨论天基光学遥感系统成像过程中湍流对图像地面分辨率的影响。结果表明,地面分辨率0.5 m以上的甚高分辨率遥感成像需要考虑大气湍流因素。     

我国高精度GPS陆海垂直运动监测网的数据处理

为了分离海平面与验潮站所在陆地的垂直运动并获得海平面变化的绝对信息 ,对由沿海 5个验潮站组成的高精度 GPS陆海垂直运动监测网的 1998年一期观测数据 ,采用 GAMIT和 GL OBK软件进行了处理 ,并顾及了影响高程因素中由于方位不对称引起的大气延迟及改进的 Niell模型。最终 GPS监测网达到了毫米级的高程精度。