MSISE90大气密度模型及其在GPS无线电掩星中的应用

本文简略介绍了MSISE90大气密度模型，它是以提高低高度大气密度计算精度为目标，基于MSIS86模式，采用不相干散射雷达和卫星质谱仪测量资料，在半经验公式的基础上进行拟合处理而成；并指出了Hedin对该模型的修正之处，并将该模型应用于GPS无线电掩星反演中性地球大气参数的先验温度序列的生成。     

GPS无线电掩星数据处理系统

GPS无线电掩星技术能提供高精度、高分辨率、全球覆盖的地球电离层和中性层大气剖面。它具有全天候、低费用、无系统长期漂移等优点。从1995年4月至1997年3月,首次GPS／MET试验的成功显示了GPS掩星技术对监测全球大气能够发挥重要的作用,从而成为当前空间探测技术的研究热点之一。该文主要叙述了无线电掩星技术的数据处理系统的有关情况,并介绍了美国UCAR的掩星数据处理系统CDAAC的概况,可作为我国开展无线电掩星计划有关工作的借鉴。     

卫星圆轨道假设对GPS无线电掩星反演地球大气参数的影响

给出GPS无线电掩星反演地球大气参数过程中计算大气折射角的解析表达式，以圆轨道假设下的大气折射角计算值为先验约束，采用迭代法对不引入圆轨道假设情况的大气折射角进行归算，在此基础，利用反演方法得到了引入和不引入圆轨道假定两种情况下大气参数（气压和温度）的差分序列，结果表明：卫星圆轨道假设对GPS无线电掩星反演大气参数的影响，在气压方面为1mbar左右，而在气温方面为1K左右，这一结果支持了目前无线电掩星定性误差估计研究中通常引入卫星圆轨道假设这个近似处理方法的合理性，同时也表明：若在高精度反演地球大气参数时，摒弃圆轨道是必要的。     

GPS无线电掩星监测地球大气技术中的一种长时间序列地面测点方法

ＧＰＳ无线电掩星技术是从行星无线电遥感探测技术发展而来。从８０年代末以来,这种技术在气象学的应用研究中获得新的发展,自从第一颗实验低轨地球卫星（ＬＥＯ卫星）ＭｉｃｏＬａｂｌ在１９９５年４月３日发射升空以后,它所获得的数据和成果已经证实了ＧＰＳ无线电掩星技术在地球大气分层结构的探测上所具有潜在科学价值。但是,延长地面测点的时间覆盖无疑对这种技术在气象和大气的研究上有很大的好处,因而提出一种用低轨通约     

上海天文台GPS掩星技术研究现状

简要地介绍了GPS/LEO卫星无线电掩星技术的基本原理、意义以及国际上的最近动态 ,列举了几个主要的LEO卫星计划 ;重点分析了GPS掩星探测地球大气技术中需要注意的若干问题 ,并推出可能采取的改进方案和相应的技术路线。上海天文台在GPS/LEO空基气象学中已经成功地提出 :通过通约LEO/GPS轨道方法 ,实现掩星地面观测点控制的新思路。作为一个应用实例 ,针对东中国海洋上空大气状况对中国东部经济发达的地区特别是上海地区的天气有着重要影响的背景 ,提出利用通约LEO/GPS卫星可对该地区大气实施监控。为了充分利用GPS/LEO掩星观测资源 ,上海天文台开展了振幅反演的计算方法研究 ;提出了在振幅反演中存在着无线电信号几何衰减和物理衰减两种不同的衰减机制 ,并考虑了它们的数学模型以及对反演结果的影响。简要地叙述了掩星质量因子的定义和计算方法。作为国内天文地球动力学研究中心 ,上海天文台将与国内外一些合作单位考虑建立GPS/LEO掩星技术观测处理的软件系统。作为空基GPS气象学的推广 ,还考虑进行山基和飞机载掩星观测实验 ,论证用这些方法监测局部大气剖面的可行性以及它们在国民经济和科学研究上的作用     

GPS掩星折射率剖面一维变分同化

近年来,GPS／LEO(全球定位系统／低地球轨道)卫星无线电掩星技术给出了地球大气探测的新途径．从LEO卫星观测到的掩星数据可以反演的地球大气的气压、水汽、温度等剖面;它们对气象和大气科学研究,是具有潜在价值的数据资源．掩星数据资料的同化技术可以有效地改进这些气象参数的剖面,从而改进目前的数值天气预报模式．在当前采用的一维变分同化反演技术中,可以用掩星观测资料的大气折射率或弯曲角剖面进行同化,来反演大气水汽和温度剖面以及海平面压强．作为独立自主开发的GPD／LEO掩星技术系统的一部分,以欧洲中尺度天气预报分析(ECMWF)资料为背景场,CHAMP 掩星观测得到的折射率剖面为观测值,采用Levenberg—Marquardt方法实行GPS掩星资料一维变分同化．在讨论中,用掩星观测点附近相应的探空气球资料来检验CHAMP掩星资料变分同化的结果．     

掩星情报站

七月份适合观测的掩星事件数量也比较多,共有三次月掩星和四次小行星掩星现象,在这几次月掩星中,被掩星最亮的为2．9等。而小行星掩星中,被掩星最亮的为8．1等,这几次小行星掩星的最长掩食时间均不超过两秒钟。     

上海天文台GPS掩星技术研究现状

简要地介绍了GPS／LEO卫星无线电掩星技术的基本原理、意义以及国际上的最近动态，列举了几个主要的LEO卫星计划；重点分析了GPS掩星探测地球大气技术中需要注意的若干问题，并推出可能采取的改进方案和相应的技术路线。上海天台在GPS／LEO空基气象学中已经成功地提出：通过通约LEO／GPS轨道方法，实现掩星地面观测点控制的新思路。作为一个应用实例，针对东中国海洋上空大气状况对中国东部经济发达的地区特别是上海地区的天气有着重要影响的背景，提出利用通约LEO／GPS卫星可对该地区大气实施监控。为了充分利用GPS／LEO掩星观测资源，上海天台开展了振幅反演的计算方法研究；提出了在振幅反演中存在着无线电信号几何衰减和物理衰减两种不同的衰减机制，并考虑了它们的数学模型以及对反演结果的影响。简要地叙述了掩星质量因子的定义和计算方法。作为国内天地球动力学研究中心，上海天台将与国内外一些合作单位考虑建立GPS／LEO掩星技术观测处理的软件系统。作为空基GPS气象学的推广，还考虑进行山基和飞机载掩星观测实验，论证用这些方法监测局部大气剖面的可行性以及它们在国民经济和科学研究上的作用。     

非圆轨道GPS/LEO掩星反演地球大气参数的算法及讨论

在非圆轨道GPS和LEO卫星条件下，给出一种较为直接的GPS／LEO掩星反演地球大气参数技术中弯曲角序列的迭代算法，并在理论上对该迭代法的收敛性进行了严格的数学证明．利用GPS掩星反演模拟程序，定量估算了卫星圆轨道假设对GPS／LEO掩星反演地球大气参数的影响，并验证了在非圆轨道条件下各种迭代法的一致性．指出了文献中给出的级数展开迭代算法的不足之处．     

掩星情报站

在阳春四月春暖花开之际,适合观测的月掩星现象仅有一次,而适合观测的小行星掩星现象多达10次之多。其中一次现象掩食最长时间长达11.5秒,在这些掩星现象中,最亮的被掩星为6.3等,极其适合观测。     

高层大气密度的午夜极大值特征分析与建模

利用CHAMP (CHAllenging Minisatellite Payload)、GRACE-A (Gravity Recovery and Climate Experiment-A)、SWARM-C (The Earth''s Magnetic Field and Environment Explorers-C)等3颗极轨卫星的资料, 研究360—480km高层大气密度在低纬度区域的午夜极大值(Midnight Density Maximum, MDM)现象. MDM一般出现在23:00- 02:00 LT (Local Time)之间,峰值位置在低纬度15°以内,谷值位置在中纬度35°-45°附近,整体略偏向南半球,振幅约为平均密度的26%.随着高度增大以及太阳辐射水平的增强,MDM振幅呈减小趋势;冬至和夏至日附近的季节效应会减弱MDM振幅,在春秋分日的振幅最大.用3个主流大气模型DTM2000 (Drag Temperature Model 2000), NRLMSISE00 (US Naval Research Laboratory, Mass Spectrom-eter and Incoherent Scatter radar)和JB2008 (Jacchia- Bowman 2008 model)对MDM进行模拟,JB2008没有刻画出MDM现象;另两个模型低估了MDM效应,在360km和480km两个高度DTM2000模型的振幅仅为观测的46%和53%, NRLMSISE00模型仅为观测的33%和26%;模型没有准确刻画出MDM与高度、辐射水平和季节的关系.联合3颗卫星的资料,研究了-种基于地理纬度的6阶勒让德多项式,同时融合地方时和高度因素的经验函数,在振幅和相位上可以较好地刻画MDM特征,相关系数达到0.923,可为大气密度模型的修正提供借鉴,服务于低轨道航天器高精度轨道预报.     

关于大气分布模型

简述了大气垂直分布情况和高空探测方法,分析了目前只能采用球对称大气分布模型的原因;论证了随观测站、随方位而异的天文大气折射实测模型和折射延迟改正模型,已经包含了观测站上空大气实际分布的非球对称特性,不必再去寻找或建立随地势而异和随季节而变的大气分布模型,避免了大气分布模型选择不当的影响,从一个方面为提高天文大气折射改正精度和电磁波大气折射延迟改正精度提供了保证。     

甘肃金塔地区大气对太阳射电辐射吸收的测量研究

2008年8月1日,在我国西北的新疆、内蒙、甘肃等地区可以观测到一次日全食的天象,紫金山天文台太阳射电团组在甘肃省金塔用两架太阳射电望远镜对这次日全食进行了观测,并成功地取得了观测资料.为了科学分析观测资料,在日全食的前两天,实测了当地的大气吸收.着重分析这些观测数据,结合太阳射电方法,测得在λ=2.4 cm和λ=8....     

大气角动量变化以及对地球自转季节变化的激发

利用日本气象局AMIPⅡ大气数值模式的输出结果，基于BP方法和SP方法计算了1979年至1996年大气角动量变化以及对地球自转季节变化激发的差异。利用最小二乘谐波拟合方法和气候平均图方法，分析了大气角动量的季节变化，并与同时期采用NCEP再分析资料和JMA客观分析资料计算的大气角动量进行比较。     

GPS/LEO掩星技术中超折射效应的修正

在GPS掩星探测地球大气技术中，Abel积分变换要求大气折射指数n是折射半径a的单值函数，当大气折射率的垂直梯度达到小于一个极限值dN／dr≈-0．16N-unit m^-1上述单值性不成立，称其为超折射，此时Abel积分变换不再适用,如果还是在形式上应用经典的Abel变换，在反演结果中就会产生负大气折射率偏差．描述了低对流层中超折射现象的物理特性和数学表示；在广义Abel积分变换的基础上，讨论了超折射层内和超折射层下的大气剖面反演算法；选择了一个简单的采样间隔内等大气折射率垂直梯度假设，对英国高分辨率无线电探空观测资料进行模拟计算，验证了负超折射与大气折射率偏差的关系，并提出的广义Abel变换的合理性.     

上海天文台CHAMP掩星资料处理结果的统计分析

随着GPS全球定位系统的发展,已经有可能使用GPS掩星技术反演精确的大气温度,压强和湿度剖面．在概要地描述上海天文台(SHAO)开发的GPS掩星数据资料反演地球大气流程模块以后,分析了2002年8月1日至2002年8月17日期间2700多次CHAMP掩星数据资料的结果,并且与欧洲中尺度天气预报分析(ECMWF)资料进行比较和统计分析,讨论了CHAMP掩星数据的质量,并分析了CHAMP掩星数据的观测误差和ECMWF的分析模型误差．提出了一种优化的统计分析方法,它能更客观地反映GPS掩星技术的外部符合．统计分析结果表明GPS掩星数据将有可能成为数值天气预报和长期监测地球气候的非常有价值的数据资料．     

Influence of the Atmospheric Tides on the Earth Rotation

Spectral analysis of the components of the relative atmospheric angular momentum vector is performed based on the series of these components for the 6 h intervals within the period of 1958–2000. These series have been computed in the Subbureau of the Atmospheric Angular Momentum of the International Earth Rotation Service using the NCEP/NCAR reanalysis of atmospheric observations. The basic harmonics of diurnal tides are determined. New results on the fortnight's and week's duration oscillations of the equatorial components of the atmospheric angular momentum are obtained. The zonal tides transformation mechanisms in the atmosphere are discussed. It is shown that the main mechanism of the zonal tides effect on the atmospheric variability is the amplitude modulation of daily oscillations of the relative atmospheric angular momentum. The effects of the atmospheric tides on the Earth rotation are discussed.     

中性大气折射映射函数和大气折射母函数方法

回顾了作为实用天文学和大地测量学中基本研究课题之一的大气折射函数研究的最新进展;介绍了近几年发展的大气折射母函数方法。对如今广泛地应用在空间测量技术中的几种映射函数,如ＣｆＡ２．２、ＭＴＴ等模型作出评述;特别分析了ＮＭＦ模型的优点和不足之处。还介绍了由大气折射母函数方法引出的大气延迟新连分式映射函数和天文大气折射的映射函数方法,利用ＶＬＢＩ实验中高度截止角与基线长变化的关系和探空气球（ｒａｄｉｏｓ