大气GPS掩星观测反演方法

大气GPS掩星观测可获得全球的大气气象参量剖面信息.本文阐述了地球大气GPS掩星观测反演原理,详细介绍了其几何光学近似反演方法和全谱反演方法,提出了将几何光学反演方法和全谱反演方法结合以形成可以处理多路径掩星数据的反演新方案.该方案和几何光学反演方法应用于GPS/MET和CHAMP大气掩星数据反演,成功地获得了大气参量剖面.结果表明,新反演方案是可行的、有效的GPS大气掩星反演方案.     

基于星载高精度GPS观测数据的大气密度反演

星载高精度GPS观测数据可提供卫星速度和位置信息,而卫星的运行轨迹又与所处位置的大气密度紧密相关,因此可通过求解大气阻力微分方程,由高精度GPS观测数据反演出卫星运行轨迹上的热层大气密度.本文从星载高精度GPS观测数据出发,给出大气密度的反演方法,以及平均平动参数nM、反弹道系数B两个重要参数的解算过程,并以天宫一号为例,给出反演结果与天宫一号观测数据的比对.结果表明,反演结果与观测值符合很好,两者的均方差在2012年1月1日、2月24日分别为8.6%和8.4%,说明利用星载GPS观测数据反演大气密度是有效、可行的,可成为今后获取高精度大气密度的一种方法.     

AIRS卫星温度和臭氧廓线在南极的验证分析

利用2008年中山站、Amundesen-Scott（SouthPole）站和Neumayer站为期一年的温度和臭氧探空数据,对AIRS第六版温度和臭氧垂直廓线产品在南极的精度进行了验证.结果表明,AIRS温度与探空温度总体上具有显著的一致性,其中对流层偏差最小（RMSe < 2℃）,近地面温度由于受到下垫面影响偏差略大（RMSe~2℃）,平流层偏差较大（2℃ < RMSe < 3℃）,AIRS温度平均低于探空观测且受季节变化影响显著,秋冬季偏差整体上高于春夏季.AIRS臭氧反演精度在平流层（RMSe~25%）要优于对流层（RMSe~30%）,RMSe最大值出现在UT-LS区域（可达40%）且在"臭氧洞"期间明显增大.AIRS产品精度在南极沿岸和内陆存在差异,由于南极地区探空资料较少且主要位于沿海,故在南极内陆地区进行探空观测对于提高卫星资料精度,改善该区域天气预报能力具有重大意义.     

北京边界层大气污染物的垂直廓线监测与分析

基于扫描差分光学吸收光谱（DOAS）系统,于2007年8月27日~9月4日期间对北京市朝阳区大气污染物SO2,HCHO,O3和NO2的垂直分布进行了连续监测,并对污染物垂直廓线进行了分析,详细探讨了SO2垂直分布特征以及夜间NO对O3的滴定作用.结果表明,SO2浓度通常没有明显垂直分层分布特征,但在清晨风速较低时呈现负梯度变化.研究发现夜间O3、NO和NO2之间存在稳态作用,表明城市区域O3的滴定主要来自于地面NO的直接排放,显示出NO的滴定作用对夜间O3、NO和NO2的垂直变化起到重要作用.     

GPS无线电掩星技术反演大气参数方法对比

无线电掩星技术是一种探测地球大气的崭新途径.菲涅耳衍射反演是GPS掩星技术中基于物理光学原理的新的反演方法.文章研究了菲涅耳及几何光学方法的反演原理,利用GPS/MET数据分别反演得到了大气折射率及温度廓线.对比分析了菲涅耳衍射方法在10 Hz、25 Hz和50 Hz三个采样频率下不同的反演结果,通过与几何光学反演结果及相应探空数据的对比分析,表明菲涅耳衍射反演得到的结果在对流层,特别是水汽含量丰富的区域中更为准确可靠.     

红河断裂带的GPS观测数据反演

本文利用1999和2003年的GPS观测数据,通过在欧亚框架下的数据反演,并根据断裂带的活动性质和活动性的强弱,将测区范围内的红河断裂带分为三段（见图3示）：北段断裂带、南段断裂带和中间转换区.     

基于Diviner红外亮温数据的月球赤道地区温度廓线模拟

以Diviner红外亮温数据为基础,结合半有限固体的热传导模型,模拟了月壤温度廓线并分析了影响月壤温度廓线的三种因素,为"嫦娥"卫星微波探测仪数据稳定性分析提供可靠依据.利用Diviner通道7红外亮温反演月表温度,代替月表辐射热平衡模型求解月表温度的过程,减少了由于辐射热平衡模型中月表太阳辐照度理想假设引起的误差.通过月壤逐层迭代10000次月球昼夜周期,月球赤道地区6.0 m深月壤底面温度趋于246 K,与以表面辐射热平衡为条件的底面温度模拟值250 K近似.基于Diviner实测数据的月表温度与辐射热平衡模型模拟月表温度对比结果为:赤道地区Diviner实测表面温度比模拟值差异主要分布在月球白天,在受月表地形起伏影响较大的月球昼夜交替的时间段更为显著,约50 K;在月球夜晚,两者差异约2 K.利用Diviner数据与热传导模型模拟得到的月壤温度廓线可当作月壤温度廓线的真实值,作为进一步分析"嫦娥一号/二号"微波探测仪数据的依据.     

GNSS掩星中大气水汽的非线性反演

研究利用无线电掩星探测数据反演大气水汽参数,文中使用一维非线性方法,反演对流层水汽压廓线.首先,定义了一维目标函数,并以几何光学假设为前提,反演出电波弯曲角;将电波弯曲角作为掩星探测量,大气模式输出的温、湿参量作为初始场,代入目标函数,对目标函数求最优反演出水汽压廓线.文中给出了部分反演结果,经讨论分析认为:非线性方法反演水汽压对初始场的精度依赖较小,能够同时反演出大气温度\水汽压廓线及相应的误差分析,对数值天气预报的应用及数据同化研究具有重要意义.     

地基GPS VTEC约束的电离层掩星反演方法

本文在分析GPS电离层掩星Abel积分变换反演的基础上,介绍了一种顾及电离层水平梯度信息的反演新方法,即地基GPS VTEC约束的电离层掩星反演法,并将该方法应用于COSMIC低纬掩星观测资料的反演.初步的统计结果表明,与经典Abel变换反演相比,地基GPS VTEC约束反演的临界频率foF2更接近于电离层测高仪观测的结果.     

与日夜交替线移动相关的中尺度电离层扰动GPS网观测

本文选取由国际GPS服务中心(IGS)提供的北美中纬度地区GPS网TEC观测数据,通过多通道最大熵频谱分析方法研究了2005年（太阳活动低年）地磁活动平静期间日出和日落时由于日夜交替线的移动而激发的中尺度电离层扰动(MSTID),并统计分析其季节变化特性.结果表明：(1) 日出或日落期间,在中纬度地区经常观测到由日夜交替线移动激发的中尺度电离层扰动.扰动主要沿日夜交替线运动方向传播,平均持续时间约2～3 h;振幅在0.2～0.8 TECU之间,水平波长,水平相速度和周期分别为300±150 km,150±80 m/s和25±15 min;(2) 由日夜交替线移动激发的中尺度电离层扰动在春秋分出现率较少;在夏季,扰动在黄昏时出现率达最大值,在日出后少量出现;而冬季则日出后的扰动效应更为明显.分析表明,在中纬地区,这种扰动出现率随季节的变化与不同季节的日出日落时刻太阳EUV辐射通量变化过程的快慢,以及电离层中离子损失过程快慢有关.     

Characteristics of horizontal crustal move-ment in Weihe basin and adjacent zones by GPS observation

Introduction GPS observation results provide high-accuracy and large-range crustal movement data with real time, which makes it possible to obtain the velocity field of current crustal movement in Chi-nese mainland within a short time and check the previous tectonic deformation model. Geoscien-tists at home and abroad have made a great number of researches on the crustal movement in Chi-nese mainland and have obtained many results in this field (JIANG, et al, 2001; WANG, et al, 2001; ZHA…     

基于GPS观测的六盘山断裂震间闭锁特征研究

综合利用1999—2013年中国大陆构造环境监测网络GPS速度场与跨六盘山断裂布设的10个GPS连续站观测剖面, 基于块体-位错模型, 研究了六盘山断裂震间闭锁性质与滑动亏损的空间分布。 结果显示, 六盘山断裂震间闭锁具有明显的分段特征, 其中断裂南段的闭锁程度最强, 滑动亏损速率的平均值最大, 地震危险性最高; 断裂北段闭锁程度弱于南段, 但断层浅部的滑动亏损速率平均值最大, 应变积累速度快, 也具有一定的发震能力; 中段闭锁程度最弱, 滑动亏损速率最小, 发震可能性小于南段和北段。     

Preliminary results on kinematic model of tectonic blocks derived from high precision GPS observations in Southwest China

ＰｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｒｅｓｕｌｔｓｏｎｋｉｎｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｏｆｔｅｃｔｏｎｉｃｂｌｏｃｋｓｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎＧＰＳｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｉｎＳｏｕｔｈｗｅｓｔＣｈｉｎａＬＩＲＥＮＨＵＡＮＧ１）（黄立人）...     

利用GPS连续观测资料进行强震危险性预测的探讨

中国地壳运动观测网络基准站自1999运行以来已经积累了8年多的观测资料,目前针对地震预测、观测对象和数据处理方法,广义地提出了"点、线、面"的分析方法。实际应用表明,利用"线"的分析方法可能是比较好的方法,它最大的优点是在恰当的空间范围内不但可降低噪声,而且可突出异态信息。在目前较低测控能力的基础上,可通过全空间扫描与现象分析发现:①距昆仑山口西地震震中最近的德令哈观测站相对于拉萨观测站在震前较早的时间,其EW向就出现了缓慢变化,乃至闭锁(或无差异变化),直至地震发生为止,持续时间超过2年,闭锁数值10 mm以上,震后恢复正常;②云南地区数次强震震前下关观测站相对于泸州观测站EW向出现了闭锁或低于正常的变化,2003年强震之后恢复正常;最近的普洱强震自2006年初EW与SN向均出现了相对闭锁,两个方向的数值分别接近和达到10 mm;此外,每阶段异常的持续时间均超过1年;③塔什—乌什间EW向在新疆巴楚地震前出现了闭锁性活动,时间2年以上,数值约10 mm,震后恢复正常;目前SN向有相对闭锁迹象,并正在趋于明朗;④鼎新—西宁间EW方向有相对闭锁的迹象,但时间尚短;⑤通过寻找相对"闭锁"区段有可能成为判定强震危险性存在与否的主要方法。由此推测,若普洱6.4级地震后闭锁不解除,川滇菱形块体的西边界构造带及周围地区仍是近期强震最有可能发生的地区,其次是新疆的西天山地区,目前青藏高原东北缘尚不明朗。     

基于GPS和大气传输模型的InSAR大气改正方法研究

利用GPS数据改正InSAR大气影响中,GPS站网的低空间密度是限制改正精度的一个主要因素.文中引入大气传输模型（ATM）来考虑大气状态在时间上的演化,并兼顾了风向的估计,把GPS-ZWD（GPS湿延迟）时间序列观测值转换为空间上分布比较稠密的GPS-ZWD网络,然后利用该稠密网络在空间上内插产生水汽延迟图,来更好地模拟InSAR影像获取时刻的水汽场,提高大气改正精度.实验结果表明,在研究地区有限的数据条件下（即只有6个GPS点的情况下）,GPS+ATM算法在重现大气信号能力方面比单纯的使用影像获取时刻的GPS-ZWD数据要强,并且其对长波的大气误差去除更明显;用来做实验的三幅差分干涉图中,GPS+ATM算法对两幅以长波信号为主的干涉图中的大气影响分别降低了21.7%和22.6%,比仅使用SAR过境时刻GPS-ZWD数据时的结果分别改进了4.5%和8.7%.而对以短波信号为主的干涉图没有明显提高.     

高层大气测风用地基F-P干涉仪的数值模拟

热层大气风场、温度场对热层-电离层耦合研究、热层环流特性研究以及太阳活动和地磁活动研究等有着重要意义,同时其也是航天器飞行环境预报的重要物理基础.目前,由于热层所处位置较高,大气非常稀薄,风场探测难度较大,因此针对热层大气风场的探测手段非常少.Fabry-Perot（FP）光学干涉仪可通过观测气辉来进行风场探测,其对成像系统像质要求不高,在设计中无需过分追求像质,已经成为热层风场测量的重要工具.由于风场观测气辉的辐射强度非常微弱,因此必须进行FP干涉仪测量系统优化,获得相对较强的辐射强度,以提高风场测量精度.但目前,对FP干涉仪系统优化方面的研究较少,且在测风误差评价方面的工作也不充实.本文通过热层测风用固定间距标准具地基FP干涉仪数值模型的建立,解决FP干涉仪设计过程中各参量的优化问题,并提出一种新的测风误差估算方法.数值模型结果分析表明,在目前探测器观测技术水平下,采用全部干涉环参与计算并结合像元合并技术进行风速反演可最大限度地提高测量精度.此外,由于气辉辐射强度是影响热层大气风场测量精度的重要因素,因此在仪器测风精度性能评价时需确定观测对象强度,即气辉的辐射强度.     

山基GPS掩星与自动气象站观测结果比较

山基GPS掩星技术可以精确获得低层大气折射率信息,其观测原理是:在高山的山顶安装GPS接收机,跟踪GPS卫星的低仰角和负仰角信号,通过载波相位的变化求出大气折射造成的弯曲角剖面,从而利用科学反演方法获得观测点高度以下的大气折射率剖面.为了对山基掩星测量数据进行验证,2005年8月1日～29日,在河北雾灵山(40.60°N,117.48°E,2118m)开展了为期一个月的山基GPS掩星观测与其他探测的时比实验.实验所用的JAVAD双频GPS接收机共工作576小时,接收机朝南观测,记录到山基掩星事件1136次,其中上升掩星621次,下降掩星515次.实验期间,在雾灵山顶利用自动气象观测仪每天24小时观测当地的温度、湿度和气压,由此可计算大气折射率.本文利用雾灵山GPS掩星实验所获得的观测数据,成功反演得到大气折射率剖面,并将所得接收机高度的折射率与雾灵山顶自动气象站观测结果进行比对,分析结果表明:山基GPS掩星和自动气象站观测结果是一致的.山基GPS掩星观测可为低层大气环境监测提供大量数据,具有潜在的应用前景.     

Study on Dynamic Characteristics of Crustal Deformation in the Yunnan Area Using GPS

Based on the GPS velocity field data of 1999-2007 and 2011-2013,we used the least squares configuration method and GPS velocity profile results to synthetically analyze the dynamic evolution characteristics of crustal deformation in the Yunnan area before and after the Wenchuan earthquake. The dynamic evolution of GPS velocity field shows that the direction is gradually changed from the south in the southern part of the Sichuan-Yunnan block to the south-west in the southern Yunnan block and there is a clear relative motion characteristic near the block boundary fault zone. Compared with the GPS velocity of 1999-2007, the results of 2011-2013 also reflect segmental deformation characteristics of the block boundary fault zone. Southeast movement shows a significant increase, which may be related to crustal deformation adjustment after the Wenchuan earthquake. The dynamic evolution of strain parameters shows a pattern of "extension in the middle and compression at both ends" in the whole area and the distribution of deformation (shear, extension or compression) is closely related to the background motion and deformation characteristics of the main fault zone. Compared with the results of the period of 1999-2007, the extensional deformation zone of 2011-2013 is expanded eastward and southward. The compressional deformation of the eastern boundary (the Xiaojiang fault zone) of the Sichuan-Yunnan block is no longer significant, which is mainly concentrated in the northern section of the Xiaojiang fault zone and may be related to the post-seismic deformation adjustment of the Wenchuan earthquake. The GPS velocity profile results show that the left-lateral slip velocity of the Xiaojiang fault zone reduced gradually from north to south (10mm/a-5mm/a), and the width of the northern section is wider. The right-lateral slip rate of the Honghe fault zone is about 4mm/a, and the deformation width is wider. The dynamic results show that the Wenchuan earthquake has little effect on the deformation modes of these two fault zones.