电离层干扰对GPS掩星弯曲角和温度精度的影响

以MSIS90大气模式和3DNeUoG电离层模式为背景大气,仿真模拟了电离层暴、电离层行扰和电离层槽对GPS掩星弯曲角电离层残差及温度精度的影响。结果表明,在太阳活动活跃期,弯曲角电离层残差在35~50km高度范围内可达1.5μrad,其标准差可达0.9μrad;在15~35km高度范围内可达4μrad,其标准差可达1.4μrad。电离层暴和电离层槽可使弯曲角电离层残差标准差增大20多倍;电离层行扰可使弯曲角电离层残差标准差增大数倍。电离层干扰引起的电离层残差可使15~35km高度范围内温度反演误差高达8K,这样的温度误差会对掩星观测的日平均温度和月平均温度产生显著影响。因此,需要发展新的电离层修正方法;在掩星气候监测中,需加强电离层监测,并结合监测结果剔除电离层干扰误差。     

GNSS大气掩星电离层修正方法研究

对四种主要的电离层修正方法的修正效果进行了对比分析,理论及模拟分析结果表明：由于对伪距的测量精度较低,简单的单频电离层修正法误差较大,一般只对单频接收机或者载波L2的观测数据缺失或质量较差时应用;在双频电离层修正方法中,相位线性组合法由于没有考虑电离层色散引起的电波路径差别,修正效果不如另外几种双频修正方法,多在地面导航中进行高仰角观测时应用。弯曲角线性组合法的修正效果最好,优于其他电离层修正方法。     

利用GPS掩星弯曲角确定对流层顶高度

利用COSMIC提供的GPS无线电掩星观测数据,从掩星弯曲角廓线出发确定对流层顶高度,并分别与对应的掩星温度廓线确定的温度最低点对流层顶(cold point tropopause,CPT)和温度递减率对流层顶(lapse rate tropopause,LRT)、无线电探空(距离掩星事件300km以内、观测时间差异3h以内)温度廓线确定的CPT和LRT进行了对比。     

不同GPS掩星电离层剖面产品相关性分析

将在一定时空限定范围内的不同低轨卫星COSMIC、GRACE、CHAMP、FY3C的电离层掩星电子密度剖面定义为一个掩星对来对比分析不同类型掩星电离层产品。结果表明：COSMIC掩星对之间的电子密度剖面整体轮廓符合得很好,电子密度剖面主要在250 km以下和500 km以上存在较大的偏差,250~500 km的电子密度整体偏差较小,统计得到的COSMIC掩星对的电子密度参量NmF2和hmF2的相关系数能分别达到0.99和0.97,具有高度相关性,不同COSMIC卫星之间没有明显的系统误差;COSMIC、GRACE、CHAMP和FY3C不同低轨卫星间的电子密度剖面略有差异,通过统计电子密度参量NmF2和hmF2之间的相关系数,COSMIC和CHAMP的相关系数分别为0.95和0.86,COSMIC和GRACE的相关系数分别为0.98和0.94,COSMIC和FY3C的相关系数分别为0.96和0.92,不同掩星类型之间的电子密度参量之间也具有高度相关性,验证了不同卫星任务GPS掩星电离层剖面的一致性。     

GNSS／LEO无线电掩星电离层探测仿真研究

无线电掩星是实现全球电离层探测的重要手段之一。针对GNSS／LEO掩星探测电离层的特点,基于电离层掩星的判决条件,通过NeQuick模型实现了电波弯曲角和绝对总电子含量的数据仿真,利用阿贝尔变换法（Abel Transform）和穿刺法实现了电离层电子密度剖面的有效反演,统计分析结果验证了NeQuick模型用于GNSS／LEO无线电掩星电离层探测仿真的可行性。     

无线电掩星反演大气温度的电离层影响

利用掩星的附加相位延迟数据,对标准的几何光学大气反演算法进行了研究。探究电离层的电子密度对温度反演的影响,按照标准的几何光学反演算法得到的干温度与无线电探空仪数据的平均相对误差小于5%。将经过两种方法电离层修正后反演得到的温度与CDAAC的数据进行了对比,实验证明电离层残差对温度反演的影响随着高度的增加而增大,在25km以上是造成温度反演误差的主要因素,弯曲角电离层修正法要优于相位电离层修正法。     

掩星大气反演中的电离层二阶项效应的分析

以MSIS90大气模型、3D NeUoG电离层模型和IGRF11地磁场模型为基础,用三维射线追踪法模拟了无线电掩星中电离层二阶项残差的变化,研究了其在不同太阳活动强度、不同地方时、不同方位角下的变化,以及在全球的分布特征。结果表明,二阶项残余误差通常在亚cm级水平,但在较高太阳活动水平下,或当掩星发生地位于中低纬度地区,掩星方位角约为0°或180°时,二阶项残余误差可达到cm级,而且在全球分布呈现出“三峰”结构。     

利用GPS无线电掩星技术探测大气的探讨

介绍了GPS无线电掩星技术探测大气的原理,分析了GPS无线电掩星技术在监测全球气候变化和提高数值天气预报精度等方面的潜在贡献,最后对其应用前景进行了展望。     

地基GPS与掩星联合的电离层层析成像方法研究

由于有限视角、稀疏布站等原因,地基G PS电离层层析成像存在垂直分辨率不高的问题,联合掩星进行电离层层析成像是一个重要的解决途径。一方面地基G PS观测能保证电离层层析成像的时间连续性和区域覆盖性;另一方面由于掩星信号能够提供地基G PS没有的水平射线信息,提升了电离层层析成像的垂直分辨率水平。利用地基GPS站与COSMIC卫星的掩星观测进行的仿真结果表明：与仅利用地基G PS相比,联合掩星进行电离层层析成像,不仅在电离层电子密度反演精度方面有明显提升,而且在电离层F2层峰值高度（hm F2）和电离层总电子含量（T EC ）的精度方面同样有明显提高。     

山基GPS掩星反演大气对流层折射率系统组成及其程序实现

山基GPS掩星技术因具有较强的实用功能成为目前反演大气研究的热点。结合雾灵山山基GPS掩星试验数据,研究了山基反演大气折射率的主要组成部分,并详细介绍了几个模块的实现过程,最后用程序解算了一段掩星数据。     

GPS无线电掩星技术监测地球大气关键技术

介绍了国内外GPS无线电掩星技术研究进展。针对国内无线电掩星研究现状,从工程化角度出发,分析了国内实施该技术可能面临的多方面制约因素,包括：GPS接收机;星上存储介质和高速数据传输;星载接收机精密定轨;数据同化;星座卫星组网等。     

不同季节GPS掩星廓线精度的比较研究

以1a的探空资料为参照,对南半球4个不同季节COSMIC掩星观测的折射指数、温度及气压廓线在0～30km高度区间的精度进行了分析。结果表明,虽然就整个高度区间平均而言,春季掩星廓线的精度最差,但不同高度区间掩星廓线的精度差别较大。无论折射指数、气压还是温度,掩星廓线在5～25km区间的精度都优于0～5km与25～30km区间。在0～5km的低对流层,由于水汽的影响,夏季的折射指数廓线精度最低;冬季则最高。在5km以上,夏季气压廓线的精度比其他季节高。不同季节各高度层掩星温度廓线的精度则无显著差异。     

空基GPS遥感地球大气参数方法研究

探讨了空基无线电掩星技术应用于遥感地球大气参数方法，并将该方法编制成资料处理软件。对实测资料进行处理和分析后，给出了地球大气参数反演结果。发现指数函数外推法引入数据处理后大大改进了大气温度的归算结果，而对气压归算的影响却很小。比对结果显示我们的遥感结果同国外有关结果基本相符。     

GPS掩星技术反演气象要素的误差分析

利用GPS掩星技术反演气象要素会包含一些误差,误差源有：热噪声、卫星轨道误差、多路径误差、折射率常数误差、气体状态模型误差、电离层改正残差、大气边界条件误差、大气球对称假设误差、几何光学近似误差等。分析表明,通过采取适当措施,可以降低误差源的负面影响,提高反演气象要素的精度。     

利用GPS掩星资料反演地球中性大气参数折射角方法研究

对利用GPS掩星资料反演地球中性大气参数的原理作了简要介绍,在此基础上对消除电离层影响的改正方法、Abel反演积分上限的确定、上边界测量折射角的优化方法进行了探讨。针对UCAR的Level2数据,在数据预处理工作的基础上,利用特定掩星事件的数据进行了反演计算,并对计算结果进行了分析。     

利用星载GPS无线电掩星数据分析全球水汽分布

水汽是大气成分中重要的组成部分,了解全球水汽分布规律及其形成机制对于未来全球气候至关重要。并且,GPS无线电掩星技术用于GPS气象学,为研究者提供了高精度、全球性、连续性的数据资料,特别是海洋及无人区的数据。本研究主要利用GPS无线电掩星数据反演全球水汽所对应的绝对湿度值,从而得到较为精确和全面的全球水汽分布情况,为进一步提升气象预报、未来气候分析的准确性及未来的大气研究提供精确的参考数据。