卫星应用技术在地学研究中的发展现状

卫星应用技术与地学研究很早就存在密切的联系,从最初单一的遥感应用发展到包含遥感(RS)、地理信息技术(GIS)、全球定位系统(GPS)等多种技术在内的空间信息技术,卫星应用技术促进了地学理论研究和定性、定量的分析验证,加速了地球科学的发展.本文综述了近年来地学领域卫星应用技术的主要方向和现状.     

根据多卫星高度计海面高数据推算南中国海及菲律宾海域重力异常

t Gravity anomalies on a2.5 ×2.5 arc-minute grid in a non-tidal system were derived over the South China and Philippine Seas from multi-satellite altimetry data. North and east components of deflections of the vertical were computed from altimeter-derived sea surface heights at crossover locations, and gridded onto a 2.5 × 2.5 arc-minute resolution grid. EGM96-derived components of deflections of the vertical and gravity anomalies gridded into 2.5 × 2.5 arc-minute resolutions were then used as reference global geopotential model quantities in a remove-restore procedure to implement the Inverse Vening Meinesz formula via the 1D-FFT technique to predict the gravity anomalies over the South China and Philippine Seas from the gridded altimeter-derived components of deflections of the vertical. Statistical comparisons between the altimeter-derived and the shipboard gravity anomalies showed that there is a root-mean-square agreement of 5.7 mgals between them.     

基于卫星地面站天线状态预测的任务再规划

集成运行控制系统(Integrated Operation and Control System,IOCS)是极轨气象卫星地面应用系统的重要系统之一,其主要作用之一是规划多卫星地面站接收任务,确保全球资料的完整获取。当卫星地面站某个天线出现异常或不可用时,若仍按原有的任务规划进行数据接收,将直接造成全球资料的不完整,因此需要研究卫星地面站天线状态的预测和相应的任务再规划技术,从而及时发现和处理卫星地面站的天线异常、降低连续多轨数据接收失败风险,最终达到提高极轨气象卫星数据接收成功率的目的。文章设计了基于统计分析的卫星地面站天线状态预测方法,并研究了对后续系统运行改变最小、易实现和结果可复核的任务再规划方法。     

基于FY-4A卫星和随机森林算法的西藏山南市雷电短临预报方法

针对青藏高原地区雷电短临预报缺乏雷达资料的问题,采用FY-4A卫星多通道数据、欧洲中心第5代再分析资料(ERA5)中的对流指数、闪电定位仪资料等多源监测数据,根据雷电的发生、发展机理,提出了18个关键预报因子,利用随机森林算法建立了适用于西藏山南地区的雷电短临预报模型。统计分析各预报因子在有无雷电天气样本中的概率密度分布与随机森林模型得到的特征重要度指标,结果表明提出的预报因子物理意义明确,建立的模型可信度较高。利用随机森林算法分别对未来10 min、20 min、30 min建立雷电预报模型,并与光流外推预报方法进行对比检验,结果表明：随机森林模型预报效果命中率(POD)、临界成功指数(CSI)均高于光流法,空报率(FAR)也相对较低;未来20 min的随机森林预报模型CSI评分最高,整体预报效果最佳。     

基于数据传输特性的卫星广播通道参数优化方法与应用

中国气象局卫星广播系统（CMACast）是全球对地观测广播系统（GEONETCast）框架下三大对地广播系统之一,在世界气象组织信息系统（WIS）和综合卫星数据分发服务系统(IGDDS)框架下,承担亚太地区气象数据广播分发的职责。随着气象业务的发展,广播系统数据量由180 GB/天增长至460 GB/天,在广播带宽资源有限而广播数据种类和大小各异的情况下,系统管理员越来越难以通过经验对广播通道参数调整以保持广播系统播发效率,造成部分通道数据播发时效下降严重,不能满足业务时效要求。通过对不同气象数据传输特性的定量分析,获得各类数据的精细化数据传输样本,在此基础上对各类数据广播通道参数进行科学、定量的计算和优化,使数据播发时效明显提升,应用到实际广播业务中效果明显。     

GPS观测数据的建模与仿真

在研究GPS系统的基础上建立了GPS观测数据的仿真模型,编制了相应的计算机程序。仿真模型包括卫星参数模型、动力学模型和观测误差模型。仿真计算表明,卫星参数模型和动力学模型真实地反映了卫星的运动规律;误差模型反映了观测环境对信号传播的影响。同时可以调节和选择仿真模型的参数,仿真选择了地面静态和地面低动态的观测数据,这对于论证GPS定轨、导航算法、设计GPS接收机等有一定的实用价值。     

宁夏一次短时暴雨天气的跟踪预报分析

用卫星云图、雷达对2008年8月7日强对流天气产生的暴雨过程跟踪观测资料,结合自动站地面降水实况和WRF模式风场资料进行短时预报分析.结果表明:扩散东移冷空气和副热带高压边缘偏南暖湿气流的共同影响下,大气层结不稳定发生强烈的强对流天气;利用卫星云图,新一代天气雷达基本反射率强度图、0.5°仰角基本速度图和风廓线产品跟踪监测,综合分析预报短时暴雨天气是有效的方法.     

GNSS授时原理及其精度分析

地震仪授时的准确程度直接影响地震定位能力。目前地震仪均采用卫星定位导航系统进行卫星授时。地震仪中的授时模块易受射频干扰,进而导致地震仪授时不准。研究认为高频元件、电源模块、线路设计及地线部署是产生射频干扰的主要原因。本文在实验的基础上发现,增设隔离板、替换元件、优化线路设计及调整地线部署可以稳定地降低地震仪系统对授时模块的电磁干扰,所用技术可应用于提升地震仪的授时准确度。     

汶川MS8.0级大震前天基与陆基电场资料联合应用研究

利用边际谱方法对2008年5月12日四川汶川地震前天基和陆基电场变化情况进行了联合分析研究,结果表明:(1)空间电场方面,由重复轨道和连续轨道电场边际谱演化看出,电离层电场从2008年4月27日左右开始,其边际谱出现了明显的增强现象(增大1~2个量级),这种现象一直持续到汶川地震发生.(2)陆基电场方面,中法合作的松山台从4月25日~29日开始出现电场边际谱增强现象(增大2个量级),成都台、陇南台和天水台在4月10日~14日开始出现了边际谱增强现象(增大2个量级),天水台和陇南台边际谱增强现象出现时间与成都台相差不大,但结束时间不完全相同,松山台、天水台的结束时间要早于陇南台和成都台.(3) 陆基和空间电场边际谱出现增强现象的时间来看,二者有较好的一致性.     

集成奇异谱分析和自回归滑动平均预测日本近海海平面变化

本文从日本沿岸选取了28个验潮站及联测的GPS站,利用奇异谱分析（Singular Spectrum Analysis,SSA）和SSA+自回归滑动平均（Auto Regression Moving Average,ARMA）方法预测了2014—2018年的近海海平面变化和地壳垂直变化.并用同时段的验潮及GPS的实际测量值进行验证,结果显示,SSA+ARMA预测的相对海平面精度为0.0357~0.0607 m,地壳垂直运动的精度为0.0049~0.0077 m,绝对海平面的精度为0.0433~0.0683 m,且三者SSA+ARMA的预测结果均优于只用SSA预测的结果.在此基础上本文利用SSA+ARMA预测了日本沿岸2019—2023年的近海绝对海平面变化,结果显示,2019—2023年的平均海面高较往年（2014—2018）升高0.0353 m,2003—2023年绝对海平面的变化率为0.0039 m·a^-1,预测结果较为理想.