地基探测与NCEP GFS模式预报云量在ARM SGP站点对比

使用大气辐射测量实验(Atmospheric Radiation Measurements:ARM)在美国南部大平原站点(Southern Great Plains:SGP)长时间序列(2001 2010年)的地基主动遥感云(Active Remote Sensing of Clouds:ARSCL)和美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction:NCEP)全球预报系统(Global Forecast System:GFS)模式预报资料,对比分析了两者云量在不同时间尺度内(年际、月份和季节)的差异。结果表明,GFS模式预报总云量为83.8%,略高于地基观测结果(78.1%);两者总云量差异在秋季最大(8.8%),春季最小(2.2%)。在低垂直高度分辨率(≥3 km)时,地基探测低云、中云和高云的云量分别为46.1%、43.5%和61.2%;模式预报三类云的云量均要高于地基探测的云量,差异分别为9.6%、17.2%和9.1%。但是,在高垂直分辨率(250 m)时,地基探测云量在大多数高度层上要高于模式预报结果。这应该是两种资料廓线中有云出现的高度层数目存在差异引起的。地基观测和GFS模式预报同时表明,SGP站点上空云量垂直廓线呈现双峰结构,在边界层附近(1 km)和上对流层区域(8-12 km)云量较大,2-3 km高度范围内云量较小。在春夏秋冬四个季节内,两种资料在低层边界层附近的最大云量偏差分别为9.5%、8.8%、7.8%和11.2%。     

月球构造新认识：基于60m高精度全月月形图的月球构造形态学研究

一直以来月球上都没有发现像地球上一样的全球板块构造现象,被认为是属于单板块构造的行星体并且是不活动的。随着月球地形探测精度的提高,人们逐渐发现了一些地质现象表明月球并不像之前想象的一样是不活动的。高精度的月形数据显示出了月球上除了存在众所周知的(撞击作用产生的)复杂的撞击构造外,仍然存在许多可能由内生作用产生的构造特征:如裂谷、山脊、火山群等。本文利用最新高精度月球激光高度数据(LOLA数据)建立了全月60m(相当于7秒网格)高精度月形图。由于数据量超大(TB级别),作者编写了基于并行架构的集群计算处理代码,其计算效率提高了近300倍。基于这些图件,作者在全球范围内找出许多重要的构造现象,并根据其构造及地质特征进行分类研究。研究结果表明并不像之前认识一样,月球上的确存在许多地质构造体是由月球的内生地质作用所产生,并建立对于月球结构和构造的新认识。此外,通过对比发现,像地球上全球尺度的线性山脉只是板块构造运动的结果;另一方面,在无板块构造的行星上,就像月球一样,会产生大面积的高地(月陆)和低地(月海地区),这种地质现象很有可能是行星地壳岩浆演化的直接结果。在文章最后,作者还将制作出的60m分辨率的全月月形系列图件附后并公开,以方便其他科研人员进一步开展相关研究;并以此敬献中国地质科学院60周年庆典。     

利用Abel-Poisson径向基函数模型化局部重力场

多种类型高分辨率重力场数据的不断增加,使得在局部范围内精化重力场模型成为了可能。本文采用Abel-Poisson核将重力场量表示成有限个径向基函数线性求和的形式,对局部区域的多种重力场数据进行联合建模。为了提高运算速度,运用了基于自适应精化格网算法的最小均方根误差准则(RMS)来求解径向基函数平均带宽。以南海核心地区为例,联合两种不同类型、不同分辨率的重力场资料(大地水准面起伏6'×6'、重力异常2'×2'),构建了局部区域高分辨率的重力场模型。所建模型表示的重力场参量达到了2'×2'的分辨率,对原始的重力异常数据(2'×2')拟合的符合程度达到±0.8×10-5m/s2。结果表明,利用径向基函数方法进行局部重力场建模,避免了球谐函数建模收敛慢的问题,有效提高了模型表示重力场的分辨率。     

广义残差地形模型及其在局部重力场逼近中的应用

研究了残差地形模型中的非调和性问题,比较了基于棱柱体和球冠体的积分模型,提出了基于球冠体积分的广义残差地形模型。以泊松小波径向基函数为构造基函数,结合广义残差地形模型,融合多源实测重力数据构建了局部区域重力场模型。研究结果表明:基于棱柱体积分的残差地形模型精度较低,在山区可能引入毫伽级以上的误差,建议采用更为接近真实地形表面的球冠体积分模型。相比于原始的残差地形模型,基于球冠体积分的广义残差地形模型能更为精确地逼近局部重力场模型中地形因素引起的高频效应。     

重力场数学拟合模型解的影响因素探究

为了提高地球重力场模型不适定方程求解的精度,该文采用谱分析方法从级数展开阶数、数据采样率及数据缺失量3个方面探索影响数学拟合效果的根本因素:从常用的三角级数及勒让德级数模型出发,引出重力场拟合模型球谐函数模型,观察在改变级数展开阶数、数据采样率及数据缺失量等情况下所对应设计矩阵谱结构的变化,并从微观上研究影响误差分配的有关因素及最小奇异值对误差的决定性作用,为探求重力场模型解不准的原因及实现更高精度的全球重力场模型的建立提供参考。     

北斗系统姿态测量中周跳探测与修复方法

针对姿态测量基于短基线精密相对定位,而观测值的周跳直接影响基线解算精度,将导致姿态解算结果数据质量下降的问题,提出了姿态测量应用中的周跳组合探测修复方法。文章在分析姿态解算原理及误差影响程度的基础上,结合经典电离层残差法和多项式拟合法,探讨其在北斗卫星导航系统中周跳探测修复的方法原理、缺陷及对北斗数据探测修复效果,结合实际情况提出了姿态测量应用中的组合探测修复方法。采集真实数据实时解算,定量计算了修复后的基线解算精度和姿态测量效果,验证了所提出的方法可用于实际测量解算,处理后的姿态测量精度满足使用需求,研究结果对北斗姿态解算有参考价值。     

双频BDS实时精密单点定位算法和精度分析

为了对BDS实时精密单点定位性能进行评估,该文提出了一种适用于BDS系统的实时精密单点定位算法。采用无电离组合模型作为双频实时精密单点定位的数学模型,采用电离层残差法和Melbourne-Wübbena组合实时探测相位周跳,进而单历元实时估计坐标、模糊度等参数,实现了BDS双频实时精密单点定位算法。基于此算法,采用轨道钟差产品和采样间隔为1s的观测数据,模拟实时BDS双频精密单点定位算法,并评估其定位精度。实验结果表明:BDS双频实时定位的平面精度和三维精度均为0.2m左右。     

基于光谱特征的月球岩性分类方法研究——以Apollo 16登月区域为例

利用NASA行星数据系统提供Apollo计划登月点采样线路影像数据,通过与嫦娥二号CCD数据、印度M~3数据空间校正获得采样路线坐标。开展嫦娥二号CCD数据与印度M~3数据MAP(后验概率)融合并选择Apollo 15、Apollo 16-62231的LSCC测得的标准岩石双向反射率光谱与M~3、嫦娥二号进行交叉定标。本文采用月球岩石光谱谱型全特征分析方法,选取涵盖Apollo计划登月获取的36个基站主要岩性87种、285件岩石样品,利用校正后的M~3数据分析月球典型岩石各阶吸收反射特征,建立月球典型岩石标准遥感影像光谱库,此后应用Apollo 623个岩石样品进行对比得到很好结果,同时完成Apollo 16登月点周围领域岩性分布图,并讨论了研究区的岩石成因,Apollo 16区域形成于高地大撞击,在早期的研究中已经被用于划分月球年代,本文方法对于月球岩石类别研究与理解月球的岩浆演化具有重要的研究价值。     

低温低压条件下辉石粉末的热导率实验分析:对月球及火星表面热环境研究的指示

在真空条件下矿物粉末热导率的实验测量,可为我们研究月球及行星表面的热属性和热演化,解译热红外和微波探测数据,开展月球及行星探测载荷设计提供重要的数据参数。本研究主要采用改造后的Hot Disk TPS 2500S导热仪对辉石粉末的热导率进行测量。同时,分析了真空度、温度对辉石粉末热导率的影响。实验结果表明:1)热导率随着真空度的降低呈下降趋势,大气压力在1000Pa时,辉石粉末热传导机制发生明显改变。在低压条件下(1000Pa)热导率随真空度的变化趋于平缓;2)辉石粉末热导率随温度的升高而增大,但是增大的幅度在低压和常压条件下存在明显差异。根据实验结果,提出了低压条件下辉石粉末热导率随真空度和温度变化的关系式。本研究表明,在月球和火星表面热环境的研究中,温度和压力对热导率的影响程度是不同的。上述结果对未来开展地外样品的热导率测量提供了重要的参考。     

月球典型撞击坑溅射物研究及对月球地质编图的意义

撞击坑是月表最典型的地质单元,其溅射物作为撞击坑的坑外组成部分可分布到距离坑中心10个直径距离之外的区域,因此撞击溅射物也是月球地质编图中最重要的表达要素之一。本文使用月球勘测轨道器(LRO)的激光高度计(LOLA)数据、广角相机(WAC)影像、窄角相机(NAC)影像以及Clementine的UVVIS多光谱数据,研究了哥白尼纪正面月海区直径31km的Kepler撞击坑和背面月陆区直径30km的Necho撞击坑。哥白尼纪撞击坑溅射沉积物可以分为三个相:连续溅射沉积相(CE)、不连续溅射沉积相(DE)和辐射纹(CR)。连续溅射沉积相分布在最大约2.6个半径范围之内,不连续溅射沉积相分布在最大近11个半径范围之内,辐射纹分布在最大近29个半径范围之内。本文强调了多源数据结合在识别撞击坑溅射沉积物中的作用,对Kepler坑和Necho坑溅射沉积物进行了填图,不对称分布的特征表明这两个坑可能形成于倾斜撞击。