GPS/VRS实时网络改正数生成算法研究

为提高厘米级网络GPS/VRS实时动态定位的精度和可靠性,系统地探讨VRS网络实时改正数的生成模型,并提出适用于中长距离参考站网络的电离层、对流层以及卫星轨道改正数计算的改进算法。结合四川GPS参考站网络(SGRSN)以及自主开发的虚拟参考站软件平台VENUS系统,对上述改正数生成算法进行试验验证,结果表明其大气误差改正数精度为2~4 cm,轨道误差的影响可基本消除,满足80 km以上中长距离稀疏参考站网络厘米级实时动态定位服务要求。     

东西传播路径上JJI台站甚低频信号的日出效应研究

甚低频(VLF, Very Low Frequency)波的频率范围为3~30 kHz,因其在地球-电离层波导中传播损耗小、传输距离远而被用于低电离层遥测的相关研究.本文基于武汉大学自主研发的甚低频探测系统在湖北随州(31.57°N,113.32°E)的观测数据,详细研究了中纬度地区来自日本JJI(32.04°N,130.81°E)甚低频台站信号沿东西方向传播的日出效应.在对日出期间接收信号的幅度极小值进行统计分析后发现,幅度极小值出现时间的分布与随州或JJI日出时间的变化趋势基本一致.日出期间JJI信号的幅度响应主要包括type Ⅰ和type Ⅱ两种结构,分别对应2个幅度极小值和3个幅度极小值的情况.其中,type Ⅰ结构主要发生在春夏两季,幅度极小值出现的平均时间落后随州日出时间24 min左右;type Ⅱ结构主要发生在秋冬两季.基于波模干涉理论对日出期间两种不同模式的JJI甚低频信号进行模拟研究,结果表明,在JJI-随州的东西向传播路径上,若只考虑前两阶模的影响,模拟结果与观测结果差异明显;若考虑前三阶模的影响,那么模拟结果与观测结果基本一致.由此可见,JJI甚低频信号在短路径上传播时高阶模会对信号的传播产生较大的影响,分析此类路径上甚低频台站信号的传播特征时需要考虑前三阶模甚至更高阶模的作用.     

2017年西藏米林MS6.9地震前地磁垂直强度极化异常特征

基于中国大陆65 个地磁台站秒采样观测资料,利用地磁垂直强度极化方法提取了2017年西藏米林M_S6.9 地震震中及附近区域超低频电磁异常信号并分析其时空演化特征。结果显示:米林M_S6.9 地震前在青藏高原出现了大范围的地磁垂直强度极化高值异常,异常过程共持续9天;高值异常开始于2017 年10 月30 日,高值持续3 天之后出现短时间下降,随即转折上升,再次出现高值异常并持续了4 天,在此过程中各高值台站的时序曲线呈现出单峰或双峰的形态。空间分布图显示高值异常在中国大陆西部区域反复出现,尤其是在青藏高原巴颜喀拉地块与羌塘地块的交界处。异常呈“出现—扩大—收缩—消失—扩大—消失”的演化过程,10月31日异常面积达到最大值。异常过程结束后10天发生了西藏米林M_S6.9地震,震中距离10 月31 日异常阈值线5 km。综合分析认为,此次异常与米林地震具有较强的时空相关性,是可靠的地震电磁前兆异常。      

亚欧中纬度关键区正位势高度距平场配置与中国冬季区域性极端低温事件的联系

基于中国地面台站观测资料和NCEP再分析资料,研究了欧亚中纬度500 hPa高度场关键区正异常配置及其与中国冬季区域性极端低温事件(Regional Extreme Low Temperature Events, RELTE)的联系。结果表明,发生RELTE时乌拉尔山(简称乌山)、贝加尔湖(简称贝湖)和雅库茨克—鄂科斯克海(简称雅鄂)附近的某一区域出现高度场正异常的概率为0.83,即欧亚关键区500 hPa正高度距平场的相互匹配是形成RELTE的直接原因。在此基础上,将三个关键区域高度场异常配置分为7种类型:乌山型、贝湖型、雅鄂型、乌山—贝湖型、乌山—贝湖—雅鄂型、乌山—雅鄂型、贝湖—雅鄂型。不同类型异常模态对应的RELTE在空间分布、持续时间和强度等各有差异,如:乌山型对应RELTE以全国型为主,平均持续天数达14.2天;乌山—雅鄂型对应的RELTE以东北—华北型为主,事件平均持续天数为14.1天。此外,不同类型的异常配置均对应有超前于RELTE的前期特征,平均超前时间为1~8天不等。超前天数的空间分布、高度场异常的时间演化,进一步揭示了乌山以西和雅鄂以东两个方向高度场异常的发展并形成多种环流异常模态的过程,也验证了RELTE存在前期信号的可能性。     

Multiple linear regression,multi-layer perceptron network and adaptive neuro-fuzzy inference system for forecasting precipitation based on large-scale climate signals

ABSTRACT

Nowadays, mathematical models are widely used to predict climate processes, but little has been done to compare the models. In this study, multiple linear regression (MLR), multi-layer perceptron (MLP) network and adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) models were compared for precipitation forecasting. The large-scale climate signals were considered as inputs to the applied models. After selecting the most effective climate indices, the effects of large-scale climate signals on the seasonal standardized precipitation index (SPI) of the Maharlu-Bakhtaran catchment, Iran, simultaneously and with a delay, was analysed using a cross-correlation function. Hence, the SPI time series was forecasted up to four time intervals using MLR, MLP and ANFIS. The results showed that most of the indices were significant with SPI of different lag times. Comparison of the SPI forecast results by MLR, MLP and ANFIS models showed better performance for the MLP network than the other two models (RMSE = 0.86, MAE = 0.74 for the first step ahead of SPI forecasting).

Editor D. Koutsoyiannis; Associate editor F. Pappenberger     

新53阶次月球重力场及其精细结构

月球重力场是了解月球内部结构的重要信息之一.日本SELENE卫星首次获得月球背面卫星轨道的直接探测数据并建立了更高精度的全月球重力场模型.本文根据日本公布的采样间隔为60 s、轨道高度为100 km的SELENE卫星观测资料并利用作者移植的GEODYN-II微机版本软件求解出新53阶次月球球谐场模型LG-53.经过测试表明移植后的微机版本比原始工作站版本的计算效率提高了5到10倍.理论上表明60 s采样间隔、100 km高度的轨道数据能够计算出60阶次的月球球谐系数模型,但是作者在实际计算过程中发现:在接近理论阶次(60阶次)的一系列模型中出现了平行于经线的高频噪声,且模型越接近理论阶次其噪声越高.因此本文将53阶次月球球谐系数模型LG-53作为最后的解算结果并建立各种月球重力异常场,并将其与美国GLGM-2 (70阶次)模型和利用嫦娥1号数据解算出的CEGM-01(50阶次)模型对比,发现新53阶次重力场模型LG-53在高纬度和月球背面都显示出了更高分辨率的异常特征;与美国LP165P(165阶次)模型对比发现LG-53所建立的自由空气重力异常在月球背面不存在LP165P中所出现的高频噪声.与日本90阶次SGM90d模型对比后发现新模型的精度较日本模型还有所差距.主要是由于两者参与计算的数据采样率不同所致.53阶次的模型LG-53能够反映100 km尺度的重力异常,而日本90阶次模型则可以反映60 km尺度的异常.利用新53阶次模型计算的自由空气重力异常图并结合月球地形图探讨了四种类型的Mascon重力异常特征及其地形特征.     

Simulations of the impact of orbital forcing and ocean on the Asian summer monsoon during the Holocene

The importance of orbital forcing and ocean impact on the Asian summer monsoon in the Holocene is investigated by comparing simulations with a fully coupled ocean–atmosphere general circulation model (FOAM) and with the atmospheric component of this model (FSSTAM) forced with prescribed modern sea-surface temperatures (SSTs). The results show: (1) the ocean amplifies the orbitally-induced increase in African monsoon precipitation, makes somewhat increase in southern India and damps the increase over the southeastern China. (2) The ocean could change the spatial distribution and local intensity of the orbitally-induced latitudinal atmospheric oscillation over the southeastern China and the subtropical western Pacific Ocean. (3) The orbital forcing mostly enhances the Asian summer precipitation in the FOAM and FSSTAM simulations. However, the ocean reduces the orbitally-induced summer precipitation and postpones the time of summer monsoon onset over the Asian monsoon region. (4) The orbital forcing considerably enhances the intensity of upper divergence, which is amplified by ocean further, over the eastern hemisphere. But the divergence is weaker in the FOAM simulations than in the FSSTAM simulations when the orbital forcing is fixed. (5) The orbital forcing can enhance the amplitude of precipitation variability over the subtropical Africa, the southeastern China and northwestern China, inversely, reduce it over central India and North China in the FOAM and FSSTAM simulations. The ocean obviously reduces the amplitude of precipitation variability over most of the Asian monsoon regions in the fixed orbital forcing simulations. (6) The areas characterized by increased summer precipitation in the long-term mean are mostly characterized by increased amplitude of short-term variability, whereas regions characterized by decreased precipitation are primarily characterized by decreased amplitude of short-term variability. However, the influences of orbital forcing or dynamical ocean on regional climate depend on the model.     

地震电磁辐射观测是短临预测重要手段之一

地震和火山活动是具有相同属性的自然现象,观测表明,在大地震及火山喷发之前的几天或几小时,均呈现有非常宽频谱的电磁辐射和电离层异常现象。本文重点描述了地震前后存在从零开始相当宽频谱的地震电磁辐射以及电离层异常等现象,并提出可利用电离层异常的观测和采用不同频段上地震电磁辐射的立体监测网,作为地震的短临预测、预报手段是现实、可行的。同时还提出了加强我国地震电磁辐射观测研究的建议。     

泰安重力观测高频波动信号分析

系统分析了泰安重力观测资料正常和异常时信号的周期特征,研究了高频异常信号与台风、气压和强震之间的关系.结果表明:泰安重力观测正常时信号周期为2～4分钟,异常时信号周期只有2～3分钟,异常信号幅值约为正常信号的5倍;高频异常信号主要是由西太平洋洋面上生成的进入中国大陆或近海的台风引起的,占台风引起泰安重力出现高频异常信号的90%;重力高频信号与台风中心速度正相关,与台风距离负相关,并且随台风的结束高频信号也随之消失;少数高频异常信号与强震也有一定关系,占地震总数的17.24%;高频异常信号与气压变化无关.     

延时参数对地震信号信噪比的改善

当测区噪声很强,采用组合震源工作仍然不能得到高质量地震数据,为进一步提高地震信号的信噪比,引入能形成定向地震波的相控震源.相控震源产生的地震波方向可由延时参数控制,因此延时参数是影响相控地震效果的重要参数.理论分析表明,定向地震波技术可提高反射波信号信噪比,以含3个激震器的相控震源为例,信噪比可提高6.53~9.54 dB.针对延时参数分别为0,0.802,0.384,0.241,0.174,0.123 ms的情况,完成了野外地震实验.根据原始地震记录,得到了反射波信号功率谱,在此基础上定量地计算了不同延时参数下目标层反射信号的信噪比.结果表明,与单震源情况相比,在6种延时参数下,反射波信噪比分别提高了3.3150,8.0150,6.0547,5.0278,4.5383,4.0364 dB;与组合震源情况相比,信噪比分别提高了0,4.7000,2.7397,1.7128,1.2233,0.7214 dB.综合理论分析及野外实验结果,我们可以得到这样的结论：定向地震波技术能够提高反射波信号信噪比,延时参数变化对信噪比有很大影响,采用合理的延时参数能得到更高的信噪比.