上海GPS网层析水汽三维分布改善数值预报湿度场

水汽三维分布信息是数值天气预报模式的初始条件之一, 大气中的水汽具有较强的时空变化特性, 传统观测手段受时空分辨率的限制, 对模式初始水汽场的描述远远不够. 利用地基GPS信号斜路径观测值探测水汽垂直剖面信息是目前国际上的研究前沿, 利用上海GPS综合应用网GPS信号斜路径水汽观测值, 在国内首次层析了上海地区水汽三维分布. 层析中采用高斯加权函数进行水平约束, 利用数值预报结果做先验值, 考虑了边界条件. 针对无法准确给出各类观测信息先验权的问题, 在层析水汽三维分布问题中首次采用了方差分量估计, 进行验后定权; 为了降低观测噪声对参数估计的影响, 采用了抗差估计; 针对水汽密度随高度减小的特点, 垂直方向上采用随高度变化的非等权约束方法. 层析结果与MM5数值预报结果比较, GPS信号斜路径水汽观测值对数值模式的预报湿度场有明显改善, 利用GPS信号斜路径水汽观测值准实时地探测水汽的三维分布, 应用于短期数值预报中, 可改善短期预报的初始湿度场, 提高数值预报的准确度.     

GRACE卫星非差运动学厘米级定轨

随着IGS精密星历精度以及星载GPS接收机性能的提高, 基于星载GPS载波相位观测值的非差运动学方法不但可以取得与弱化动力学方法(reduced-dynamic method)相当的定轨精度, 而且由于其不依赖于力学模型, 还非常适用于如CHAMP, GRACE和GOCE等轨道极低的地球观测卫星, 因此成为了精密定轨中的研究热点. 详细分析了星载GPS非差运动学定轨误差改正模型及改正方法; 给出了一种改进的星载GPS非差数据质量控制技术以及大型法方程快速求解算法; 自主研发了一套非差运动学精密定轨软件, 并利用软件对GRACE卫星进行了轨道计算. 结果表明: 与JPL提供的事后精密轨道进行比较, GRACE-A卫星单天非差运动学轨道的径向精度为3~4 cm, GRACE-B卫星为3~5 cm.     

HIV模型的统计诊断

描述HIV的数学模型是一组非线性常微分方程,其中包括CD4+T细胞再感染率和死亡率,HIV病毒死亡率等多个重要未知参数,准确估计这些参数有助于正确了解患者病情发展,以采用个人化治疗方案.针对此模型已提出多个参数估计方法,包括基于数值解的非线性最小二乘,截面似然及两步估计.另一方面,由于客观因素影响,各观测数据对于参数估计的影响大小不同,找出对参数估计影响大的观测值,进一步分析其原因具有重要意义.基于HIV模型的两步估计,构造了用于影响分析的非参数Cook型统计量,并给出其大样本分布.通过模拟数据和临床数据分析发现:(1)所构造统计量可以检测中度以上偏移.(2)相对于内点,边界点对HIV模型的参数估计影响更大.基于以上结论,建议对HIV模型进行参数估计时,对边界点应加以格外关注.提出的方法也可以推广到其他线性常微分方程模型的统计诊断问题中.     

基于单点定位模型的GALILEO及GPS-GALILEO组合系统的定位精度和可靠性的仿真分析

提出了一种统一的度量码观测值和相位观测值的可靠性指标并将其运用于卫星系统的可靠性评价中. 在此基础上, 以中国地壳运动观测网的25个基准站为地面观测站, 对大陆范围内GPS, GALILEO以及GPS-GALILEO组合系统的卫星可见性、给定精度下的定位可信度以及观测数据的可靠性进行了仿真计算和分析. 结果表明, 在中国大陆范围内, GALILEO系统的卫星可见性优于GPS系统, 二者的平面定位精度和可信度基本一致, GALILEO系统的高程定位精度和可信度优于GPS系统; GPS-GALILEO组合系统的定位精度和可信度均优于单一卫星系统. 基于GALILEO和组合系统的码观测值和相位观测值的可靠性无论在时间域还是空间域上均整体优于GPS系统, 新指标计算简单, 很好地反映了系统间的可靠性差异.     

中、比、法三国超导重力仪潮汐观测资料综合对比分析与研究

综合分析了中国武汉、比利时布鲁赛尔和法国斯特拉斯堡３台超导重力仪近２７ａ的长 列观测数据,获得了不同台站观测资料的重量因素,精密测定了地球潮汐常数。文章对用不同引潮位展开、考虑加权滤波、做气压改正、删除错误数据以及规定数据段均方差上限等问题进行了讨论。利用全球海潮模型对分析结果进行了负荷改正,研究了观测残差和气压变化间的相关性,在时间和频率域内测定了大气重力导纳值,并研究了导致与标准地球潮汐模型间     

T_m-T_s的相关性分析及全球纬度相关的线性关系模型构建

利用全球大地观测系统(Global Geodetic Observing System,GGOS)大气(Atmosphere)的加权平均温度(Tm)数据和欧洲中尺度天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)的地表温度数据在全球范围内计算了利用全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)反演水汽中的关键参数加权平均温度Tm与地表温度Ts的相关系数,结果显示二者的相关性主要受纬度影响,在高纬度地区较强,在低纬度地区较弱.虽然二者的相关性在赤道地区较弱,但这些区域的温度变化幅度较小,在这些区域利用线性回归模型建模依然可以取得较好的结果.在此基础上,本文利用2005~2011年的全球大地观测系统大气的Tm数据和欧洲中尺度天气预报中心的Ts数据按纬度建立了全球分区域线性回归模型.来自全球大地观测系统,气象、电离层和气候的星座观测系统(Constellation Observing System of Meteorology,Ionosphere and Climate,COSMIC)以及无线电探空(Radiosonde)的数据对模型的检验表明,新模型与这3种不同源数据都能较好吻合,分别取得了3.2,3.3和4.4 K的均方根误差,精度明显优于Bevis Tm-Ts关系模型.     

黑河流域高分辨率区域气候模式建立及其对降水模拟验证

以中国科学院大气物理研究所东亚区域气候-环境重点实验室研制的区域环境集成系统模式为基础,采用黑河流域观测和遥感数据对模式中地形高度、植被类型、饱和土壤水势、饱和土壤导水率、田间持水量和萎点含水量、土壤孔隙度和土壤水势参数b等重要参数进行重新率定,进行模式本地化,建立适合黑河流域高分辨率区域气候模式,并且利用该模式对黑河流域进行了2000年连续积分模拟,重点考察了区域气候模式在水平分辨率为3 km条件下对黑河流域降水模拟能力.结果表明:模式能够较好地模拟出黑河流域降水的年、季节空间分布特征和不同区域降水年变化.对于不同区域来说,上游地区模式模拟降水较观测偏多,中游和下游地区较观测偏少,降水偏差在?39.9%~9.06%之间,与IPCC 2001报告中在区域尺度105~106 km2上降水偏差为±50%较为一致;模式模拟黑河流域上游、中游和下游地区平均降水与观测之间对应的相关系数分别为0.8123,0.5064和0.7033,都通过99%置信度检验.其中黑河流域上游地区模拟最好,相关系数达到0.8123;该研究表明采用黑河流域高分辨率区域气候模式进行动力降尺度后,弥补了黑河流域观测站点少的缺陷,为水文模型评估与实现对流域水资源精细化管理和决策支持提供科学数据.     

GPS卫星姿态异常及其对精密单点定位估值的影响

当GPS卫星运行至与太阳和地球近似共线时,将经历姿态异常:期间星固系X轴不再保持对日(BLOCKII/IIA卫星)或背日(BLOCKIIR卫星)指向.该异常对于各IGS分析中心生成精密钟差产品和用户实施精密单点定位(PPP)均具有不可忽略的影响.研究表明,各中心在利用姿态异常时期的GPS数据生成钟差产品时,所采用的策略差异可导致IGS联合钟差产品存在问题;而对于PPP用户而言,除钟差问题影响外,卫星姿态异常致使利用标准星固系计算得到的相位缠绕、卫星相位中心偏差改正中存在超过1dm的误差,严重影响了PPP估值精度.介绍的航向姿态模型可有效改善卫星姿态异常时期PPP估值的可靠性.     

弄岗喀斯特季节性雨林枯立木多度的空间分布及影响因子

枯立木(standing dead tree)是森林的重要结构组成部分.对枯立木空间格局与其影响因子等进行探讨,有助于揭示森林树木死亡机理及森林群落动态规律.本研究将弄岗喀斯特季节性雨林15 hm2样地内胸径大于1 cm的枯立木划分为不同胸径等级,并在不同空间尺度上统计了枯立木多度、空间相邻因子、地形因子及群落类型因子等数据,用零膨胀负二项模型(zero-inflated negative binomial models)解决了多度数据的非正态性且零值过多等统计问题,分析了该森林枯立木多度的空间分布规律及影响因子.结果表明:(ⅰ)弄岗15 hm2样地内胸径大于1 cm的枯立木有2254株,平均胸径6.21 cm,最大胸径61.86 cm;胸径分布呈反"J"型,无明显断层;小径级枯立木在海拔较高地区分布较多,大径级枯立木在海拔较低地区分布较多;(ⅱ)小径级枯立木呈聚集型空间格局,大径级枯立木趋向于随机型空间格局;枯立木多度存在多尺度的空间自相关结构;(ⅲ)随着径级增大,枯立木多度与凹凸度、空间相邻因子的相关性逐渐减弱,与坡度、海拔的相关性逐渐增强;随着单位取样尺度增大,枯立木多度与凹凸度、海拔、坡度、群落类型因子的相关性逐渐减弱,与空间相邻因子相关性逐渐增强.研究表明,喀斯特森林中枯立木分布格局由多尺度的空间结构所构成,不同空间尺度、地形条件、群落类型等对枯立木的径级结构及数量组成有显著影响,而枯立木结构的空间异质性将会影响森林光资源及木质残体储量等的空间动态,进而影响群落物种组成.     

日照边缘区电离层对2003年10月28日大耀斑的响应

利用国际GPS服务中心(IGS)的GPS观测数据, 分析了2003年10月28日特大耀斑期间日照边缘区域的电离层总电子含量(TEC)的响应特点. 计算结果表明, 这是有相关记录以来最强烈的一次电离层总电子含量突增事件, 在地面太阳天顶角80°到110°的空间范围内, 观测到了明显的由耀斑辐射引起的总电子含量突增. 在太阳天顶角90°区域的TEC增加值大约为7 TECU, 在110度附近的总电子含量的增加值大约在1~2 TECU. 总的来看, 太阳天顶角越大, TEC增幅越小, 但在天顶角大于90°的区域TEC随天顶角的减少的速度要大于天顶角90°以内的区域.     

植被下垫面近地层大气动力状态与动力学粗糙度长度的相互作用及其参数化关系

通常人们将表面动力学粗糙度长度看作常数,但在植被下垫面由于表面粗糙元与近地层大气动力状态的耦合作用,动力学粗糙度长度具有显著的动态变化性.本文利用中国北方协同观测试验中森林、农田和草地等不同植被类型下垫面的观测资料,分析了动力学粗糙度长度随风速和摩擦速度的分布特征,给出了不同植被类型下垫面动力学粗糙度长度与风速u和动力学综合变量u2/u*的拟合关系式.研究发现:植被下垫面动力学粗糙度长度的动态变化与近地面层大气动力状态之间存在复杂的相互作用过程,动力学粗糙度长度与u和u2/u*的拟合关系不仅与植株高度等植被的粗糙特征有关,而且还受植株柔软性等动力响应特性影响.由于近地层大气动力状态能同时改变植被粗糙特征和气流运动特征,所以动力学粗糙度长度虽然随风速的增加而减小,但随摩擦速度的变化则比较复杂,明显依赖植被类型.在植株较高的森林和玉米农田下垫面动力学粗糙度长度与风速的相关性比较好,但在植株比较低矮的自然草地下垫面则相关性较差.不过,研究的3种植被类型下垫面动力学粗糙度长度与u2/u*的相关性均比较好,而且试验拟合系数基本反映了不同类型植被的植株高度和柔软性.     

GPS测定的尼泊尔M_w7.9和M_w7.3级地震同震形变场

2015年尼泊尔M w7.9和M w7.3级地震致灾范围包括尼泊尔、印度北部、巴基斯坦、孟加拉和中国藏南地区,地震应变应力调整将对震区和邻区的地震活动产生不同程度的影响.尼泊尔境内的GPS连续观测数据、"中国大陆构造环境监测网络"GPS基准站和地震应急流动站观测数据计算结果揭示了尼泊尔地震的静态和动态同震形变场.对M w7.9级地震,尼泊尔境内近场静态同震GPS水平位移最大为1.89 m,距震中100~400 km的中国藏南地区观测到几毫米到几十厘米的静态水平位移,毗邻尼泊尔的聂拉木县最大形变54.0 cm.M w7.3级地震静态同震形变最大为2 cm,局限在震中附近200 km范围内.距震中约2000 km内的GPS基准站均记录到M w7.9大震明显的动态形变信号,高频GPS动态形变幅度与地震破裂方向有关,位于破裂方向上的测站动态形变幅度明显大于其他方向的测站.用弹性半空间位错模型正演模拟了震区和青藏高原南部格网点上的同震形变,并分析了地震应变影响,认为尼泊尔地震对中国藏南地区产生一定程度的拉张型应力变化,需要持续关注.     

应用分子全息QSRR预测有机磷化合物的色谱保留指数

基于分子全息技术, 研究了41种有机磷化合物甲酯化后气相色谱保留指数与分子全息结构之间的关系, 应用偏最小二乘回归技术建立了分子全息定量结构-色谱保留相关模型, 非交叉验证系数r² = 0.994, 交叉验证相关系数q²_LOO = 0.984. 随机选出30种有机磷化合物作为训练集, 其余作为测试集来验证分子全息QSRR模型的预测能力和稳健性. 在最佳建模条件下对训练集进行偏最小二乘回归分析, r₂为0.995, q²_LOO为0.982. 用训练集数据所建立的QSRR模型预测测试集中有机磷化合物的色谱保留指数, 结果表明, 基于训练集所建立的QSRR 模型可以对测试集的有机磷化合物的气相色谱保留指数进行很好的预测. 利用HQSRR模型的色码图, 探讨有机磷分子中的不同侧链基团对其色谱保留性质的影响, 以及有机磷化合物在固定相上的色谱保留机制.     

东海海底观测网小衢山试验站记录的2010 年智利海啸信号分析

海面高度变化包含了周期性的潮位变化和非周期性的风场、气压和涌浪等过程引起的增、减水变化, 较大幅度的增、减水都可能引发自然灾害. 本文利用东海海底观测网小衢山试验站获取的长期连续观测资料, 通过功率谱及潮汐调和分析方法计算了试验站海平面变化的主周期及其分量值, 并由海平面观测值减去潮汐调和分析值得到海面高度异常值(sla). 研究海域sla 值与南北向风速有较好的相关性, 相关系数为0.65, 并通过线性拟合得出由局地风场引起的海面高度异常值sla_wind. sla_wind 是sla 的主要分量, 但非等值, 即由sla-sla_wind 得到剩余海面高度异常值sla_residual 不等于零, 表明有其他引发海平面异常变化的外力因素存在. 通过详细分析2010 年2 月27 日智利8.8 级强震发生前后一段时间的海平面变化数据, 发现在2010 年2月28 日15:00 时sla_residual 达到极大值0.48 m, 恰好与太平洋海啸中心预报的智利地震海啸进入东中国海沿岸的时间相一致, 由此判断该剩余海面高度异常受到了智利地震海啸的影响. 这是我国第一次用海底观测网的连续、实时数据详细分析越洋地震海啸在我国近海海域的增水过程、极值及其出现时刻, 这对于海啸预报模型的验证与改进和对计划中在东海海域建设海底观测网和海洋灾害预警等均有重要意义.     

太阳中子事件的观测特征与中子能谱的计算

太阳中子事件是与耀斑活动相关的偶发性即刻粒子事件, 主要表现为地面宇宙线探测装置的计数瞬时突增. 太阳中子携带着爆发源区的物理信息: 耀斑大气的元素组成、大气高度、磁场的会聚程度以及磁流体湍动等. 相对于其他带电粒子, 中子能够不受太阳磁场和行星际磁场的束缚而直达地面. 目前, 对太阳中子事件的理论研究, 主要是通过蒙特卡罗模拟, 考虑太阳耀斑环中磁场的螺旋角散射作用和磁镜效应, 计算耀斑磁环模型里各向异性中子的产生与太阳大气高度、时间、角度和能量间的关系, 计算逃逸中子的角分布和能谱, 以及逃逸到地球附近中子的能谱. 观测方面, 主要是结合地面中子监测器记录的超出时间与空间探测到的g射线核谱线发射峰值的时间差, 利用飞行时间方法(Time of Flight Method), 考虑中子监测器的探测效率和中子在地球大气中的衰减因素, 反演日面处的中子能谱. 本文依据已确定的10例太阳中子事件, 评述基本的观测特征, 介绍相应的观测仪器, 探讨太阳中子能谱计算的两种方法(观测法和模型法), 比较不同方法获得的计算结果; 并依托羊八井太阳宇宙线探测装置(中子监测器、太阳中子望远镜), 报道对太阳中子的初步交叉探测特征(1998年11月28日GLE事件和2005年1月20日GLE事件), 指出目前亟待解决的问题.     

不同抗剪强度试验方法的结果相关性分析

文章通过室内试验数据,对比分析了不同试验方法下的抗剪强度结果.从而指出在岩土工程设计中,应根据工程实际选择合理的试验方法,使提供的强度指标更符合实际情况.在试验条件无法满足实际需要时,可根据不同试验方法间的相关性经验推测结果值.     

结合时间相关特征改进中国区域二氧化碳卫星观测数据的地统计分析

通过卫星从空间观测全球大气二氧化碳(CO2)浓度为全球碳循环研究提供了新的数据源.虽然卫星可以进行高密度点观测,但是由于云和卫星观测模式等影响,卫星观测点数据在空间上呈不规则分布且存在大量无观测值的空白区域.精确填补这些空白区     

利用VLBI-CONT08观测量确定夏季ERP较强周日变化的研究

甚长基线干涉测量技术(VLBI)是监测地球自转变化的主要手段之一. 1994年以来, 国际上已实施了多次VLBI连续加密观测(CONT), 促进了地球自转参数(ERP)的周日或亚周日成分的连续高频解算, 揭示了观测得到的ERP高频变化与理论模型之间的差异, 有助于进一步解析其激发机制, 改进模型. 为了观测较强信号的大气激发对高时间分辨率ERP的作用, 在最近一次于2008年8月实施的CONT08连续加密观测中, 国际VLBI服务机构(IVS)在CONT联测中安排了地理覆盖更广的VLBI测站分布, 获取连续的周日亚周日高频ERP. 本文分析比较了CONT02, CONT05和CONT08的观测结果, 发现CONT08给出的ERP频谱中存在较强的周日项信号. 该信号得到了相同观测时段的GPS观测数据的证实, 并符合大气角动量的预期, 可以初步认为是北半球夏季较强的大气激发导致了上述ERP周日高频项幅度的增强.     

相关模型中的Edgeworth展开与随机加权逼近

考虑如下线性相关模型Y=X’β e, (1)其中X=(x_1,…,x_p)’是R~p上的随机向量,Y是R~1上的随机变量,β=(β_1,…,β_p)’是R~p中未知参数向量,e是R~1上的随机误差变量.这里,只有(X’,Y)’是可观测的.我们假定(A.1)E(e\X)(?)0,E(e~2\X)(?)σ~2,0<σ<∞,0相似文献   

哈勃参量观测数据及其他数据对相互作用暗能量的观测限制

主要基于哈勃参量观测数据(OHD)、普朗克卫星的微波背景辐射数据(CMB)、重子声学振荡数据(BAO)和Ia型超新星数据(SNe)来限制宇宙学相互作用暗能量模型.利用马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)算法和Cosmo MC程序,用c2的方法实现模型中参数的数值拟合.OHD+SNe+CMB+BAO数据组合得到各参数的最佳拟合值及2s误差范围分别为:物质密度参数ΩW=m0.2919+0.0075-0.0075(1σ)+0.0151-0.0144(2σ),暗能量状态方程参数wX=-1.0374+0.0453-0.0452(1σ)+0.0898-0.0886(2σ)哈勃常数H0=69.6479+0.85809-0.8563(1σ)+1.6919-1.6768(2σ)相互作用因子=3.0976+0.1600-0.1609(1σ)+0.3153-0.3189(2σ)wx,的最佳拟合值满足+30wX即暗能量趋于转化为暗物质,表明宇宙学巧合性问题被轻微缓解.为了研究OHD对相互作用参数的限制效果,本文采用OHD,SNe和CMB+BAO数据组合对该模型进行了限制对比,得到结论如下:(1)当联合SNe,CMB+BAO,OHD能更紧密地限制相互作用暗能量模型,并且OHD具有缓解巧合性问题的潜力;(2)对于LCDM模型中+3wx表示暗物质和暗能量无相互作用的情形均包括在OHD+CMB+BAO,SNe+CMB+BAO,和OHD+SNe+CMB+BAO三组数据限制结果的1s范围.