利用单站电离层测高仪与GPS数据的同化反演试验

利用测高仪和GPS观测数据进行了单站电离层电子密度廓线的同化反演实验,实验中设计了一套基于Kalman滤波的电离层数据同化系统,采用了水平和垂直方向可分离的高斯型误差协方差矩阵,利用IRI2000模式作为同化反演的背景场,分别使用了测高仪数据和GPS数据进行了单独同化反演和联合同化反演实验,结果显示:在各类同化参数不改变的情况下,单独利用GPS数据反演结果较好,不仅可以得到较为准确的TEC,电子密度廓线结果也有较好的提升;单独使用测高仪反演的结果较差,在峰高以下电子密度廓线和观测较一致,但峰高以上电子密度廓线和观测比较的结果较差,并且TEC结果和观测也有一定误差;而利用GPS和测高仪数据联合反演的结果最好,无论是反演的电子密度廓线还是TEC值都和观测最为接近.     

大亚湾海域流场数据同化的数值试验

用有限差分隐式方向交替(alternatingdirectionimplicit,ADI)法求解潮波方程,并进行数据同化的数值试验,与未经同化的ADI法计算值相比有较好的效果.结果表明,采用数据同化系数1 12×10-4s-1为最佳选择.     

利用GPS观测值反演电离层总电子含量的时空变化

为了便于电离层总电子含量时空变化的研究,利用区域电离层模型获得了GPS系统硬件延迟,从而进一步获取了绝对电离层总电子含量值.利用北京IGS站的GPS观测数据分别计算了2000年至2004年各个不同季节的总电子含量,经比较发现,电离层总电子含量表现出明显的季节性变化.利用中国地壳观测网络25个测站的观测数据计算发现,电离层总电子含量空间变化幅度大,在低纬度地区总电子含量值相对较大,而在中纬度地区相对较小.     

数字电离层建设的必要性

 实际应用中,针对不同的电离层电波传播效应,对不同的电离层参量特性,需采用不同手段的观测或不同参量模式的预测预报,解决不同的应用需求。这种"各自为阵"的方式不仅浪费资源,应用效果也较差。为此,本文提出了数字电离层概念,即综合利用中国已有及已经立项的空地多源立体探测体系,在电离层模式化研究的基础上,通过数据融合和数据同化,用数字化方式描述电离层状态参量过去、现在和未来的状况,高效统筹解决各类工程应用中对不同电离层参量的需求。介绍了数字电离层建设的必要性和国内外现状,重点说明了其主要内容和面临的技术瓶颈。     

一种GPS/BDS多频单站电离层模型与卫星DCB精化方法

电离层误差与卫星DCB是精密定位中的重要误差源,对于局域增强系统,常规方法是利用单个基准站对这些误差进行精密修正。从GPS/BDS的局域增强应用实际出发,讨论了建立GPS/BDS多频单站电离层模型与解算卫星BCB的方法,并利用乌鲁木齐iGMAS监测站验证了该方法的有效性。结果表明,该方法建立的局域电离层模型,与CODE全球电离层格网模型的误差可控制在3.5TECU以内,GPS卫星DCB与CODE发布值可控制在0.5ns以内;BDS卫星DCB与IGG发布值可控制在1.7ns以内,GPS的BCB稳定性比BDS略好;IGSO卫星DCB稳定性优于MEO与GEO卫星。     

利用GPS数据研究江西区域电离层对台风“潭美”的响应

以2013年8月22日途经江西的台风"潭美"为研究背景,利用江西连续运行参考站(CORS)获取的GPS数据反演高精度TEC,对台风"潭美"登陆前后多天电离层的TEC进行了分析,发现:8月22日电离层TEC变化存在异常,且在台风登陆前TEC变化在逐渐增大,台风过境后TEC变化值出现下降趋势;进一步对台风登陆前后一段时间的TEC时间序列进行谱分析后,认为8月22日电离层TEC的扰动很可能与台风有关;对台风当天即8月22日各站点进行时间序列和空间强度分析,结果表明距离台风路径越远,TEC的扰动强度越小。进一步确认8月22日的电离层异常与台风具有相关性。     

ILUES算法融合ERT数据反演污染源参数与渗透系数场

利用MT3DMS程序构建地下水污染物运移模型,采用迭代局部更新集合平滑(iterative local updating ensemble smoother,ILUES)算法作为数据同化方法并引入(Karhunen-Loeve,KL)展开对渗透系数场进行降维,通过融合高密度电阻率法(electrical resista...     

基于GPS的电离层行扰探测

在基于电离层薄层模型的情况下,利用GPS探测技术研究了电离层在2003年3月31日发生扰动的事件.研究结果表明:在2003年3月31日期间发生了两类大尺度电离层行扰(TID),一类可能是由于磁暴期间极光区极光电急流的焦耳加热所激发的,其扰动幅度约为1.4TECU,扰动速度约为350m/s,扰动主周期约为40min,基本是向赤道方向传播的;另一类可能是由东南沿海的热带风暴所激发的,其扰动幅度为1.11 TECU,扰动速度为479 m/s,扰动主周期约为40min,沿西北方向传播.     

基于GPS数据确定电离层延迟的蚀因子法

通过建立电离层交叉点(ionospheric pierce point,IPP)点的电离层蚀因子(ionospheric eclipse factor,IEF)λ及其影响因子(ionospheric influence factor,IFF)-λ,综合λ,-λ与IPP点的地方时t,研究了一种利用GPS数据确定电离层延迟的新方法--电离层蚀因子法(ionospheric eclipse factor method,IEFM).IEFM方法强调根据电离层的变化特性选择合理的TEC模型.初步结果表明,利用IEFM拟合的电离层延迟的改正精度更接近L3观测自校正电离层延迟的精度.     

影响GPS测量的电离层延迟模型研究

GPS作为一种无线电导航系统,受到很多误差源的影响,如:卫星轨道误差、卫星钟差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、多路径误差、接收机钟差和测量噪声等误差。其中,自从SA(Selected Availability)于2000年5月1日取消以后,电离层误差是最大的一项误差。为了消除电离层延迟的影响,GPS导航定位中采用了双频改正法、利用电离层延迟的空间相关性差分以及各种电离层模型来削弱其影响。本文探讨了常用的修正GPS电离层延迟的模型和经验改正公式:Bent模型,IRI模型,Klubuchar模型,双频改正法等,并详细论述了如何利用双频观测值建立电离层模型。     

GNSS掩星电离层观测的模拟试验

利用真实的电离层GNSS掩星轨道数据，采用全球3D射线追踪程序，从笛卡尔坐标系下的三维Haselgrove方程和Budden方程出发，利用“打靶”的方法来确定从指定的GNSS位置到指定的低轨卫星位置正确的射线路径，进而模拟出电离层对GNSS信号的时间延迟。然后，通过反演得到了电子密度剖面。分别 模拟了太阳活动对GNSS掩星信号电离层时延的影响，以及GNSS掩星信号电离层时延的年变化和日变化情况，结果发现太阳活动对电离层GNSS信号时延有较大影响，GNSS掩星信号电离层时延在一年和一天中都有较大起伏。     

二阶有限元浅水模式的伴随变分资料同化

应用二阶有限元浅水方程的伴随模式作资料同化场的数值试验,并利用极小化方法对具有随机扰动的初始场进行优化处理．通过该极小化算法,使所定义的目标函数达到最小,从而得到最优的气象要素初始场．数值试验结果表明：二阶有限元模式的变分资料同化对具有随机扰动的初始场的处理是很有效的．     

变分四维同化方法中的不连续问题

给出了变分四维同化方法中模式不连续时共轭公式的正确表述，并胜个简单的数值模式检验了理论的正确性。     

动态最优插值方法及其同化应用研究

根据常规最优插值算法,在引入时间关联的基础上,详细推导了动态最优插值法的具体同化表达形式,利用这些公式,可以处理常见的在海洋观测数据同化中存在的时间错位问题.在陆架海模式HAM-SOM基础上,以7月份的渤海海表温度为例,验证了同化公式的可行性,并得到了较好的同化结果.验证结果表明:该方案能够兼顾观测数据与背景数据双方的特性,同化后的结果更加接近实际情况.     

用四维变分法同化自动站降水资料

用自动站降水资料作了四维变分同化试验.试验表明,由于它的加入,增加了初始场中的中尺度信息,改进了中尺度数值模式MM5的预报,增强了模拟开始阶段的降水量, 改进了降水量的落区预报,减弱了模式开始阶段的"spin-up"现象.试验还表明,自动站降水资料的时间变化信息,在同化时也起重要作用.     

同化QuikSCAT资料对台风Vongfong(2002)数值模拟的影响

利用四维同化技术和中尺度数值模式MM5相结合对南海台风Vongfong(2002)的登陆过程进行了模拟,分析表明:同化Qu ikScat资料主要能使模拟的台风移动路径与实况更为接近。而台风的强度变化、降水量和降水分布的模拟与对流参数化方案有密切的关系,其中以Betts-M iller湿对流调整型方案最为合适。HFT试验模拟的台风路径、强度变化、暴雨分布和降水强度与实况一致。且试验结果较好地重现了Vongfong的一些异常特征,如路径突然折向北、移速先慢后快、近海强度加强、降雨量大、强暴雨中心落在台风西北侧等。利用非常规资料改善模式初始场,有逼真的物理过程,可以提高对台风登陆过程的预报。     

观测资料同化与有限区模式初期降水预报

选取1991年7月3日至4日出现在我国江淮流域的梅雨暴雨天气过程,针对有限区模式降水预报中“旋转加强”问题,试验2种初值化方法即牛顿连续松弛逼近技术和降水-湿度场调整方案来改进模式的初期降水预报。试验结果表明：(1) 用湿度场调整方案同化观测降水资料,使同化时段降水区的中低层低压系统明显加强,所形成的初值具有较好的中尺度信息;但该方案会出现观测值与模式不协调引起的虚假小扰动。(2) 用牛顿连续松弛逼近技术同化业务观测系统的速度场和温度场资料,所形成的初值场形成了大尺度特征,同时对应江淮雨带的中低层低压系统加强,所形成的初值能够具有一定的中尺度信息。(3) 因此两者结合得到了最好的预报效果。对于梅雨天气过程,牛顿连续松弛逼近技术更有效。     

改进的粒子滤波在含“开关”的资料同化中的应用

针对粒子滤波(PF)应用到含“开关”过程的资料同化时,在采样过程中次优的重要性函数,为了优化采样过程,将粒子群优化算法( PSO)融入PF中(称为PSOPF方法),并将其用于含“开关”过程的资料同化中.为了检验PSOPF的有效性,利用一个含“开关”的偏微分方程作为控制方程,分别从观测算子为线性和非线性、观测误差为高斯型的情形用PF方法和PSOPF方法进行了数值实验.结果显示,在观测误差为高斯噪声时,无论观测算子是线性的还是非线性的,基于PSOPF的同化方法质量明显好于基于PF方法的同化方法.     

集合Kalman滤波同化方法在福建沿岸潮汐数值模拟和预报中的应用研究

为了提高潮汐数值模拟和预报的准确度,利用《2009潮汐表》,建立了含集合Kalman滤波同化模块的潮汐数值预报模型,对集合Kalman滤波同化模块中的参数进行确定,并对同化效果进行了检验.为了确定集合Kalman滤波同化模块中的参数(主要是集合数和截断半径),考虑了42种参数组合,在这些组合中,以模拟准确度和计算相同时段的潮汐值所需时间为标准,存在最优的参数组合:其中,东山、厦门、娘宫、崇武4个站最优的截断半径为35 km,三沙站最优截断半径为30 km,5个站的最优集合数均为20.实验结果表明:将集合Kalman滤波同化方法用于潮汐数值预报模拟中是可行的,同化验潮站的潮汐表上的潮位数据对验潮站本身及其邻近网格点的潮汐模拟改进最大;当5个站不同化调和数据进去的时候,东山、厦门、娘宫、崇武4个站的模拟准确度,在未来12 h仍然有所提高.