基于TIMED/SABER卫星温度数据对大气经验模型的评估

以TIMED/SABER观测的2002–2016年共计15年的全球温度数据为标准,与USSA-76及NRLMSISE-00模式温度数据对比分析.通过计算大气模式与卫星观测的温度偏差、温度偏差的标准差及均方根误差,分析两种大气模型的适用性.通过设置模式与卫星观测温度偏差,计算不同纬度地区温度偏差要求下模式的置信度.结果表明:(1)两个大气模型计算的温度数据与卫星观测的温度数据随高度的变化具有较好的一致性;(2) NRLMSISE-00模式的日平均和月平均精度高于USSA-76模式;(3)两个大气模式在冬夏季高纬地区及中纬地区UMLT高度表征真实大气的能力有待提高, NRLMSISE-00模式表征真实大气的能力整体优于USSA-76模式;(4)同一模式在相同纬度地区和温度偏差要求下,置信度随着高度的升高而降低;相同的高度和温度偏差要求下,置信度随着纬度的升高而降低.通过分析USSA-76和NRLMSISE-00模式与卫星观测数据之间的差异,对大气模式在工程中的应用提供参考,为大气模式的后续修正提供依据.     

基于非线性自回归神经网络的局部大气密度预测方法

由于现有大气密度模型精度不足,在对低轨卫星定轨和轨道预报时容易产生较大误差,而观测手段的缺乏以及对高层大气物理机理缺乏足够了解给大气密度模型的建立带来了一定的困难.提出了利用神经网络来建立大气密度预测模型.首先,利用两行轨道根数对NRLMSISE-00大气模型校准得到沿轨道的局部化密度模型,然后基于非线性自适应回归神经网络(NARX)构建大气密度预测模型.该模型主要结合校准后MSIS模型以及太阳与地磁活动指数来预测未来一段时间内局部大气密度.将该模型应用于不同的卫星轨道数据,进行了多个时间段的模拟试验.与卫星实测密度的比对结果显示,相对于MSIS密度模型,该模型的预测误差有了一定的减小,为提高低轨卫星短期轨道预报精度提供了思路.     

静止卫星云图的云位置偏差及其几何校正

利用静止气象卫星云图红外亮温数据和大气的温度层结曲线计算云顶高度。根据几何关系推导出观测云与真云位置偏差的计算公式, 得到中国大陆地区对流云的观测偏差一般为5~20 km的结论。通过观测云经纬度和云顶高度计算真云经纬度, 在此基础上进行了卫星云图几何校正实验, 得到误差不超过2 km的云图校正结果。通过校正前后云图与雷达图的对比, 验证了校正方法的有效性。最后, 分析了云顶高度估算误差所造成的云图校正误差。     

基于典型汽车爬坡的高海拔地区公路最大纵坡

以典型车型实地行车试验数据为基础,建立了载重汽车在不同海拔、坡度下的运行速度-距离曲线.结果表明:在3 000~5 000 m海拔范围内,海拔越高,汽车在相同坡度路段的爬坡速度下降越快,达到的稳定速度也越低;高海拔地区设计速度为100、80和60 km·h~(-1)公路的最大纵坡与现行标准中规定的相同设计速度下一般地区的公路最大纵坡相比降低了1%~2%.     

超低地球轨道卫星大气阻力预测与影响因素分析

为了对超低地球轨道卫星的大气阻力进行有效预测和分析,该文基于自由分子流试验粒子Monte Carlo方法,通过嵌入多种国际主流大气模型,开发了一套低地球轨道任意复杂外形航天器气动特性预测的通用三维并行软件,并以GOCE卫星为研究对象,计算并分析了该卫星的大气阻力特性,研究了大气模型参数、飞行高度、轨道纬度和经度等因素对大气阻力的影响规律。结果表明:随着高度的增加,阻力急剧减小,阻力系数却单调增大,卫星阻力的预测对大气模型的敏感性增强;轨道纬度和经度变化的影响主要体现在通过影响来流大气参数而间接影响阻力系数和卫星阻力,大气温度和组分影响阻力系数,而阻力系数和来流大气密度共同决定卫星阻力;随着轨道纬度和经度的变化,卫星阻力和阻力系数均呈现非单调的波动性变化。研究表明:JB2008和DTM-2013大气模型表现相近,而USSA-1976、 Jacchia-1977和NRLMSISE-00大气模型计算出的阻力都较前两者偏高。     

杭州市城郊生态带对城市气象特征的影响

城市生态带的局地气候特征及其影响是生态城市建设的重要内容.利用南京大学区域边界层模式(Regional Boundary Layer Model,RBLM),对杭州市城湖控制区2014年和2015年12d个例进行了两组数值模拟研究.在不同背景风下,分析杭州市城郊生态带对下游城区气象特征的影响.研究表明:城郊生态带山区表面是低温、高湿和大风速区域,当背景风为西北风时,山区对下游城区的温度、相对湿度和风速的影响范围分别为0.25km,0.75km和0.5km;在西南风下,山区对下游城区的温度、相对湿度和风速的影响更远,降温、增湿、风速增大范围分别达到3.5km,3km和2.25km,这主要是因为山区是西南-东北走向的原因.2014年4月15日城湖控制区有明显的山谷风环流,当日背景风风速较小,观测到这一天背景风向为偏东风,且风向没有明显转向,谷风出现时间为11:00-18:00,山风出现时间为19:00-次日07:00,18:00-19:00为谷风和山风的转换期,山谷风垂直厚度大约为300m.     

COSMIC掩星反演数据质量分析

利用2007?2010年的中国探空资料评估GPS掩星探测系统COSMIC (constellation observing system for meteorology, ionosphere, and climate)反演产品, 对比数据在空间上限定掩星事件发生地和探空站的水平距离在100 km以内, 在时间上相差不超过1小时, 对比高度范围为925~10 hPa。对比结果表明, COSMIC反演大气温度略低于探空仪测量值, 平均绝对偏差为?0.08 K, 标准差为1.67 K。两者水汽资料在200 hPa以上高度有系统性偏差; 在200 hPa以下, 比湿的平均偏差约为+0.080 g/kg, 标准差为0.692 g/kg, 水汽压平均相对误差约为+69.6%, 标准差为160.0%, 水汽压存在极端低值的异常情况。通过对全球不同区域6种探空仪的对 比, COSMIC反演产品在700 hPa以下高度显著受背景场影响, 由于背景场误差随区域改变, 因此, 只有在精度要求不高的情况下, COSMIC反演产品才适合用于评估其他资料。     

Android智能手机海面高度测量及其遥感应用

开展了Android智能手机的海面高度测量研究,并通过与测绘接收机测量结果和同比验潮站数据对比初步评估其性能。为了降低测量设备非探测区域反射的卫星导航信号对海面高度测量的影响,提出了经验模态分解提纯海面反射信号干涉振荡特征的方法,并利用仿真和试验数据验证了其有效性. 利用小米6智能手机和华测北斗N72测绘接收机采集的18天GNSS数据,开展了海面高度测量研究和评估. 结果表明:海面高度测量结果和验潮站同比数据在风速小于15 m/s时具有良好的一致性,智能手机和测绘接收机测量的海面高度的同比均方根误差均为0.31 m;智能手机用于测量海面高度的卫星信号的高度角下、上限高于30°的占比分别为30.8%和45.3%,以至于高高度角的信噪比时序可被用于测量海面高度;在18天的试验时间内,共计采集1120个海面高度测量值,平均62个/天,相比于CORS站,在相同的观测周期内具有更多的测量样本。最后对智能手机的遥感应用进行了讨论,以期推进遥感的大众化进程.      

基于CALIPSO卫星数据的全球大气边界层高度时空分布特征

通过CALIPSO卫星观测数据利用改进的最大标准差方法反演了全球范围2009年1月-2014年12月的行星边界层(PBL)高度.针对CALIPSO卫星获得的PBL高度,利用SACOL站NIES激光雷达和ECMWF PBL高度数据进行了验证.结果表明,CALIPSO卫星数据与NIES激光雷达数据的相关性为0.83, ECMWF与NIES激光雷达数据的相关性为0.41,均通过95%的显著性水平检验.全球陆地PBL高度以及季节变化趋势都明显高于海洋,且呈现相反的变化趋势,陆地PBL高度最大值发生在夏季,最小值出现在冬季,而水面上则相反;中国区域PBL高度常年存在两个高值中心,分别位于青藏高原和沿海地区;冬季北美和亚洲东部海岸沿线地区的PBL高度比周围海洋PBL高度明显偏高;CALIPSO卫星获得的全球平均PBL高度75%集中在距地面2km以内的范围,集中在0.5～0.75 km的最多.     

MMV模型下无源双基雷达低空目标微动特征提取

基于频分复用模式下的正交频分复用信号外辐射源双基雷达模型,对带旋翼低空目标进行回波建模,得到目标微动参数与回波微多普勒参数间的关系.在此基础上,针对数据缺损条件下的低空目标回波,采用基于多重观测矢量(MMV)模型并结合稀疏重构方法,实现了目标微动特征参数的提取.仿真结果表明:针对低空微动目标,该方法提取参数的均方误差可达到10-3量级.相比于单重观测矢量模型,该方法能更加准确实现数据缺损条件下的微动参数提取,耗时随模型重数的增加而减少,可为实际环境下低空目标微多普勒特征提取提供参考和借鉴.     

用于交通流预测的带距离权重模式识别算法

基于带权重的模式识别算法(WPRA)的交通流短时预测根据历史交通模式所属时段特征区分不同历史状态值权重系数的大小,但权重值的主观设定降低了方法实际应用的可靠性.通过分析基于数据驱动的非参数回归交通流预测算法核心原理,针对WPRA模型权重系数的主观随机性进行预测算法改进,建立了能预测短时交通流的带距离权重的模式识别算法(DWPRA).最后,应用实际交通流数据引入均方根误差进行算法验证,验证结果显示相同近邻K值情况下,DWPRA比WPRA均方根误差降低约4.8%~7.1%,证明了算法的有效性.     

结合激光雷达评估常规探空资料反演青藏高原混合层高度的适用性

利用微脉冲激光雷达探测资料,采用梯度法获取那曲地区夏季的混合层高度序列及日最大混合层高度;利用每日两次(08:00和20:00)的探空资料结合地面最大位温,采用气块法得到雷达探测对应日期的日最大混合层高度(MMH)。通过对比从不同资料得到的MMH,发现08:00探空反演结果与激光雷达结果有较好的一致性(相关系数R为0.85,均方根误差RMSE为0.30 km,平均绝对误差MAE为0.25 km,并通过显著性水平为0.95的t检验);20:00探空反演结果则与激光雷达结果偏差相对较大(R为0.84,RMSE为0.67 km,MAE为0.54 km,未通过t检验)。分析产生偏差的原因发现,探空时刻的残余层、前期的天气变化过程以及对流泡活动或强卷夹过程引起的混合层高度时空变化等都可能是导致20:00高度结果与激光雷达结果不一致的原因,使得20:00探空资料不适合进行最大混合高度的反演。位温廓线的日变化特征也会影响反演结果的准确性,导致08:00探空结果偏高,但可以通过统计订正做修正。     

人类活动对山西高原植被覆盖变化的影响

基于MODIS归一化植被指数数据,采用转移矩阵和线性回归模型等方法,对2001—2013年山西高原植被活动进行了研究,并结合土地利用覆盖数据、气象数据和统计数据,从土地利用变化、农业生产和植被建设三方面定量分析了人类活动对植被覆盖变化的影响.结果表明,13年来,土地利用变化的平均面积为24 151.29km2,占山西高原总面积的15.8%,土地利用变化引起的年INDV的平均变化占山西高原年INDV变化的16.1%.农业生产对未变耕地区域年INDV的贡献率约80%,进一步研究表明施肥和灌溉等农业生产活动对农作物产量的贡献率约为82.1%.植被建设对未变林地区域年INDV和未变草地区域年INDV的贡献率分别为87%,85%,植被建设对林地未变区域年INDV的贡献随海拔升高越来越大,植被建设对低度带草地未变区域年INDV比中度带区域的贡献大.     

火星探测器跟踪及VLBI测定轨分析

我国将于2020年首次发射由轨道器和火星车组成的火星探测器.火星探测器的跟踪及精密测定轨是完成工程任务和科学探测的前提.本文首先分析了火星探测器跟踪技术.然后在简述好奇号火星车VLBI观测频度和测定轨精度的基础上,以2020年7月发射的火星探测器为例,给出了深空机动、近火制动、平面机动、降轨前等关键测控弧段的太阳等离子体时延、各测站观测仰角等参数.分析了我国VLBI网对火星探测器的测定轨能力以及关键弧段的测定轨精度.用5 d的测距测速数据、测速测距+VLBI数据分别进行定轨并预报2 d至近火制动点,三维定轨误差(1σ,下同)由只用测速测距时的45.7 km降至18.8 km,近火点高度预报误差由28.2 km降至7.6 km,体现了VLBI在近火制动等关键测控弧段对定轨和轨道预报精度提高的贡献.在测距、测速和VLBI时延测量误差降低后,近火制动段定轨和预报误差会进一步降低.     

基于GARCH-VaR模型的汇率风险实证研究

现阶段人民币汇率波动及其风险度量受到广泛关注.该文基于2013年1月4日至2016年12月5日美元、欧元、加元和港币的人民币汇率每日中间价数据,建立t分布和广义误差(GED)分布下的广义自回归条件异方差(GARCH)模型,并在此基础上计算四个汇率收益率序列的VaR值.最后,通过似然比(LR)方法检验VaR值的有效性,得出99%置信度下GARCH-GED模型计算的VaR值准确性较高.     

基于Kalman滤波的灰色模型在沉降预测中的研究

针对沉降观测数据存在各种扰动,以及GM(1,1)模型的不足,提出卡尔曼滤波GM(1,1)模型,通过卡尔曼滤波去噪后,再利用GM(1,1)模型进行预测。由实验数据可得,改进模型的后验误差比值、小误差概率以及精度等级分别为0.108 0、100%、一级,而原有的3种模型中只有3次指数平滑接近改进模型,但改进模型的后验误差比值更小;从残差看,改进模型的预测残差比原有模型都小,这表明改进模型提高了沉降预测的精度。     

地基微波辐射计反演温/湿度廓线的BP神经网络训练方案对比

为提高地基微波辐射计反演大气温/湿度廓线的精度,提出了一种直接利用高垂直分辨率探空资料与地基微波辐射计观测亮温训练反演温/湿度廓线BP神经网络方案.基于地基微波辐射计的观测特点,提出了一种基于微波辐射计地面观测资料和探空资料的观测亮温综合质量控制方案,利用质量控制后的观测亮温训练BP神经网络(OBS-BP),并与基于MonoRTM辐射传输模式模拟亮温训练BP神经网络(SIM-BP)的方法进行了对比.结果表明, OBS-BP反演温度廓线的均方根误差随高度逐渐增大,范围为0.62～2.81 K,偏差范围为-0.67～0.43 K,相关系数随高度的升高逐渐减小,变化范围为0.92～0.99;相对湿度廓线的均方根误差在0～4.75 km随高度升高而增大,在4.75 km以上随高度升高而减小,范围为8.21%～24.37%,偏差范围为-3.87%～4.54%,相关系数随高度升高逐渐减小,变化范围为0.13～0.94.将OBS-BP和SIM-BP反演高时间频次的温/湿度廓线的效果进行了对比,得出OBS-BP的反演结果能更好地反映对流层内大气温/湿度演变过程,相对于利用SIM-BP的反演结果, OBS-BP反演温/湿廓线在各个高度层上均优于SIM-BP,与探空资料具有更好的一致性,更适用于实际观测中地基微波辐射计温/湿度廓线的反演.     

组合导航系统中异步多传感器信息融合算法

针对组合导航系统中多个传感器采样频率不同且存在量测滞后的问题,提出一种基于多尺度数据分块的组合导航信息融合算法.建立最高采样率下的系统模型,通过状态和观测的分块得到基于多尺度的系统模型,利用不同尺度上的观测信息在各尺度上进行Kalman滤波,并经融合最终获得基于全局的状态估计值.将该算法用于SINS/DVL/TAN组合导航系统仿真,结果表明,在异步多传感器量测的情况下,基于多尺度数据分块的信息融合算法与非等间隔Kalman滤波算法相比,北向速度最大误差减小24.1%,纬度最大误差减小23.8%,东向速度最大误差和经度最大误差均略有减小.因此,信息融合算法具有较高的滤波精度,有利于提高系统的导航定位精度.     

西湖凹陷中央反转构造带花港组致密砂岩储层埋藏史-热史

探讨东海西湖凹陷中央反转构造带致密砂窘储层中相对优质储层的发育机理,为致密砂岩气的勘探开发提供依据.以实钻井裂变径迹年龄(AFT)实验数据为依据,锆石裂变径迹(ZFT)实验数据作为约束,利用Easy％ Ro化学动力学模型,建立古近系花港组埋藏史-热史.结果表明:中央反转构造带的埋藏史-热史演化具有南北分带的特点.埋藏史北部和中部较为相近,中北部花港组自距今约34 Ma开始沉积,经历距今约14～10 Ma的抬升,玉泉组剥蚀厚度约为1.2 km;南部花港组从距今33.9 Ma开始沉积,经历了5 Ma(距今15～10 Ma)抬升,上覆的玉泉组被剥蚀近0.7 km.花港组地层温度由北向南呈逐渐降低的趋势,由北向南3个区带的烃源岩地层有机质开始成熟的时间分别为距今20 Ma、18 Ma和15 Ma.中央反转构造带北部曾经历更大的埋深和更高的地温梯度,相同埋深条件下北部储层比南部差.     

Andes上空MLT中大气周日潮的流星雷达观测研究

本文利用了Andes(30．3°S,70．7°W)流星雷达2010年1月1日至2014年3月21日的观测数据,研究了中间层和低热层(mesosphere and lower thermosphere,简称MLT)区域水平背景风场,周日潮汐以及周日潮汐与行星波之间的相互作用,并与模式结果进行了比较。多年观测结果表明,在80-100 km高度,月平均经向风场在5-8月份是南向风,在10-2月份是北向风,其变化范围在-11 m?s^(-1)到13 m?s^(-1)间,明显比HWM-07模式计算的月平均值-4 m?s^(-1)到6 m?s^(-1)范围大;观测的月平均纬向风场全年主要以东向风为主,只有少数月份的少数高度为西向风,风速范围为-14 m?s^(-1)到32 m?s^(-1),比模式计算的月平均值-20 m?s^(-1)到37 m?s^(-1)变化范围略小。观测和GSWM-00模式给出的周日潮汐月平均振幅时空分布都呈现双峰结构,观测的最大峰值出现在3月份,经向和纬向分量月平均振幅峰值分别为51 m?s^(-1) 和44 m?s^(-1),次峰出现在9月份,经向和纬向分量月平均振幅次峰值分别为40 m?s^(-1) 和37 m?s^(-1)。模式计算的经向和纬向月平均振幅峰值约为观测值的2倍,且峰值出现的时间也比观测值晚1-2个月。这些研究结果表明,模式对南半球月平均风场和周日潮汐的描述,与实际观测值间存在明显差异,还需要加强对南半球的观测研究,来不断提高和完善目前的模式。此外,我们的研究显示,在MLT区域,由于周日潮汐和行星波都比较强,周日潮汐能与不同周期的行星波相互作用,产生新的谱成分,从而导致潮汐发生短期变化。