2018衛(wèi)星導航cosmic掩星電子密度廓線的質量檢核

1、1(2018(2018衛(wèi)星導航衛(wèi)星導航)COSMIC)COSMIC掩星電子密度廓線的質量檢核掩星電子密度廓線的質量檢核徐曉華12李娟1羅佳131孫方方1（1.武漢大學測繪學院，武漢，430079；2.地球空間信息技術協(xié)同創(chuàng)新中心，武漢，430079；3.地球空間環(huán)境與大地測量教育部重點實驗室，武漢，430079）摘要：利用COSMIC掩星任務自2010年至2014年的電離層電子密度廓線，使用只考慮廓線自身特性的四種參數(shù)進行質量檢核，并對

2、廓線質量的時空分布進行分析。發(fā)現(xiàn)在廓線質量的空間分布上，廓線不合格率在高緯地區(qū)最高，其次是低緯地區(qū)，在中緯地區(qū)最低，這可能與電子密度分布在磁赤道附近存在赤道異常、兩極地區(qū)的磁場強度最大有關。廓線質量的季節(jié)變化較明顯，在南、北兩個半球，冬春兩季的廓線不合格率均顯著高于夏秋兩季。另外，廓線質量具有一定晝夜分布特性，不合格率在白天明顯較夜晚低，且在晨昏分界線上變化較大。合格廓線的電子密度峰值和峰值高度分布在磁赤道附近明顯高于其他區(qū)域，呈現(xiàn)“雙

3、駝峰”現(xiàn)象。關鍵字關鍵字：COSMIC掩星電子密度廓線質量檢核時空分布TheQualityCheckoftheIonosphericDensityProfilesfromCOSMICRadioOccultationObservationsXUXiaohua12LIJuan1LUOJia13SUNFangfang1（1.SchoolofGeodesyGeomaticsWuhanUniversityWuhan4300792.Collabat

4、iveInnovationCenterfGeospatialTechnologyWuhan4300793.KeyLabatyofGeospaceEnvironmentGeodesyMinistryofEducationWuhan430079）Abstract:WiththeionosphericelectrondensityprofilesderivedfromtheCOSMICradiooccultationmissionduring

5、2010to2014thequalitiesoftheseprofilesarecheckedcomprehensivelyusingfourqualitycontrolparameterswhichconsideronlytheprofilesownacteristics.Thespatialtempaldistributionsofthequalitiesoftheprofilesareanalyzedaccdingly.Wefou

6、ndthatthequalitiesoftheprofilesarethehighestoverthehighlatituderegionsfollowedbythelowlatituderegionsthelowestoverthelatituderegions.Thismaybeduetotheexistenceoftheequatialanomalyoftheelectrondensitydistributionnearthema

7、gicequat.Theseasonalvariationofthequalitiesoftheprofilesisdistinctwhichshowsasignificantlyhigherrejectionratioinwinterspringthaninsummerautumnoverbothofthetwohemispheres.Inadditiontherejectionratiooftheprofilesissignific

8、antlylowerindaytimethaninnighttimewithgreatchangesoccurringattwilightdemarcations.Thepeakelectrondensitiesthecrespondingpeakheightsderivedfromthequalifiedprofilesaresignificantlyhigherovermagicequatthanoverotherregionswh

9、ichshowsa“doublehump“phenomenon.Keywds:COSMICradiooccultationIonosphericelectrondensityprofileQualitycheckSpatialtempaldistribution收稿日期：收稿日期：基金項目：基金項目：國家自然科學基金資助項目（41774033，41774032）作者簡介：作者簡介：徐曉華，教授。主要從事GNSS大氣研究，Email：.羅

10、佳（通信作者），男，副教授。Email:.近年來全球各GNSS無線電掩星任務的實施讓掩星資料在大氣研究領域受到越來越多的關注。掩星技術利用低軌衛(wèi)星上的接收機對GNSS衛(wèi)星進行臨邊探測的資料，獲取中性大氣層和電離層的物理參數(shù)廓線。對于電離層，利用掩星信號的相位延遲和振幅，結合衛(wèi)星軌道信息，得到沿信號傳播路徑的電子總量，經(jīng)Abel變換進3COSMIC掩星電子密度峰值高度()數(shù)2hmF據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)峰值高度變化范圍為200~400km。本文

11、考慮到所使用的電子密度廓線分布全球，將合格峰值高度區(qū)間設置為200~450km，將峰值高度在該范圍之外的廓線標記為問題廓線。針對電離層等離子體不均勻性、觀測噪聲所導致的電子密度廓線在垂直方向上存在較大波動甚至有明顯失真的尖峰[7]等情況，Yang等[7]和Guo等[11]分別定義了進行廓線質量檢核的兩個參數(shù)：平均偏差（MeanDeviation，)與噪聲水平因子MD，計算公式分別如式（1）和式（2）所?示：(1)|)()|()eeien

12、iniMDNni???（(2)212(()())(2)keeininikNmF?????在式（1）中，N為一條廓線中電子密度采樣的總數(shù)，和分別是第i個()eni()eni采樣點電子密度的反演值和由反演值經(jīng)9點滑動平均濾波法得到的背景值。在式（2）中，k為高度300km以上的電子密度采樣總數(shù)，是300km以上第i個采樣()eni點的電子密度反演值，是對應的9點()eni平滑電子密度，是廓線的電子密度2NmF峰值。由（1）、（2）兩式可知，

13、廓線在垂直方向上波動越大，對應和的值也MD?越大。本研究采用了與Yang等[7]和Guo等[11]相同的質量檢核準則，同時考慮到部分廓線在電離層低層電子密度及其背景值出現(xiàn)負值而導致為負的情況，將MD值小于0或大于1.5，或大于0.01MD?的電子密度廓線標記為問題廓線。除了利用電子密度廓線波動狀況的質量檢核參數(shù)外，針對部分問題廓線違背了在峰值高度之上電子密度應當隨著高度增加而逐漸減小的規(guī)律，反而呈現(xiàn)出一種穩(wěn)定或者正梯度變化[712]的情

14、況，Yang等[7]提出將420km~490km高度區(qū)間的頂層電子密度梯度作為對掩星電子密度廓線進行質量檢核的控制參數(shù)。式（3）為頂層電子密度梯度的計算公式：(3)12()()70eeninidNdHkm??其中、分別是1()eni2()eni490km、420km高度處的電子密度值。由式（3）得到的梯度值理論上應該是不大于0的值，可將0作為限值。但是考慮到垂向近似均勻分布的情況，應當取一個比0稍小的值作為限值，如Yang等[7]中取為