基于GPS和測高儀數(shù)據(jù)的電離層數(shù)據(jù)同化系統(tǒng).pdf

1、電離層是大約在50~2000km高度上的一部分含有大量自由電子和離子的等離子體區(qū)域，它作為高空大氣的一層，能夠?qū)υ陔婋x層穿越或反射的無線電信號(hào)產(chǎn)生顯著影響，對(duì)電離層狀態(tài)和變化的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)和預(yù)測具備極強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。
　　目前對(duì)電離層的觀測積累了大量的數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)獲得的電離層信息在時(shí)間、空間上有很大的差異，由于電離層的時(shí)空變化劇烈的特性，需要將這些數(shù)據(jù)綜合反演形成一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確、協(xié)調(diào)的電離層分析場，才方便用于短波通信等實(shí)際電離層應(yīng)用

2、。本文采用了現(xiàn)代氣象數(shù)值天氣預(yù)報(bào)領(lǐng)域中常用的kalman濾波數(shù)據(jù)同化方法，建立了一個(gè)基于 GPS和測高儀數(shù)據(jù)的電離層數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)。并采用了國內(nèi)武漢、廈門站的一天的測高儀數(shù)據(jù)以及對(duì)應(yīng)范圍內(nèi)的一天的GPS數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了獨(dú)立和聯(lián)合同化反演實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明了本同化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的正確性。最后，本文將數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)集成進(jìn)了測高儀數(shù)據(jù)快速應(yīng)用軟件，進(jìn)行了一次短波通訊的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果不僅證明了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，還證明了系統(tǒng)具有一定的短期預(yù)報(bào)能力。
　　本文的

3、主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　1.結(jié)合電離層模式和觀測，基于kalman濾波的同化方法，建立了一個(gè)電離層數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)。本文使用國際上常用的IRI模式模擬生成一個(gè)區(qū)域網(wǎng)格內(nèi)的包含經(jīng)、緯度和高度的三維電子濃度場作為初始的背景場；采用了目前最常用的GPS和測高儀觀測數(shù)據(jù)作為觀測場；選用了kalman濾波作為同化算法。該系統(tǒng)能將背景場和觀測場“融合”得到一個(gè)可預(yù)報(bào)的，更接近真實(shí)狀態(tài)的電離層分析場。
　　2.分別采用了GPS和測高儀數(shù)

4、據(jù)進(jìn)行了單獨(dú)和聯(lián)合的同化反演實(shí)驗(yàn)。首先，選用選取了2005年第181天的0:00UT～23:00UT共24個(gè)時(shí)刻的GPS斜TEC數(shù)據(jù)進(jìn)行了同化反演，共使用了19站1550個(gè)斜TEC觀測數(shù)據(jù)參與反演，6站297個(gè)斜 TEC數(shù)據(jù)作為對(duì)比驗(yàn)證，該試驗(yàn)結(jié)果表明同化后的數(shù)據(jù)相對(duì)于背景場更靠近觀測一些。接著，我們選用了2013年第1天的24個(gè)時(shí)刻的武漢站測高儀數(shù)據(jù)和19個(gè)站點(diǎn)的GPS斜TEC數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了單獨(dú)和聯(lián)合同化反演，并將結(jié)果與廈門站測高儀數(shù)

5、據(jù)進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果顯示單獨(dú)利用測高儀數(shù)據(jù)的結(jié)果要優(yōu)于背景場的結(jié)果，兩種觀測聯(lián)合同化的結(jié)果最好。
　　3.將同化系統(tǒng)集成進(jìn)測高儀數(shù)據(jù)快速應(yīng)用軟件，進(jìn)行一次短波通訊的試驗(yàn)。本次試驗(yàn)利用了武漢、廈門、吉安三地的測高儀數(shù)據(jù)，通過集成的測高儀數(shù)據(jù)快速應(yīng)用軟件，預(yù)報(bào)15分鐘后的短波通訊最佳可用頻率，并與常規(guī)的選頻方法進(jìn)行了廣州，福州和武漢三地之間短波通訊效能對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示了利用測高儀數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)的頻率進(jìn)行通訊的效果要優(yōu)于利用常規(guī)選頻通