国家自然科学基金(41204137)
- 作品数：14 被引量：28H指数：3
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- 相关机构：中国科学院大学中国科学院国家空间科学中心中国科学院更多>>
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- 临近空间全球温度场三维变分同化被引量：3
- 2017年
- 以TIMED\SABER红外温度探测数据为观测值,WACCM模式预报场为温度背景值,采用三维变分同化方法,获取了20~100 km临近空间范围的全球大气温度场,三维变分同化后,临近空间全球温度场的分布发生了明显的变化,经验证算法可行。利用统计学方法对同化结果进行评估,结果显示,三维变分同化后临近空间全球温度场误差整体减小,三维变分同化前的温度背景场误差最大可达17 K,三维变分同化后的温度分析场最大误差减小至7 K以内,同化效果明显。该算法可用于为临近空间大气环境预报模式提供更精确的初值场。
- 谢衍新吴小成胡雄杨钧烽肖存英
- 关键词：同化温度三维变分
- 大气金属层探测卫星研究
- 75~115 km的大气层中存在Na、Fe、K、Ca等多种金属成分,通常认为这些金属成分来自宇宙尘埃和流星烧蚀的产物。大量宇宙尘埃和流星进入地球大气,会对地球气候有重要影响,大气金属层是宇宙尘埃和流星进入地球大气的示踪物...
- 吴小成胡雄闫召爱郭商勇艾勇黄建国
- 文献传递
- 星光掩星探测技术的轨道模拟结果分析被引量：2
- 2020年
- 星光掩星技术是利用恒星光谱进行地球及其他行星大气痕量成分密度、温度、气溶胶等测量的有效手段。该探测原理主要是根据不同的大气成分在恒星光谱的不同位置上表现出不同的吸收特征,具体表现在:紫外波段可进行臭氧、氧气、氢气等的测量,可见光谱段可探测二氧化氮、三氧化氮、氧气等,红外可探测水蒸气、气溶胶、甲烷、二氧化碳、氧气等。星光掩星的实现过程为:当LEO卫星和恒星分别位于地球的两侧时,恒星发射的光经过地球大气的吸收、散射等作用,被另一侧的LEO所接收,即构成掩星观测。根据光谱流量得到恒星的视星等范围,给出恒星在天球坐标系中的分布和不同的光谱型,以及利用各光谱型可探测的大气成分,再利用恒星和LEO卫星在地固坐标系中的相对位置,进行恒星-LEO星光掩星轨道观测模拟,基本流程为:首先读取LEO卫星的轨道位置以及目标恒星的位置,设置24 h的模拟时间,其次判断是否处于掩星状态,当掩星开始时,计算并输出掩星发生的经纬度、速度等,直至模拟时间结束。其中涉及恒星从天球坐标系转换到地固系的过程, LEO卫星轨道、掩星切点经纬度等的计算。根据模拟流程,计算并分析掩星事件的日观测量、全球分布、持续时间以及漂移速度等,得到以下结果:(1)目标恒星在全天区都有一定数量的分布且具有不同的光谱型,可进行臭氧、二氧化氮等成分的探测;(2)在对星光掩星进行24 h的轨道模拟过程中,日观测量为5 563次,其中包括2 737次上升掩星, 2 826次下降掩星;(3)从全球分布来看,掩星事件主要分布在低纬度,两极最少,其他纬度数量相当,且经度方向分布均匀;(4)根据方位角的分布,正常掩星占比为78.25%,持续时间平均为1.5 min,切点水平漂移在18~600 km;(5)21.75%的侧面掩星事件,其较正常掩星来说,持续时间长,切点的水平漂移速度大,方�
- 孙明晨吴小成胡雄
- 关键词：光谱型卫星持续时间漂移速度
- 电离层热层参数估计对电子密度预报的影响
- 2018年
- 文章研究了基于理论模型TIEGCM的电离层热层同化预报系统,通过同化模拟的COSMIC掩星观测电子密度廓线,利用集合卡尔曼滤波方法和联合状态参数估计理论,优化估计了离子成分、中性大气温度、风场以及中性成分等背景参数.电子密度的误差统计结果显示,氧离子和中性成分对电子密度预报改善效果最佳,温度和风场较差.在同化期间离子成分、中性成分和温度的优化在12h内分别使电子密度的误差下降约30%、40%和10%.由于作用于不同的物理化学过程,中性成分、温度和离子成分影响的弛豫时间分别约为12h以上、6h和3h.同化9h以后中性成分的优化对电子密度预报的改善效果好于离子成分,这表明中性成分在电离层预报中是最重要的热层背景参数.实测数据同化结果显示,离子成分和中性成分均可使电子密度预报偏差减小约20%,并且中性成分的弛豫时间更长.
- 张亚楠吴小成胡雄
- 关键词：电子密度电离层资料同化集合卡尔曼滤波
- 天基电离层气辉成像仿真分析研究
- 2022年
- 通过气辉成像仪对电离层气辉进行探测,能够反映电离层中电子总含量、等离子体泡分布等特性,是有效的电离层探测方式之一。电离层的原子分子在白天吸收太阳辐射激发到较高能态,在夜间以气辉的形式将能量辐射出去,辐射强度与所参与反应的电离层成分密度等密切相关,因此气辉是用来观测电离层很好的示踪物。天基气辉成像方法具有全球范围观测的巨大优势,为了推动天基成像仪的设计研制和参数优化,丰富和扩展电离层探测手段,需要对全球气辉强度进行成像仿真分析。该研究主要工作:(1)分析了电离层夜间630 nm光化反应过程,设计了一种气辉成像仿真分析方法,该方法对630 nm辐射强度进行计算,分别获得了太阳活动高年和低年内四个不同季节的气辉单光谱信号源强度分布,为设定探测指标提供理论依据;(2)开展了630 nm气辉天底成像仿真研究,包括成像链路分析、信噪比分析,并使用一个时间延时积分成像的典型成像仪参数,开展结合卫星运行轨道的扫描成像仿真。本文主要结论:(1)夜间630 nm单光谱气辉强度与日间太阳辐射强度关系密切,太阳活动高年夜半球平均辐射强度为115 Rayleigh,太阳活动低年夜半球平均辐射强度为50 Rayleigh,辐射大小和分布符合卫星载荷GLO-1和国际空间站IMAP任务的实际观测结果;(2)典型参数成像仪天底观测幅宽达到245 km,气辉水平分辨率达到1 km,对强度大于50 Rayleigh气辉成像的信噪比优于10,在太阳活动高年能够清晰观测电离层气辉全球尺度结构,在太阳活动低年能够观测低纬地区电离层气辉结构。该研究结果可为天基电离层气辉成像探测提供理论依据,也可为其他辐射波段的气辉观测和成像仪参数设计优化提供参考。
- 李政涂翠涂翠胡雄
- 关键词：电离层成像仿真
- 利用一维变分同化方法从地基GPS相位延迟中获取大气折射率
- 2018年
- GPS信号相位延迟中包含很多大气信息,通过一定的方法可以从中获取有价值的大气参数。基于地基GPS相位延迟数据,提出了一种结合经验模式的一维变分同化获取大气折射率的方法。利用GPS相位延迟模拟数据进行同化试验,讨论了背景误差的设置对同化结果的影响,采用实测个例对该方法进行了验证。结果表明,该一维变分同化方法可行,并可获取高精度的0～60 km大气折射率。低层大气背景误差设置的准确程度会对整个高度范围内的同化效果产生影响。首次将同化获取的大气折射率应用于无线电波折射修正,取得了很好的修正效果,修正精度可达1 mm量级。
- 谢衍新吴小成胡雄
- 关键词：地基GPS相位延迟折射率
- LEO-LEO掩星事件持续时间及卫星间相对角速度仿真分析被引量：3
- 2017年
- 通过对LEO-LEO掩星事件仿真,分析卫星轨道参数对掩星事件持续时间和卫星间相对角速度的影响.结果表明:对掩星事件持续时间影响较大的LEO-LEO卫星轨道参数依次为轨道倾角、升交点赤经、轨道高度,近地点角距对掩星事件持续时间影响不大;LEO-LEO卫星轨道倾角互补时,掩星事件持续时间最短,为98 s;两颗LEO卫星轨道倾角之和或者升交点赤经之差在120°-240°范围内,掩星持续时间约100~150s;两颗LEO卫星轨道越高,掩星持续时间越短;掩星发生时,LEO卫星间水平方向相对角速度最大值约为0.14(°)·s^(-1),俯仰方向相对角速度最大值约为0.078(°)·s^(-1).
- 孙立刚吴小成胡雄
- 关键词：掩星持续时间仿真
- 基于三维射线追踪和HITRAN数据库的透过率仿真计算被引量：3
- 2020年
- 星光掩星技术中,利用三维射线追踪方法模拟从地面到110 km高度红外辐射在大气中传输的路线。其中,设置频率为3.95×10^14 Hz,地球形状为椭球状,模型为中性大气,且已知在地固系中目标恒星的三维位置坐标和低轨卫星轨道数据。再利用HITRAN数据库中高分辨率的氧分子吸收线参数,包括吸收线强度、低能态能量等,以天狼星的红外光谱作为原始的接收光谱,即去除地球大气的吸收散射等的作用,光谱能量随着波长的增大而降低,计算接收光谱在近红外氧气分子吸收A带(755~774 nm)的透过率。考虑到仪器小型化,选择氧气的特征吸收谱线760和762 nm,计算两谱线位置的大气透过率随高度的变化,并通过透过率计算接收光谱的信噪比,进行仪器设计的指导。另外,由于大气折射作用,必须将所得透过率进行折射修正。通过仿真计算可知:利用近红外波段755~774 nm,计算了80, 100和110 km三个高度的大气透过率,其随高度的逐渐增高而趋近于1。相比0.2 nm光谱分辨率, 0.1 nm分辨率条件下大气透过率的变化范围更大,为0.28~1,在110 km透过率为0.987,且探测的精确度可小一位。折射引起的透过率在60 km以上等于1,因此60 km以上可以忽略大气折射对大气透过率的影响,无需进行折射修正。利用760和762 nm的特征吸收线,得到光强度信噪比均大于100,且当分辨率为0.1 nm时,光强度信噪比的值更小,说明氧气对光谱的吸收作用更强。两种分辨率条件下所得相邻两高度的光子数变化量差别不大且大于1。最后,根据以上结果,可确定望远镜、 CCD、光谱分辨率、积分时间等参数,用以研究和测试星光掩星的反演算法,形成探测氧气从地面到110 km高度数密度变化的小型化仪器,也可预先分析探测误差等。
- 孙明晨吴小成宫晓艳胡雄
- 关键词：三维射线追踪HITRAN透过率
- TIMED/SABER与AURA/MLS临近空间探测温度数据比较被引量：3
- 2018年
- 利用AURA/MLS数据(V4.2)和TIMED/SABER数据(V2.0)对20～92 km高度的大气温度进行比较分析,计算AURA/MLS数据与TIMED/SABER数据的温度绝对偏差,并分析平均温度偏差在不同季节中随经度、纬度和高度的变化特征.结果表明:20～80 km高度的平均温度偏差在±6 K以内,相对偏差在3%以内;80～90 km高度平均温度偏差减小至-10 K以下,相对偏差在9%以内.中低纬度地区平均温度偏差廓线的变化趋势一致,从20 km高度的-3 K左右的负偏差逐渐增加,在45～50 km高度的平流层顶处有较明显的3 K左右的正偏差峰值.平均温度偏差随纬度变化明显,随经度变化很小.研究结果可为卫星数据的应用提供参考依据.
- 谢衍新肖存英胡雄吴小成杨钧烽
- 关键词：卫星数据温度
- 星光掩星剥洋葱法反演臭氧密度被引量：2
- 2022年
- 星光掩星技术探测恒星光经大气层消光、折射等作用后的恒星光光谱,利用大气中不同成分对不同波长的光吸收的差异反演得到大气密度信息。低轨卫星与恒星分别位于地球两侧,低轨卫星接收到不同切线高度上光谱,即构成星光掩星观测。光谱探测高度可从平流层至低热层,其中不同波段可用于不同大气痕量成分密度反演。星光掩星技术具有探测参数多、全球覆盖、垂直分辨率高、无需定标等优点。GOMOS(global ozone monitoring by occultation of stars)是搭载在欧洲航天局ENVISAT卫星上的平流层臭氧检测仪器。GOMOS利用星光掩星技术进行探测,设计精密,分辨率高,在轨稳定运行十年(2002年—2012年),探测波长跨越紫外到可见光波段,采用光谱反演和垂直反演迭代的方法反演大气成分密度,得到了大量关于临近空间区域大气资料,对长期监测平流层至低热层区域变化提供了可靠的数据支持。利用GOMOS掩星数据,提出一种简单的反演方法——剥洋葱法,反演临近空间高度上臭氧数密度。剥洋葱法假设地球大气对称且水平分层,利用单个波段光谱进行反演,假设在此波长上光谱的大气吸收效应全部由臭氧造成,即选择臭氧吸收占据绝对优势的波长。经分析,在50~100 km高度上可以利用290 nm波段进行反演,在15~50 km高度上可以利用600 nm波段进行反演。根据Beer-Lambert定律,随切点高度自上而下,对恒星光光谱透过率利用剥洋葱法进行反演得到臭氧数密度。将剥洋葱法反演结果与GOMOS官方发布结果相对比,两者符合得很好。
- 张斯敏吴小成吴小成胡雄宫晓艳
- 关键词：反演方法
