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產(chǎn)生顯著影響，對電離層狀態(tài)和變化的準確認識和預測具備極強的應用價值。
　　目前對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間、空間上有很大的差異，由于電離層的時空變化劇烈的特性，需要將這些數(shù)據(jù)綜合反演形成一個相對準確、協(xié)調(diào)的電離層分析場，才方便用于短波通信等實際電離層應用

2、。本文采用了現(xiàn)代氣象數(shù)值天氣預報領域中常用的kalman濾波數(shù)據(jù)同化方法，建立了一個基于 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)以及對應范圍內(nèi)的一天的GPS數(shù)據(jù)分別進行了獨立和聯(lián)合同化反演實驗，結果證明了本同化實驗系統(tǒng)的正確性。最后，本文將數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)集成進了測高儀數(shù)據(jù)快速應用軟件，進行了一次短波通訊的試驗，試驗結果不僅證明了系統(tǒng)的準確性，還證明了系統(tǒng)具有一定的短期預報能力。
　　本文的

3、主要研究內(nèi)容及結果如下：
　　1.結合電離層模式和觀測，基于kalman濾波的同化方法，建立了一個電離層數(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”得到一個可預報的，更接近真實狀態(tài)的電離層分析場。
　　2.分別采用了GPS和測高儀數(shù)

4、據(jù)進行了單獨和聯(lián)合的同化反演實驗。首先，選用選取了2005年第181天的0:00UT～23:00UT共24個時刻的GPS斜TEC數(shù)據(jù)進行了同化反演，共使用了19站1550個斜TEC觀測數(shù)據(jù)參與反演，6站297個斜 TEC數(shù)據(jù)作為對比驗證，該試驗結果表明同化后的數(shù)據(jù)相對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個時刻的武漢站測高儀數(shù)據(jù)和19個站點的GPS斜TEC數(shù)據(jù)分別進行了單獨和聯(lián)合同化反演，并將結果與廈門站測高儀數(shù)

5、據(jù)進行了對比驗證，結果顯示單獨利用測高儀數(shù)據(jù)的結果要優(yōu)于背景場的結果，兩種觀測聯(lián)合同化的結果最好。
　　3.將同化系統(tǒng)集成進測高儀數(shù)據(jù)快速應用軟件，進行一次短波通訊的試驗。本次試驗利用了武漢、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)快速應用軟件，預報15分鐘后的短波通訊最佳可用頻率，并與常規(guī)的選頻方法進行了廣州，福州和武漢三地之間短波通訊效能對比試驗。試驗結果顯示了利用測高儀數(shù)據(jù)預報的頻率進行通訊的效果要優(yōu)于利用常規(guī)選頻通