基于GNSS极化掩星信号的降水观测数据周跳处理算法分析

利用全球卫星导航系统(GNSS)极化掩星信号提取降水信息是国际上新兴起的研究领域.针对在前期理论研究、仿真分析和地基试验的基础上,重点解决地基试验数据中的周跳处理问题.结合地基试验双极化载波相位数据的特点,系统对比分析了高次差法、多普勒观测值法等6种常用周跳处理算法的可行性和适用范围,进而研究对高次差法进行改进以解决人为确定求差次数问题,最后通过仿真分析及实测数据验证了该方法的可靠性和有效性.结果表明:该方法能够准确探测出无雨和有雨时水平极化载波相位和垂直极化载波相位的各类大小周跳,可有效应用于GNSS极化掩星信号的降水观测数据处理.

汤加火山喷发SO_(2)全球传输扩散态势模拟研究

针对2022年1月汤加火山喷发SO_(2)全球扩散态势,采用拉格朗日粒子扩散模式(FLEXPART),基于卫星监测信息对SO_(2)源项进行评估和设计,在此基础上开展数值模拟(截至2022年2月20日).结果表明,火山喷发初期模式对SO_(2)南北扩散范围模拟偏窄,但随着时间演变与观测呈现逐渐吻合趋势;SO_(2)主体位于南半球,向西传输区域主要位于0~30°S纬度带,最大传输速度约22.5°/d,在研究时段跨赤道传输作用弱,对北半球和我国影响小;SO_(2)在西向传输过程中总体保持前高后低倾斜态势,传输最快高度和向上扩散最大高度分别位于27km和31km左右;截至2月20日,SO_(2)累积地面沉降已扩展至60°N以南全球大部分区域,主要区域位于0~50°S纬度带,沉降最强地区位于澳大利亚东部、汤加火山西北部和南美洲南部.研究结果可为汤加火山气候效应评估提供数据支撑和思路借鉴.

2015~2021年京津冀典型城市PM_(2.5)和O_(3)污染趋势变化分析

大气细颗粒物(PM_(2.5))和臭氧(O_(3))的污染趋势变化受气象条件和污染源排放共同影响。基于国家空气环境监测数据和ERA5再分析资料,本文分析了京津冀地区典型城市(包括北京、天津、保定和石家庄)2015~2021年大气PM_(2.5)和O_(3)与气象因子间的关联性,并结合随机森林算法定量评估减排和气象条件对PM_(2.5)和O_(3)年际趋势变化的贡献。结果表明,除夏季外,日均PM_(2.5)与相对湿度和边界层高度均分别呈良好正和负相关;夏季日均PM_(2.5)与O_(3)和温度均呈良好正相关。分析PM_(2.5)和O_(3)不同污染类型天气中的气象条件变化特征发现,冬季和夏季PM_(2.5)单污染天均主要受不利大气扩散条件作用的影响。在PM_(2.5)和O_(3)双污染天,冬季强大气氧化性和高相对湿度条件是加剧PM_(2.5)污染的重要条件,而夏季高温和强太阳辐射条件是促进PM_(2.5)和O_(3)协同污染的重要气象条件。随机森林趋势分析发现,典型城市PM_(2.5)浓度呈下降趋势(−5.0~−10.8μg m^(−3)a^(−1)),减排主导了其趋势变化,相对贡献为84%~95%。O_(3)浓度在2015~2018年呈升高趋势,而在2018年后呈下降趋势(−3.4~−6.4μg m^(−3)a^(−1)),其中天津、保定和石家庄排放对趋势变化的相对贡献约为18%~34%,反映出近年减排措施对O_(3)污染治理产生有效作用。

1961～2004年南京市夏季气温变化特征分析

[目的]分析1961-2004年南京市夏季平均气温、最高气温、最低气温的变化特征。[方法]利用高淳站、江宁站、江浦站、溧水站、六合站、南京站6个气象站点1961～2004年的日平均气温、日最高气温、日最低气温数据，采用统计分析方法，对南京夏季的平均气温、最高气温、最低气温、≥35℃高温日数和热积温的变化特征进行研究。[结果]1961-2004年南京夏季平均气温、最高气温、最低气温均呈现增温趋势，热积温数值虽有明显上升，但高温天数并没有显著增长；20世纪60年代是一个夏季高温期，而70、80年代夏季气温有所下降，80年代是夏季气温最低的时期，90年代和2000—2004年的平均值普遍提高，90年代以后是一个夏季变热的时期。[结论]酷暑主要分布在60年代，凉夏主要分布在70、80年代。

飞机积冰过程的诊断分析及强度预报建模

利用NCEP再分析数据和观测数据,对2000年6月6日甘肃省人工增雨作业时的一次飞机积冰过程进行诊断分析,利用WRF模式对72个飞机积冰实例的天气过程进行了数值模拟,在此基础上结合飞机飞行速度建立了积冰强度预报模型,通过统计分析和拟合得到预报模型的参数,并利用飞机实测报告对该模型的预报效果进行了回报检验。结果表明,该模型对飞机积冰强度的预报准确率为69.44%,强度预报结果偏弱占比25%,偏强占比5.56%。

GNSS大气海洋遥感技术研究进展

全球卫星导航系统(GNSS)信号资源的大气海洋遥感技术一直是一个研究热点.伴随着GNSS系统的建设和发展,相继出现了利用GNSS延迟信号、反射信号、掩星信号、极化信号获取大气和海洋环境参数的一系列新技术新方法.在回顾GNSS大气海洋遥感技术概况的基础上,先后概述了GNSS延迟信号(GNSS-D)技术、GNSS反射测量(GNSS-R)技术、GNSS无线电掩星(GNSS-RO)技术、GNSS极化掩星(GNSS-PRO)技术的基本原理,比较全面系统地分析了其国内外研究和应用方面的现状及最新进展,特别是新兴GNSS-PRO技术的机理、优势及发展现状.最后对该研究领域的发展前景进行了一些探讨,相关技术的突破和发展必将在气象、水文、海洋、陆地、空间环境等地球科学领域发挥越来越重要的作用.

基于北斗信号的降雨信息监测方法

为充分挖掘北斗信号大数据资源的应用价值,拓展其在大气海洋领域的应用方向,重点从理论上研究了利用北斗信号的极化相移监测降雨信息问题。结合北斗信号的频率和极化特征,从极化相移的定义出发,分析了北斗信号经过雨区和降雨粒子相互作用的微物理过程,建立了极化相移与降雨强度之间的数学模型;利用数值模拟方法对该数学模型进行分析得出,北斗信号极化相移对降雨强度具有敏感性,这说明了北斗信号监测降雨强度的可行性;还系统研究了雨滴谱分布、雨区路径长度和卫星仰角等关键因素对极化相移的影响,为后续开展实验验证提出了合理化建议。

飞机积冰预报算法对比及其集成预报模型研究

以人工增雨作业获取的飞机积冰实例资料为基础,利用WRF模式对51次飞机积冰过程进行数值模拟,对比分析了常用七种积冰预报算法对积冰潜势区和强度的预报效果,进而采用评分权重集成法建立了飞机积冰强度集成预报模型,并检验了其预报效果。结果表明:(1)假霜点温度经验法对2002年4月4日积冰个例的预报效果与实况一致,而其他积冰算法预报效果均与实况相差较大;(2)对51次飞机积冰预报效果进行统计检验发现,假霜点温度经验法的预报效果最好,积冰强度预报准确率为72.55%,其次是RAOB法,IC指数法和I积冰指数法次之,改进的IC指数法预报准确率最差,只有19.61%;(3)对比不同积冰算法建立的集成预报模型的预报效果发现,选用IC指数法、假霜点温度经验法、RAOB法进行集成预报时,预报准确率最高,且漏报率、偏弱率及偏强率均能控制在10%以内,比单一预报算法中的最高预报准确率提高了8%,且漏报率降低了4%,偏强率降低了8%。

四种常用周跳检测算法性能分析

当前,利用GNSS极化信号测量降水是国际气象学上的一个研究热点,其中,精确周跳的检测是试验数据高质量处理的一个难点。本文在总结现有周跳检测算法的基础上,分析了双频相位求差法、电离层残差法、多普勒观测值法、伪距相位组合法四种算法的原理,并使用仿真GPS数据,对比研究四种算法的检测性能和适用范围,为下一步GNSS极化信号的实测数据周跳处理提供技术基础。

基于多源卫星数据的云底高度反演算法在中国近海的应用研究

本文利用直减率反演云底高度的计算方法,联合星载主、被动探测资料开展了中国东海、南海上空暖云云底高度反演研究,同时对暖云的分布特征进行了统计。结果表明受大气层结稳定程度影响,夜间的反演效果优于白天。两种资料的云顶高度较一致时,反演效果好,该方法具有可行性。

俯视电波折射修正及其在俯视雷达信号接收中的应用

针对海洋上空大气折射环境影响下岸基俯视雷达信号的舰载机动接收有效方法进行了系统研究.根据实际需求,建立俯视雷达信号在海洋上空传播的物理模型,通过射线追踪法结合Hopfield折射率剖面模型,仿真计算获得了大气折射影响下的电波实际传播路径,并与Ray-VT射线追踪软件的计算结果进行比对,四种发射参数下的水平距离相对偏差分别为-0.002%、-0.041%、-0.029%、-0.007%,初步说明了电波传播路径仿真的准确性.经过仿真,发现海洋上空大气折射环境对岸基俯视雷达信号的舰载接收有很大影响,必须对接收位置和接收仰角加以修正.

国外气象海洋空间天气卫星发展综合分析

文章基于美国、俄罗斯、印度和欧洲的一些国家及地区的气象海洋空间天气卫星最新发展情况,从卫星发射、研发进展和业务化应用3个方面梳理了该领域整体的技术发展脉络,分析得出了气象海洋空间天气卫星主要的发展特点和发展趋势。

国外星载对地探测激光雷达发展分析

近年来,世界各航天强国加速推进星载激光雷达研制,多颗搭载对地探测激光雷达的专星发射升空,有望大幅提升卫星对地探测能力。本文主要针对近年来国外取得显著进展的星载激光测高雷达、星载大气激光雷达以及星载多普勒激光测风雷达三种典型星载对地探测激光雷达技术,介绍其当前发展现状,并总结其未来发展趋势。

基于1—10GHz空地链路信号的雨强监测方法可行性研究

空地链路上的微波信号受降雨影响,会产生功率衰减和去极化效应.基于这些物理特性,本文提出利用1—10 GHz空地链路信号的降雨干扰项获取雨强的方法,并开展了相关理论研究.根据空地链路信号与雨滴复杂的相互作用,研究了空地链路信号频率为1—10 GHz时,雨强(rain rate,R)对衰减(attenuation,A)和交叉极化分辨率(cross-polarization discrimination,XPD)的影响,分别建立了A-R和XPD-R关系模型.通过数值模拟,分别分析了利用上述两个关系模型估测雨强的可行性,并系统研究了不同频率、极化方式和仰角条件下的适用性.研究结果表明,对于水平极化或圆极化,且频率较高的空地链路信号,利用A-R关系反演强降雨具有理论上的可行性;对于不同频率和极化方式的信号,XPD-R关系模型都可以用于反演雨强,并且对于1—50 mm·h-1范围内的雨强,XPD较为敏感;不同仰角条件下,A-R和XPD-R模型都适用.在4—10 GHz时,本文的XPD-R模型和国际电信联盟ITU-R中XPD预测模型的结果非常接近.所得出的结论对于下一步开展相关的验证实验,拓展卫星系统的气象应用,实时估测降雨强度,实现全球降雨观测具有重要的参考价值.

GNSS极化掩星信号反演雨团垂直结构方法

本文紧跟国际上新兴起的GNSS提取降雨信息这一研究思路,重点针对利用GNSS极化掩星信号提取雨团垂直结构问题进行了建模、解算和仿真研究.以GNSS-LEO掩星事件为背景,基于GNSS掩星信号经过雨团产生极化相移的物理特性,借鉴计算机层析技术的原理,构建了层析雨团垂直结构的数学物理模型,并提出了采用两种反演算法(TSVD法、Tikhonov法)及两种正则化参数选取方法(L曲线准则、GCV准则)的反演方案;通过数值模拟,分别研究了该方案在超定和欠定情况下的可行性,并对比分析了不同反演算法的效果.结果表明:超定情况时,上述算法均能较准确地重构出雨团垂直结构,和原始分布的相关系数超过0.96,且不同算法采用不同正则化参数选取方法时结果相同;欠定条件下,甚至在未知数个数远大于观测量个数时,该方案仍可重构出雨团信息,不同仿真试验最优结果的相关系数位于0.75~0.98之间,且Tikhonov法明显优于TSVD法.该研究对利用GNSS信号获取区域雨团信息进行了有益探索,为后续低轨卫星载荷方案设计和论证提供了技术支撑.