三种地磁日变值模拟方法比较分析

距离陆地较远的海域因其超过陆地地磁台站有效控制范围,而投放海底地磁观测站又会出现无法获取数据的现象,使得远海海域磁测数据日变改正难度大,因此探讨如何在此情况下合理进行日变改正变得尤为重要。针对海洋磁力测量中地磁日变数据缺失的问题,分别采用回归分析法、谐波分析法和CM4模型法三种方法进行地磁日变值数值模拟,并与实际采集的日变观测数据比较,发现以谐波分析法计算结果偏差最大,回归分析法计算结果偏差最小,且三种结果偏差大值均集中在磁扰发生时段,同时三种方法的适用条件各不相同。通过研究分析可知,对于远海海域使用三种模拟方法均可获得某位置处地磁日变值,但需要根据已收集地磁台站数据情况进行模拟方法选择。

高斯函数拟合的地磁日变规律分析及改正

地磁数据的采集精度直接影响着地磁匹配定位的准确度,地磁日变改正是获取高精度地磁数据的重要前提.在远海以及一些远离台站有效范围的偏远区域设立日变站相对困难,而且保证日变站持续稳定的工作对日变站的设立提出了更高要求.日变改正步骤复杂而繁琐,大多通过多台站联合改正或监测相应时刻日变站的变化实现,对于区域地磁数据采集过程的日变改正研究相对较少.针对这些问题,文章顾及地磁静日变化存在一定周期性的特点,基于高斯拟合函数对单点位多个太阳日下的地磁场变化规律进行分析,并对区域多点的地磁场数据进行日变拟合及改正分析.试验结果表明:在一定区域范围内高斯函数拟合得到的点位磁场的静日变化能够满足地磁日变改正精度,拟合误差在几个nT以内,中误差也不超过10 nT;区域点位实验中,将高斯函数拟合获得的日变改正值与常规方法获得的日变改正值进行对比,其中82.3%的点位日变改正值的差值在±5 nT以内.因此,基于高斯函数拟合的地磁日变改正分析能够根据观测时间获得相应区域的日变改正估值,实现日变改正,获得高精度地磁数据,为地磁匹配定位提供了基础.

利用卷积神经网络提高天气短期气温预报效果

为提高天津地区温度精细化预报的准确性,本文基于欧洲中期天气预报中心综合预报系统ECMWF-IFS、中国气象局全球同化预报系统CMA-GFS模式数据及天津259个区域自动站的逐小时气温实况数据,构建了一种基于U-Net编解码器结构的3D卷积神经网络气温预报模型,能实现天津地区24 h内逐小时气温的网格预报。采用二分搜索的方式对模型众多超参数进行调节,通过148组试验训练得到最优模型,测试集误差为1.226℃。采用多种指标对模型进行检验,结果表明,模型的预报误差整体低于原数值模式,特别是对天津市中南部(含中心城区)和东部沿海有较好的订正效果;其温度日变化预报特征更接近实况,能有效改善原数值模式的日变化预报误差,且模型表现出更强的误差稳定性。

顾及日变化和非线性垂直改正的区域大气加权平均温度模型

大气加权平均温度(Tm)是全球导航卫星系统(GNSS)技术反演大气水汽的关键因素,针对已有区域Tm模型未能同时顾及Tm在垂直方向的非线性变化和精细的日变化以及在构建模型时仅使用单一格网点数据等问题,本文以中国地区为研究区域,提出了一种基于滑动窗口的区域Tm建模方法,利用2012—2017年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA5资料建立顾及日变化和非线性垂直改正的区域Tm格网模型(CNTm模型).联合未参与建模的2018年ERA5资料和无线电探空数据,验证CNTm模型的精度和适用性,并与当前广泛使用的GPT3模型和顾及了线性垂直改正的IGPT2w模型进行精度对比.结果表明:以2018年ERA5资料和无线电探空数据为参考值,CNTm模型的均方根误差(RMS)分别为3.31 K和3.21 K,其精度相较于GPT3模型分别提高了约16%和23%,相较于IGPT2w模型分别提高了约7%和11%;顾及了非线性垂直改正的CNTm模型的估计值更接近于Tm在垂直方向上的变化趋势,且CNTm模型能够捕获Tm的日变化.由于CNTm模型在研究区域表现出优异的性能,因此,其在研究区域实时高精度、高分辨率GNSS水汽监测中具有重要的应用.

两种再分析资料100 m高度风速在湖北地区的检验与订正

选取湖北不同地形代表的3座测风塔小时风速的观测资料,对MERRA2和ERA5再分析资料100 m高度处的逐时风速数据开展检验和订正。结果表明:(1)MERRA2和ERA5对平原风速的重现效果最好,丘陵次之,高山最差,MERRA2对小时风速的重现效果优于ERA5;(2)MERRA2风速在平原地区和丘陵地区均呈现白天风速小、夜间风速大的日变化特征,在高山地区则相反;ERA5风速在3种地形下均呈现白天风速大、夜间风速小的日变化特征,与观测风速相反;(3)订正后再分析风速与观测风速日变化特征一致,平均风速的绝对偏差均在0.1 m/s左右,正、负相对误差分布较为均匀,再分析风速与观测风速的相关性均提高,均方根误差降低,偏差减少,对高山风速订正效果最好,ERA5订正效果优于MERRA2。

提高磁测日变改正精度的方法

在利用高精度磁测方法进行间接寻找砂金、岩金的研究中,需探测10nT左右的弱磁异常,这对日变改正精度提出了更高要求。针对这一需要,编制了软件,适用于IGS-2/MP-4与ENVIMAG两种型号的质子磁力仪,使其能同时投入工作做日变改正。采用一个完整的地磁平静日的日变观测数据,用分时区加权平均来确定日变改正基值。对每天测定的日变曲线先进行圆滑,降低仪器噪声对日变观测结果的影响后,再对当天各测点上的磁测值进行日变改正。这样既提高了日变改正精度,又实现了对两种型号磁力仪间观测数据的日变改正处理。

内蒙古草原温室气体排放日变化规律研究

采用静态箱—气相色谱法研究内蒙古草原温室气体 N2 O、CO2 、CH4与大气交换的日变化规律。CO2 日排放变化形式基本相同 ,和大气交换的总结果是向大气排放 ;影响草原 N2 O排放日变化形式的关键是土壤含水量和表层土壤理化特性 ,日温变化主要影响其日变化强度 ;影响草原 CH4日变化形式的关键因子是土壤水分和供氧状况 ,而温度和植物的生长状况则影响吸收强度。利用内蒙古草原温室气体排放相对固定的日变化形式 ,可以对相同生长季内每周 1次的观测结果进行矫正。

基于虚拟日变台进行地磁矢量数据日变通化方法

流动地震地磁矢量观测是一种获取地震前兆异常的方法,试验研究和观测实例表明,地震孕育引起的地磁场异常变化量级较小,因此在观测、数据处理过程中都要尽可能消除误差提高精度.本文主要从地磁矢量数据日变通化精度方面开展讨论,首先使用反距离加权插值法由泰安、武汉、崇明、杭州4个地磁台观测资料计算出蒙城地磁台相应的虚拟地磁数据,其磁偏角、水平分量、垂直分量三个要素与真实观测值的相关系数分别高达0.9987、0.9946和0.9806,验证了反距离加权插值方法对地磁观测数据空间插值的有效性.其次,选择东部和西部测区分别使用反距离加权插值方法建立各地磁矢量测点位置的虚拟日变台并用其进行通化,实例计算结果表明,该方法可有效提高日变通化精度,对于地磁台站稀疏地区更具实际应用价值.

与海洋地磁日变改正有关的长期变化和磁扰的处理

提出地磁日变改正中需要顾及地磁长期变化和磁扰的可靠分离,保证磁力数据改正处理具有明确的基准,提高拼接整合的精度。如果日变站能够控制测区,两者可采用时间同步固定的地磁正常场作为磁异常基准,测区的地磁长期变化由日变站实测的地磁长期变化来改正,反之,对日变站和测区应分别采用时间同步变化的地磁正常场作为磁异常基准,测区的地磁长期变化由地磁正常场的地磁长期变化来改正。为此,应该明确定义与时间相关的日变改正基值为地磁正常场与地磁异常之和。通过磁静日总场观测值偏离正常场的某种形式的长期平均值,可以逼近日变站的地磁异常。磁扰的分离应保证磁扰初动和消失相对于磁静日无磁扰的连续过渡。采用综合模型一并进行日变改正、正常场及其长期变化改正,可以更好地解决目前日变改正中遇到的问题。

海洋磁力测量中地磁日变站有效控制范围确定

基于地磁日变化时空变化特点,对地磁日变站纬度方向有效控制范围确定方法进行了研究,推导了地磁日变站有效控制范围的计算公式.利用试验数据验证表明:地磁日变化空间差异主要取决于纬度效应,提出的地磁日变站有效控制范围计算方法具有一定的适用性.

海洋磁力测量中一种磁扰日地磁日变的改正方法

基于磁扰期间地磁扰动的时间变化特点,提出了一种磁扰日地磁日变改正方法-扰日法,该法充分利用磁扰日前后的日变观测资料,将磁扰日期间的静日变化和扰动变化分离,结合各自的时间特点,分别对其进行改正。实例验证与分析表明:磁扰期间,采用扰日法可以提高磁扰日地磁日变改正精度,并且其日变改正精度与时间差(经度差)不存在相关性。

利用最小二乘拟合法进行多站地磁日变基值归算

多站日变改正技术是解决远海区大范围磁力测量地磁日变改正的关键技术,然而多站日变改正中,为了减小磁场水平差异的影响,分站日变基值必须向主站归算.基于地磁日变化的时空特点,尝试将最小二乘拟合法引入到多站日变基值归算中,并采用多站同步观测数据对方法的有效性进行了验证.结论表明:当主站和分站日变性质相似时,最小二乘拟合法可以取得良好的效果,且对同步观测时段低.但是当日变性质差异较大时,则应当采用传统的同步比对法.

北方设施菜地土壤N_2O排放通量日变化及最佳观测时间确定

选择不同季节的4个N2O高排放通量日（2012年8月28日和12月27日、2013年3月14日和6月14日）,利用静态暗箱-气相色谱法对设施菜地土壤N2O排放通量进行连续24h原位观测,以探讨其日变化特征,并确定1d内的最佳观测时间。结果表明,设施菜地施肥后（2012年12月27日除外）N2O排放通量呈明显的单峰型日变化规律,排放峰值一般出现在14：00左右,比气温峰值时间滞后约2h。同茬作物基肥后第13天与追肥后第2天相比,前者N2O日排放通量峰值和日均排放通量分别较后者高3.4~12.9倍和6.8~7.0倍。相关分析表明,4个典型日内,仅2012年12月27日的N2O排放通量与气温、3cm地温和10cm地温无显著相关,其它日均呈显著正相关。说明观测日土壤温度处于N2O形成适宜范围内,且气温日较差较大时,温度才是影响N2O排放通量日变化的主要因素。对24h内N2O排放通量的矫正分析结果表明,2012年8月28日和12月27日、2013年3月14日和6月14日分别在18：00-21：00、10：00-次日6：00、21：00、16：00-18：00的观测值,可以代表当天的N2O排放通量。若在其它时段采样,应进行有效的矫正处理,否则会导致对典型日N2O排放的估计偏高13.4%~240%或偏低13.1%~64.5%。

时差对海洋磁力测量地磁日变改正的影响分析

为研究时差对磁测的影响,基于站间同步地磁日变曲线的特征,尝试采用同步比对法和相关分析法计算两站的时差。结论表明:同步比对法和相关分析法能反映站间真实的时差,当测区范围较小时(至少是在本文实例的两个地磁日变站之间),时差对地磁日变改正的影响很小,海洋磁力测量地磁日变改正时可以忽略其影响。

多台站地磁日变观测数据对远海磁测精度的影响分析

用广东肇庆、海南琼中和一个设在西沙海域的海底地磁日变观测站三个台站的地磁观测数据,对西沙东南部海域某工区的海洋磁测数据进行日变改正的处理,研究不同距离的日变观测数据对远海区磁测改正精度的影响程度,并且尝试探讨用多台站磁日变校正方法来提高远海区的地磁精度的技术方法。

海洋磁力测量中多站地磁日变改正基值归算

海洋磁力测量多站日变改正时,为了减小磁场水平差异的影响,需要进行地磁日变基值归算。分析了地磁日变化时空分布特点,研究了地磁日变基值对多站地磁日变改正时磁测的影响,提出了多站地磁日变基值归算方法。经地磁日变同步观测数据验证表明:一定空间范围内,各站地磁日变数据日平均值基本上呈同步变化,利用此方法归算得到的分站地磁日变基值稳定。

两种典型磁扰对航空磁测的影响

磁扰是磁暴发生期内间断性出现的地磁场扰动变化,可以出现在磁暴的不同阶段,其幅度和形态与磁暴的规模和类型相关,规模较大的磁暴期间出现的磁扰比规模较小的磁暴期间出现的磁扰幅度大、频次高、持续时间长。研究发现,实际生产中最常见的磁扰幅度一般在几纳特至十几纳特,形态主要呈线性梯度变化和非线性扰动变化,这两种典型磁扰对磁测结果均有影响,经过磁日变校正能够消除。结合生产实例,探讨了磁日变校正对消除磁扰的作用。

基于Himawari-8卫星的逐时次海表温度融合

Himawari-8卫星是日本气象厅发射的新一代地球同步静止气象卫星,为获取逐时次海表温度产品提供了有力数据支持。本文以Himawari-8 AHI海表温度为基础,利用最优插值法融合GCOM-W1 AMSR2海表温度和NERA-GOOS现场观测资料,生成逐时次海表温度融合产品。为了充分利用邻近时刻的海表温度观测资料,利用Himawari-8 AHI海表温度和欧洲中期天气预报中心海面风速数据建立匹配数据集,研究建立海表温度日变化模型,实现邻近时刻海表温度的订正;为了消除多源海表温度间的系统偏差,以Himawari-8 AHI海表温度为目标数据,利用泊松方程对GCOM-W1 AMSR2海表温度进行偏差订正。实验验证结果表明,利用逐时次海表温度融合产品计算的日增温情况与海面风速具有较好的相关性,间接证实了逐时次海表温度融合产品的准确性;另外,逐时次海表温度融合产品与现场观测海表温度的偏差为0.09℃、均方根误差为0.89℃,二者具有较好的一致性,说明逐时次海表温度融合产品具有较高的精度。

大洋调查中海山地磁测量的静日变化校正方法

针对大洋调查中海山地磁测量时难以设立静日变化观测站的问题,提出了一种基于多项式拟合最小二乘算法的日变校正方法,即假设静日变化磁场可以用一个关于时间的高阶多项式来拟合,利用主测线和联络测线交点误差的最小二乘估计求得多项式的系数,从而得到静日变化曲线。从调查测得的磁场中减掉静日变化磁场即可得消除静日变化影响后的海山地磁异常。理论模型和实际资料处理都表明,这种方法不仅可以较好地消除静日变化的影响,而且用计算机实现也简单。为了提高静日变化校正结果,讨论了为提高静日变化校正效果,在大洋调查中测量海山地磁时应注意的几个问题。

磁扰日日变改正的最小二乘谐波建模实现方法

采用最小二乘法代替傅里叶系数计算公式来确定谐波系数,使用若干个磁静日的谐波系数均值作为磁扰日的谐波系数,再取一定截断阶数的傅里叶级数作为太阳静日变化模型。以此进行地磁观测数据中太阳静日变化和磁扰的分离。然后对日变站太阳静日变化进行地方时差校正得到测点处的太阳静日变化,将其与地磁扰动一起用于测点的日变改正。通过台站数据的计算结果分析了模型的截断阶数、日变站与测点间的经度差等因素对日变改正精度的影响,并对比了此方法与扰日法的改正效果。结果说明了此方法的合理性与可行性。