全球對流層頂的多掩星觀測研究

《全球對流層頂的多掩星觀測研究》是依託中國科學院精密測量科學與技術創新研究院，由李薇擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：全球對流層頂的多掩星觀測研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李薇
• 依託單位：中國科學院精密測量科學與技術創新研究院

項目摘要

對流層頂是對流層和平流層的過渡區域，研究對流層頂的空間結構和時間變化特徵對於理解對流層-平流層交換有重要意義。掩星作為一項新的大氣探測技術，具有全球覆蓋、高精度、高垂直解析度和長期穩定等優勢。本項目將綜合利用多個掩星項目的數據，對全球尤其是中緯和極地對流層頂高度、溫度、壓強等參數的統計特徵進行研究，給出對流層頂參數細緻的空間分布、季節及年周期變化、季節內波動等，分析對流層頂斷裂帶的位置與變化，探索掩星用於極地對流層頂研究的可行性，明晰多掩星數據在反映對流層頂細緻空間結構和短時間變化特徵上的能力和優勢。這一工作將增進人們對對流層頂時空結構的認識，促進掩星在對流層頂研究中的套用，對於上對流層/下平流層區域研究有重要意義。

結題摘要

對流層頂的結構與對流層-平流層的物質能量交換和全球氣候變化等密切相關，故對其特徵的研究備受關注。本研究綜合利用7個掩星項目2001年5月至2013年4月大氣觀測數據（共6075359個剖面），研究了全球熱對流層頂的時空變化特徵。不同掩星大氣溫度的交叉比較顯示：在上對流層和下平流層區域，溫度沒有系統性偏差，平均溫度差約為0.06 K，標準差為1.6 K。利用豐富的掩星觀測獲取了高解析度的對流層頂結構，並由此揭示了其年周期、空間分布、年際變化和日變化的新特徵和細緻結構。在赤道南、北緯5度以內，除了1-2月對流層頂溫度的季節變化在4月存在第二個低值，這可能與南、北半球波作用力的合力在該時段的峰值有關。分析展示了各緯度帶上對流層頂參數的季節變化模式及模式轉變的精確信息，並發現熱帶外地區對流層頂壓強和溫度的相關特徵並不一致。在冬季，熱帶對流層頂溫度極值與壓強極值的覆蓋範圍並不完全匹配，而且前者與強對流的分布區域更一致，說明熱帶對流層頂壓強還受到其他因素的影響。採用熱對流層頂的定義，可得到北極和夏季南極合理的對流層頂結構。在赤道、中緯和北極地區，對流層頂溫度的年際變化特徵均表現出明顯的緯向差異，這是低空間解析度數據研究未曾報導過的。對於赤道和北極地區，無論是整個緯度帶還是在局部的經度區間，對流層頂溫度與下平流層溫度的年際變化一致，而與對流層溫度沒有相關性。中緯對流層頂與其上、下大氣層的溫度變化均沒有相關性。熱帶對流層頂有明顯的日變化，其中對流層頂溫度在上午較大，午夜最低。 對流層延遲是高精度衛星導航定位的重要誤差源。利用GPS對流層天頂延遲（ZTD）觀測和再分析大氣資料深入分析了ZTD的時空特徵，建立了基於三維空間參數表的IGGtrop全球對流層修正模型，其平均bias和RMS誤差分別為-0.8和4.0 cm，且IGGtrop在全球各地區均具有較為一致的修正效果，優於EGNOS等一維模型。針對IGGtrop模型參數量較大的問題，通過調整模型算法、建立自適應的空間格線以及採用最佳化的參數存儲方法等，建立了一系列新模型IGGtrop_ri (i = 1, 2, 3)。3個新模型具有與IGGtrop基本相當的修正精度，參數數量僅為原模型的3.1–21.2%，提高了模型套用的方便性。這一系列對流層模型在精度和套用上各具優勢，能滿足用戶的不同需求，可作為我國北斗衛星導航系統的參考模型。