COSMIC掩星L2波段截斷高度的分布規(guī)律統(tǒng)計

摘 要：文章統(tǒng)計了COSMIC掩星數(shù)據(jù)L2波段截斷高度的分布規(guī)律，得到了其截斷高度的分布特點，為以后L2波段數(shù)據(jù)的誤差分析提供了參考。

關(guān)鍵詞：無線電掩星；COSMIC；L2波段；截斷高度

引言

在SAC-C和CHAMP無線電掩星計劃中，LEO掩星接收機(jī)采用的是閉環(huán)（Close-Loop， CL）跟蹤技術(shù)。閉環(huán)技術(shù)容易在10km以下產(chǎn)生追蹤誤差。而且在低對流層，閉環(huán)技術(shù)不能跟蹤上升掩星[1]。因此，在2001年，Sokolovskiy提出了開環(huán)追蹤技術(shù)（Open-Loop），能夠有效地克服追蹤誤差的問題[2]。開環(huán)技術(shù)能夠跟蹤信號到較低的高度，而且不容易發(fā)生失鎖現(xiàn)象。但是開環(huán)技術(shù)只能夠消除L1的追蹤誤差的問題，在低對流層，大部分掩星L2波段信號質(zhì)量都不好，不能用于電離層的校準(zhǔn)，低于一定高度L2波段的信號不可用[3]，因此我們需要對L2信號進(jìn)行截斷，文章主要分析L2信號截斷高度的分布規(guī)律，了解不同緯度中L2信號截斷高度的分布特點，對以后做誤差分析提供一定程度的參考。

1 數(shù)據(jù)介紹

為了分析L2截斷高度的分布規(guī)律，選取了COSMIC網(wǎng)站中COSMIC掩星計劃的atmprf干廓線數(shù)據(jù)，干廓線數(shù)據(jù)中包含了“Znid”屬性，即為L2的截斷高度，時間選用的是2011年1、4、7、10四個月份的前五天，選取了全球作為研究區(qū)域，研究L2的截斷高度隨緯度的變化。表1是對所選區(qū)域掩星數(shù)量（atmprf文件）的統(tǒng)計。

我們選取的廓線總計24108條，可以看出在中緯度地區(qū)即-60- -30N，30-60N區(qū)域內(nèi)掩星數(shù)量要多于熱帶地區(qū)和兩極地區(qū)，兩極地區(qū)最少。

2 分析與討論

我們將全球區(qū)域分為6個部分，0-30S、30-60S、60-90S、0-30N、30-60N、60-90N。分別統(tǒng)計在不同區(qū)域內(nèi)L2截斷高度的分布規(guī)律，并計算了每個部分L2截斷高度的平均值，如圖1所示。

在圖1中，上面三幅圖是北半球L2截斷高度的分布圖，可以看出在北半球0-15N范圍內(nèi)L2的截斷高度主要分布在18-20km，L2質(zhì)量不好，主要因為在熱帶低對流層，信號在穿過大氣時會產(chǎn)生超折射效應(yīng)以及多路徑效應(yīng)[4]，影響了L2信號的傳播，所以L2質(zhì)量不好，截斷高度較高。從圖b）可以看出L2截斷高度在北半球中緯度（45-60N）主要集中在12-16km處，30-45N處L2截斷高度分布均勻。在北半球高緯度地區(qū)，L2截斷高度主要集中在10-15km處，掩星廓線在60-75N處分布較為密集，75-90N處掩星廓線數(shù)量較少。

在南半球低緯地區(qū)L2截斷高度和北半球相似，-15-0N處L2截斷高度主要集中在16-20km處，在中緯度地區(qū)，L2截斷高度分布在12-15km處，高緯地區(qū)南半球L2截斷高度主要分布在8-14km處，和北半球類似。

綜上所述，可以總結(jié)L2截斷高度分布規(guī)律如下：全球范圍內(nèi)L2截斷高度在8-20km以內(nèi)，在低緯地區(qū)（-30-30N），主要是在-15-15N范圍內(nèi)，L2截斷高度較高，主要在16-20km，說明在低緯地區(qū)L2信號質(zhì)量不好，中緯度地區(qū)（30-60N，30-60S），L2截斷高度主要在10-15km范圍內(nèi)，而且在此區(qū)域內(nèi)掩星廓線數(shù)量最多。在高緯地區(qū)（60-90N，60-90S），L2截斷高度主要在8-15km處。

表2是計算的每個區(qū)域內(nèi)所有掩星廓線L2截斷高度的平均值，可以看出在低緯度地區(qū)平均值最高，隨著緯度的升高平均值逐漸降低，在南半球高緯度地區(qū)平均值最小。

3 結(jié)束語

本章主要討論了L2的截斷高度的分布規(guī)律，選取了4個月份中每個月前五天總共20天進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，選取全球范圍作為研究區(qū)域，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

（1）南北半球中緯度地區(qū)掩星廓線數(shù)量多于熱帶和高緯度地區(qū)，熱帶和高緯度地區(qū)掩星廓線數(shù)量大致相同。

（2）全球范圍內(nèi)L2截斷高度在8-20km以內(nèi)，在低緯地區(qū)（-30-30N），L2截斷高度較高，主要在16-20km。中緯度地區(qū)（30-60N，30-60S），L2截斷高度主要在10-15km范圍內(nèi)，而且在此區(qū)域內(nèi)掩星廓線數(shù)量最多。在高緯地區(qū)（60-90N，60-90S），L2截斷高度主要在8-15km處。

（3）計算了每個區(qū)域內(nèi)所有掩星廓線L2截斷高度的平均值，發(fā)現(xiàn)在低緯度地區(qū)平均值最高，隨著緯度的升高平均值逐漸降低，在南半球高緯度地區(qū)平均值最小。

參考文獻(xiàn)

[1] Sokolovskiy S，Rocken C，Hunt D， Schreiner W S， etal. GPS profiling of the lower troposphere from space： Inversion and demod ulation of the open-loop radio occultation signals[J].Geophys.Res.Lett.，2006，33： 14816.

[2]Sokolovskiy S.Tracking tropospheric radio occultation signals from lowEarthorbit[J].Radio Sci.，2001，36（3）：483-498.

[3]岳迎春，趙雪蓮，陳春明.GPS掩星技術(shù)反演氣象要素的誤差分析[J].全球定位系統(tǒng)，2007，6：21-25.

[4]胡雄，曾楨，張訓(xùn)械，等.大氣GPS掩星觀測反演方法[J].地球物理學(xué)報，2005，48（4）：768-774.