电离层总电子含量的短期预报方法的误差评估.pdfVIP

. , . 电 波 科 学 学 报 第 卷 第 期. 年月 文章编号 ? ?? 电离层总电子含量的短期预报方法的误差评估 武业文, 刘瑞源 吴振森 张北辰 刘俊明。.西安电子科技大学理学院,陕西 西安 ; .中国极地研究中心,上海 摘 要 用统计学的方法分析了用自相关分析法和改进的克里格插值法对中国地区 电离层总电子含量 进行短期预报的预报误差。结果表明:预报误差的大小在 地域上呈现出由北向南逐渐增大的趋势,时间上,在二分季节误差较大,误差日变化 的峰值出现在午后。而相对误差则是在冬季最大,在夏季最小;相对误差的日变化为 双峰结构,峰值出现的时间在 点和 点附近。从总体上看,在提前一小时预报中 国地区电离层时,相对误差为 左右。通过统计对比单站预报和区域重构 对最终预报误差的影响可以看出,单站预报误差起主要作用。因此,改进单站预报方 法十分重要,可以有效地提高预报精度。同时,也需要增加并合理布局全球定位系统接收台站。 关键词 电离层短期预报;单站预报;区域重构;预报误差 中图分类号 . 文献标志码方法 。该方法是时域和空域上线性无偏、最优估 .引 言 值的方法,它先用自相关分析法进行单站预报,然后 引入电离层距离,用改进的克里格插值的方法进行 电离层总电子含量 作为电离层的一个重 要特征参数,对穿越电离层的无线电信号具有重要 区域重构,从而完成对我国地区电离层的短期 预报。预报的提前量为 到 . 影响,而且由电离层引起的一些测距角 误差、附加 时延等传播效应直接正比于电离层值。因此, 为了更好地说明该方法的可行性,并着手提高 对于电离层的准确预报非常重要。为此,国内 我国地区电离层的预报精度,本文对我们提出 外很多专家学者在继早期对电离层临界频率 的这一短期预报方法的预报误差,进行了较为细致 做了相关的预报技术。 研究之后,又对电离层 的分析,得到了它们的时空分布特性,并通过讨论单 提出了很多现报、预报的方法。目前很多网站 站预报误差与重构误差的大小关系来确定预报误差 的主要来源,提出了改善我国地区电离层短期 都能提供电离层的全球分布图,如全球导航卫 星系统国际服务机构的电离层分析中心/ 预报精度的可能途径。 】 ,万卫星等口 建立了一种中国地区电离 .误差评估使用的数据和方法 层的现报系统,, .等 叩用经验正交模 函数法实现了对中国地区电离层的现报,李志 在评估预报误差时,使用的数据是 年中国 刚等 提出了用自回归滑动平均模型预 及周边地区 个台站的观测数据,用文 报全球电离层电子含量的方法。但是对电离层 献 的方法,将原始的观测数据处理成时间 的短期预报方法的报道不多。为此,我们最近 间隔为 分钟的时间序列。台站的名称及相 提出了一种用于中国地区电离层的短期预报 应的地理位置见表 。 收稿日期: ? ?基金项目:国家自然科学基金项目.;公益性行业 气象 科研专项. ;国家电磁环境重点 实验室项目. ;国家海洋局青年海洋科学基金. ;国家自然科学基 金青年项目.联系人:刘瑞源 ? :.. 电 波 科 学 学 报 第 卷 表 参与误差评估的台站名称、 上述两式的计算,便可以得到预报误差。在此基础 地理位置和单站预报误差/ 之上,再除以相应的电离层均值便可以得到相 对预报误差。 .误差评估的计算结果 . 预报误差的地域分布 应用该预报方法可以计算出全国各地某一月 份、某一时刻提前 至的电离层预 报结果,与实测值相比,利用公式就可以计算出 该地点在相应时间的预报误差。作为例子,图 给 出了 年 月份点北京时间:,下同 全 国各地提前一小时预报电离层 的误差分布。 总的来说,不难看出预报误差呈现出由北向南逐渐 增大的趋势,但是北回归线附近地区,即所谓的赤道 异常北驼峰区的预报误差较大,达 左右,要 大于海南地区的 .. . 预报误差随地方时和季节的变化 图 见 页 作为例子,给出的是某一月份 某一时刻全国各地的预报误差值。为了从整体上评 估预报误差,采用式,同样以提前一小时预报为 例,计算了 、 、 、 四个月各时刻全国整体的预报 误差,结果如图 所示。总的来说:①预报误差在 点左右,也就是日出前后有一个小峰值,并在午后点左右达到各个月预报误差的最大值。最大值 在 、 两月为 左右, 、 两月的预报误差 则为 左右。就平均值来说,预报误差的范 围在 . ~ .②除了个别时刻外, 、 两个 月的预报误差都要大于 、 两个月对应时刻的预 基于表 中数据,用统计学的方法,以一 报误差,尤其是午后点左右,预报误差之差值达 个月的数据为基本样本组,对“中国地区电离层 左右。说明二分季节的预报误差要大于 短期预报方法”的预报误差进行评估。误差的 夏、冬两个季