不同太阳辐射指数对大气模型精度的影响分析.pdfVIP

中国科学 G 辑:物理学 力学 天文学 2009 年 第 39 卷 第 3 期 : 467 ~ 475 SCIENCE IN CHINA PRESS 不同太阳辐射指数对大气模型精度的影响分析 ①②* ① 汪宏波 , 赵长印 ① 中国科学院紫金山天文台, 南京 210008; ② 中国科学院研究生院, 北京 100039 * E-mail: whb@ 收稿日期: 2008-04-08; 接受日期: 2008-09-16 国家自然科学基金资助项目(批准号: 摘要 利用2001 至2005 年CHAMP 卫星加速仪资料反演的大气点密度数据, 结合大 关键词 气模型CIRA72, DTM94, NRLMSISE00 和JB2006, 分析了不同辐射指数F10.7, E10.7, S10, 太阳辐射指数 Mg10 对模型精度的影响. 结果表明: (i) 在低太阳辐射(F10.7 160)时, 用E10.7 取代F10.7 能 CHAMP 加速仪资料 使模型精度提高约 15%, 但在强太阳辐射(F10.7 200) 时, E10.7 计算的误差弥散度急剧增 大气模型 大, 从而导致模型精度降低; (ii) S10 和Mg10 指数在中低太阳辐射时对模型精度影响不大, 在强太阳辐射时能降低误差的弥散度, 与 E10.7 联合使用能使模型精度提高约 20%; (iii) 多种指数联合建模的JB2006 模型比DTM94 精度高; (iv) 低太阳辐射情形下, JB2006 与 NRLMSISE00 精度接近, 强太阳辐射情形下E10.7 计算的JB2006 比NRLMSISE00 精度高, 特别是在2003 年10 月的太阳爆发中, JB2006 与CHAMP 观测最接近. 总之, 不同的指数 对模型精度的贡献体现在不同的方面. E10.7 指数主要是在中低太阳辐射时降低模型的平 均误差; S10 和Mg10 指数主要是在强太阳辐射时降低模型误差的弥散度. 大气阻力是影响近地卫星运动的一个重要摄动 模型的内符合误差始终处于 15%~20%之间. 尽管人 源, 而大气密度模型又是大气阻力计算中最主要的 们不断地使用精度更高的数据对模型参数进行改进, [2] 误差来源. 早在第一颗人造卫星上天以来, 国外就开 但“15%” 的误差似乎成为大气模型“精度的极限” . 展了大气模型的研究. 1964 年 Jacchia 提出 Jacchia64 国外已经有研究者开始寻找制约模型精度的瓶 模型[1], 以扩散平衡方程的数值积分为基础, 较完整 颈, 一个可能的因素就是太阳辐射指数. 现有的大气 地考虑了大气密度随高度、纬度、地方时、周年、太 模型都采用太阳 10.7 cm 辐射流量 F10.7, 但事实上这 阳辐射指数和地磁指数的变化规律, 之后还发表 种波长的辐射基本不对大气加热[3]. 相反地, 那些对 Jacchia71 和 Jacchia77 等修订版本, 该系列模型是最 大气有加热效应的辐射在穿过大气层的过程中被吸 早的“三维大气密度模型”, 直到今天仍然是很多大气 收了, 地面上测量不到, 因此只能借用F10.7 间接地描 模型的建