COSMIC掩星L2波段截斷高度的分布規律統計

摘 要：文章統計了COSMIC掩星數據L2波段截斷高度的分布規律，得到了其截斷高度的分布特點，為以后L2波段數據的誤差分析提供了參考。

關鍵詞：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掩星接收機采用的是閉環（Close-Loop， CL）跟蹤技術。閉環技術容易在10km以下產生追蹤誤差。而且在低對流層，閉環技術不能跟蹤上升掩星[1]。因此，在2001年，Sokolovskiy提出了開環追蹤技術（Open-Loop），能夠有效地克服追蹤誤差的問題[2]。開環技術能夠跟蹤信號到較低的高度，而且不容易發生失鎖現象。但是開環技術只能夠消除L1的追蹤誤差的問題，在低對流層，大部分掩星L2波段信號質量都不好，不能用于電離層的校準，低于一定高度L2波段的信號不可用[3]，因此我們需要對L2信號進行截斷，文章主要分析L2信號截斷高度的分布規律，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 數據介紹

為了分析L2截斷高度的分布規律，選取了COSMIC網站中COSMIC掩星計劃的atmprf干廓線數據，干廓線數據中包含了“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域，研究L2的截斷高度隨緯度的變化。表1是對所選區域掩星數量（atmprf文件）的統計。

我們選取的廓線總計24108條，可以看出在中緯度地區即-60- -30N，30-60N區域內掩星數量要多于熱帶地區和兩極地區，兩極地區最少。

2 分析與討論

我們將全球區域分為6個部分，0-30S、30-60S、60-90S、0-30N、30-60N、60-90N。分別統計在不同區域內L2截斷高度的分布規律，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L2的截斷高度主要分布在18-20km，L2質量不好，主要因為在熱帶低對流層，信號在穿過大氣時會產生超折射效應以及多路徑效應[4]，影響了L2信號的傳播，所以L2質量不好，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，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處掩星廓線數量較少。

在南半球低緯地區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，L2截斷高度分布在12-15km處，高緯地區南半球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L2截斷高度分布規律如下：全球范圍內L2截斷高度在8-20km以內，在低緯地區（-30-30N），主要是在-15-15N范圍內，L2截斷高度較高，主要在16-20km，說明在低緯地區L2信號質量不好，中緯度地區（30-60N，30-60S），L2截斷高度主要在10-15km范圍內，而且在此區域內掩星廓線數量最多。在高緯地區（60-90N，60-90S），L2截斷高度主要在8-15km處。

表2是計算的每個區域內所有掩星廓線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平均值最小。

3 結束語

本章主要討論了L2的截斷高度的分布規律，選取了4個月份中每個月前五天總共20天進行數據統計，選取全球范圍作為研究區域，結果發現：

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

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

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

參考文獻

[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掩星技術反演氣象要素的誤差分析[J].全球定位系統，2007，6：21-25.

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