基于TIMED/SABER衛(wèi)星2002—2018年觀測的20～100 km大氣密度數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)獲得多年月平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的全球網(wǎng)格數(shù)據(jù)。利用網(wǎng)格數(shù)據(jù),分析了大氣密度的變化特征。以網(wǎng)格數(shù)據(jù)為基準(zhǔn),計(jì)算了USSA76的相對(duì)偏差,分析了USSA76相對(duì)偏差的分布特征。以網(wǎng)格數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng),將大氣密度表征為平均值與大尺度擾動(dòng)量和小尺度擾動(dòng)量的加和,大尺度擾動(dòng)和小尺度擾動(dòng)分別采用余弦函數(shù)和一階自回歸模型表征,初步建立了全球臨近空間大氣密度模型。通過對(duì)比模型仿真值與激光雷達(dá)觀測值,表明模型仿真值與觀測值具有較好的吻合度,驗(yàn)證了建模方法的可行性。利用蒙特卡羅方法可再現(xiàn)給定軌跡上所有可能的大氣狀態(tài)。 

【文章來源】：北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,46(12)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

1月份和7月份USSA76相對(duì)于TIMED/SABER

圖1給出了1月份和7月份120°E大氣密度多年月平均統(tǒng)計(jì)結(jié)果相對(duì)于年平均密度的變化量,可以看出大氣密度在南北半球不同的分布特征。在1月份90 km以下,大氣密度呈現(xiàn)出從南半球向北半球逐漸遞減的趨勢。在南半球,大氣密度在高緯地區(qū)約82°S 80 km高度處存在大氣密度的極大值,最大值高于年平均值的74.8%。在北半球,大氣密度在中高緯地區(qū)80 km附近存在大氣密度的極小值,大氣密度低于年平均值的36.9%。在90 km以上,大氣密度呈現(xiàn)出從低緯地區(qū)向兩極地區(qū)遞減的趨勢。7月份的變化規(guī)律與1月份的相反。在90 km以下,大氣密度從北半球高緯地區(qū)逐漸向南半球高緯地區(qū)遞減。在北半球高緯地區(qū)約80 km高度存在大氣密度的極大值,最大值高于年平均值的77.9%,在南半球高緯地區(qū)存在大氣密度的極小值,最小值低于年平均值的54.3%。在90 km以上,大氣密度也呈現(xiàn)出從低緯地區(qū)向高緯地區(qū)遞減的趨勢。圖2給出了1月份和7月份120°E大氣密度多年月平均擾動(dòng)量相對(duì)于年平均密度值的變化�？梢钥闯�,在1月份,大氣密度的相對(duì)擾動(dòng)量在80 km以下,北半球中高緯地區(qū)大氣密度的擾動(dòng)量較大,尤其在高緯地區(qū),大氣密度相對(duì)擾動(dòng)量在平流層頂附近(～45 km)存在極大值,最大值為17.9%。在低緯地區(qū)和南半球中高緯地區(qū),60 km以下,大氣密度相對(duì)擾動(dòng)量較小,基本在4%以內(nèi)。在60～80 km,大氣密度相對(duì)擾動(dòng)量隨高度逐漸增大,因?yàn)榇髿獬毕ǖ呢暙I(xiàn)逐漸顯著。在80 km以上,從南半球到北半球大氣密度的擾動(dòng)均較強(qiáng),相對(duì)擾動(dòng)的最大值可達(dá)19.9%,在相同高度層,南半球的大氣密度擾動(dòng)量高于北半球。在7月份,大氣密度擾動(dòng)量隨緯度和高度的變化規(guī)律與1月份相反。在80 km以下,南半球中高緯地區(qū)大氣密度擾動(dòng)較大,最大值為15.0%。在20～60 km,低緯地區(qū)和北半球中高緯地區(qū),大氣密度擾動(dòng)較小。在60～80 km,大氣密度擾動(dòng)量隨高度逐漸增強(qiáng)。在80 km以上,大氣密度擾動(dòng)在南北半球均較強(qiáng)。在同一高度層,北半球的大氣密度擾動(dòng)量高于南半球。從1月份和7月份大氣密度擾動(dòng)的變化規(guī)律可以看出,在80 km以下,冬季半球的中高緯地區(qū)大氣密度擾動(dòng)較大。在80 km以上,夏季半球的大氣密度擾動(dòng)量高于冬季半球。

圖2給出了1月份和7月份120°E大氣密度多年月平均擾動(dòng)量相對(duì)于年平均密度值的變化�？梢钥闯�,在1月份,大氣密度的相對(duì)擾動(dòng)量在80 km以下,北半球中高緯地區(qū)大氣密度的擾動(dòng)量較大,尤其在高緯地區(qū),大氣密度相對(duì)擾動(dòng)量在平流層頂附近(～45 km)存在極大值,最大值為17.9%。在低緯地區(qū)和南半球中高緯地區(qū),60 km以下,大氣密度相對(duì)擾動(dòng)量較小,基本在4%以內(nèi)。在60～80 km,大氣密度相對(duì)擾動(dòng)量隨高度逐漸增大,因?yàn)榇髿獬毕ǖ呢暙I(xiàn)逐漸顯著。在80 km以上,從南半球到北半球大氣密度的擾動(dòng)均較強(qiáng),相對(duì)擾動(dòng)的最大值可達(dá)19.9%,在相同高度層,南半球的大氣密度擾動(dòng)量高于北半球。在7月份,大氣密度擾動(dòng)量隨緯度和高度的變化規(guī)律與1月份相反。在80 km以下,南半球中高緯地區(qū)大氣密度擾動(dòng)較大,最大值為15.0%。在20～60 km,低緯地區(qū)和北半球中高緯地區(qū),大氣密度擾動(dòng)較小。在60～80 km,大氣密度擾動(dòng)量隨高度逐漸增強(qiáng)。在80 km以上,大氣密度擾動(dòng)在南北半球均較強(qiáng)。在同一高度層,北半球的大氣密度擾動(dòng)量高于南半球。從1月份和7月份大氣密度擾動(dòng)的變化規(guī)律可以看出,在80 km以下,冬季半球的中高緯地區(qū)大氣密度擾動(dòng)較大。在80 km以上,夏季半球的大氣密度擾動(dòng)量高于冬季半球。美國標(biāo)準(zhǔn)大氣模型(USSA76)是飛行器設(shè)計(jì)和仿真常用的模型,USSA76模型與觀測數(shù)據(jù)之間的差異是實(shí)際應(yīng)用中非常關(guān)心的問題。利用大氣密度網(wǎng)格化數(shù)據(jù),對(duì)USSA76模型相對(duì)SABER大氣密度隨緯度和高度的偏差進(jìn)行了評(píng)估,結(jié)果如圖3所示。在1月份,90 km以下,從北半球到南半球USSA76大氣密度的相對(duì)偏差從正偏差逐漸向負(fù)偏差過渡。在北半球,高緯地區(qū)80 km附近存在正相對(duì)偏差的極大值,約為76.7%。在南半球,高緯地區(qū)80 km附近存在負(fù)相對(duì)偏差的極大值,約為38.5%。在90 km以上,USSA76大氣密度的相對(duì)偏差均為正偏差,且高緯地區(qū)的偏差高于低緯地區(qū)。在7月份90 km以下,從南半球到北半球,USSA76大氣密度的相對(duì)偏差從正偏差逐漸向負(fù)偏差轉(zhuǎn)變。在南半球高緯地區(qū)存在正相對(duì)偏差的極大值,為132.2%,在北半球高緯地區(qū)80 km附近存在負(fù)相對(duì)偏差的極大值,為36.1%。在90 km以上,USSA76大氣密度相對(duì)偏差為正偏差。

【參考文獻(xiàn)】：
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