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20-100km临近空间的战略价值已经逐渐引起各国的关注和重视。对临近空间环境的研究,可为临近空间的开发和利用提供科学依据和保障,成为当前的热点问题。卫星探测数据分析及其在数据同化中的应用,可帮助我们对大气的特征和规律进行深入了解,同时还可提高数值模式预报精度。近年来已有许多覆盖全球的卫星探测资料,但利用这些资料开展临近空间大气数据同化,以进一步了解其运动特征和变化趋势、促进临近空间数值预报技术发展的工作还很不充分。基于此,本文利用卫星遥感探测资料进行临近空间大气环境特征的研究,同时基于卫星探测数据进行临近空间数据同化的研究,为临近空间大气数值模式提供更为精确的初值场。主要研究内容如下:(1)GPS信号的相位延迟中包含了低层大气和临近空间大气信息。利用地基GPS相位延迟数据,提出一种结合经验模式的一维变分同化获取大气折射率的方法,利用GPS相位延迟模拟数据进行了同化实验,讨论了背景误差的设置对同化结果的影响,并用实测个例对该方法进行了验证,获得了高精度的0-60km大气折射率。结果表明,该一维变分同化方法可行。首次将同化获取的大气折射率应用于无线电波折射修正实验,取得了很好的修正效果,修正精度可达1mm量级。(2)以TIMED\SABER(V1.07)的红外温度探测数据为观测值,NSSC临近空间大气数据同化预报实验系统的预报场为温度背景值,采用三维变分同化方法,获取了2013年10月1日00:00的20-100km临近空间全球大气温度场。利用统计学方法对同化结果进行评估,结果显示,三维变分同化后临近空间全球温度场误差整体减小,三维变分同化前的温度背景场误差最大可达17K,三维变分同化后的温度分析场最大误差减小至7K以内,效果明显。此算法可用于为临近空间大气环境预报模式提供更精确的初值场。(3)基于AURA\MLS卫星温度观测数据和NSSC临近空间大气数据同化预报实验系统,开展了三维变分连续同化试验,获取了20-100km临近空间全球大气温度场。利用统计学方法对同化结果进行评估,结果显示,三维变分同化后,20-100km临近空间全球温度场的误差整体减小,80km以下最大误差由同化前的10K减小至同化后的4K以内,80km以上最大误差由同化前的22K减小至同化后的7K以内,同化效果明显。与单次三维变分同化相比,三维变分连续同化在保证了同化效果的同时,可增加观测数据作用范围。(4)利用AURA\MLS数据(V4.2)和TIMED\SABERSABER数据(V2.0)对20-92km的大气温度进行统计比较分析,计算AURA\MLS减去TIMED\SABER的温度绝对偏差,并对平均温度偏差在不同季节中随经度、纬度和高度的变化特征进行讨论,为卫星数据的应用提供参考依据。结果表明:20-80km的平均温度偏差在6K以内,相对偏差在3%以内,80-90km平均温度偏差为-10k,相对偏差在9%以内。中低纬度地区平均温度偏差廓线的变化趋势较为一致,从20km的-3k左右的负偏差逐渐增加,在45-50km的平流层顶处有较为明显的3k左右的正偏差峰值。平均温度偏差随纬度的变化明显,随经度的变化很小。(5)基于AURA\MLS数据(V4.2)和TIMED\SABERSABER数据(V2.0)偏差的统计分析结果,提出了消除AURA\MLS和TIMED\SABER两种卫星数据的系统误差偏差的方法。将消除了系统误差的两种卫星温度探测数据作为观测值,以NSSC临近空间大气数据同化预报实验系统的温度预报场为温度背景场,进行基于AURA\MLS和TIMED\SABER联合温度观测数据的三维变分同化,获取了20-100km临近空间全球大气温度场。对比三维变分同化前后的临近空间全球温度场分布,变化较为明显,经验证算法可行。利用统计学方法进行同化评估,结果表明,三维变分同化后,20-100km临近空间全球温度场的误差整体减小,最大误差由三维变分同化前的10K减小至三维变分同化后的4K以内,同化后的温度分析场相对于温度背景场更接近真值,同化效果明显。该方法弥补了单颗卫星的探测数据难以覆盖全球的不足。(6)基于AURA\MLS(V4.2)从2004年8月到2016年12月共12年(149个月份)的温度、位势高度、压强等数据,计算分析了临近空间大气温度、大气密度及大气温度标准偏差的变化规律,并着重对大气温度标准偏差变化规律的原因进行了研究。结果表明,在30km平流层,冬半球的中高纬度地区大气扰动显著增大,是行星波和重力波作用的结果。在1月份和7月份,大气扰动在低纬度地区大于夏半球的中高纬度地区,是重力波和行星波作用的结果。重力波作用对赤道地区大气扰动的贡献,在4月份和11月份也有所体现。在70km的中间层,冬半球中高纬度地区的大气扰动依然显著,是行星波和重力波的贡献所致。中低纬度地区的大气扰动相对于平流层有所增加,是重力波活动增强以及大气潮汐开始出现的结果。在92km的低热层,赤道低纬度地区的大气扰动偏大,是非迁移性周日潮汐(DE3)贡献的结果。夏半球的中高纬度的地区大气扰动较强是重力波的贡献所致。