GPS掩星对流层顶结构探测应用研究

中国区域对流层顶结构变化分析
 采用2°×2°网格法，把包括中国在内的16°N~54°N、72°E~136°E区域共分成19×32个网格单元，然后计算每个网格单元对流层顶高度、温度、气压的平均值，分析中国区域对流层顶参数随经纬度变化分布特征；通过计算每个网格单元对流层顶参数各季节平均值分析对流层顶参数的季节性变化；通过计算中国区域对流层顶参数的月平均值，利用去除季节性变化的距平、线性中位数回归法（Median of pairwise slopes regression）分析对流层顶参数的趋势变化。结果如图 1所示。


图 1  2008年中国区域对流层顶高度（a）、温度（b）、气压（c）及掩星事件数量（d）随经纬度的变化
 


图 2  2008年春（a）、夏（b）、秋（c）、冬（d）四个季节中国区域对流层顶温度的分布
 
图 1、图 2表明中国区域对流层顶高度、温度及气压呈明显的纬度分带分布特征。从低纬到高纬，对流层顶高度随纬度降低；在亚热带地域，对流层顶高度显著降低。中国西部对流层顶高度略高于东部，西部对流层顶气压和温度均低于东部。同时中国区域的对流层顶参数呈明显的季节性变化，在每年的7、8月份对流层顶高度最高、气压最低；在每年的2、3月份，对流层顶高度最低、气压最高。对流层顶温度变化规律相对复杂。采用线性中位数回归法分析2007年1月至2011年12月中国区域对流层顶参数月平均值发现，近5年来中国区域对流层顶高度平均每年降低8m。
Ø  全球对流层顶结构变化分析
 为分析全球各纬度带对流层顶结构的季节性变化与年际变化，每隔10纬度把全球分为18个纬度带，然后计算各纬度带的面积加权月平均值。采用5°×5°网格法，把全球共分成36×72个网格单元，然后计算每个网格单元对流层顶高度、温度、气压的月平均值，以每5°×5°网格单元面积为权值，对每10纬度带对流层顶结构进行加权平均。利用弯曲角自然对数协方差变换法由COSMIC掩星弯曲角廓线出发确定对流层顶高度，利用上述对流层顶结构变化分析方法，进一步对全球对流层顶结构变化进行了分析讨论。

(a)                                                           (b)                                                           (c)
图 3  2008年全球对流层顶高度、温度及气压随经纬度的变化
 从图 3（a）可见全球对流层顶高度主要随纬度分带变化，随经度变化较小。在赤道附近对流层顶最高，在北极对流层顶最低。从赤道至南北纬30°的范围内，对流层顶高度基本在16~18km，变化较小。在亚热带区域对流层顶急剧降低，从亚热带至中高纬度地区，对流层顶逐渐降低。图 3（b）显示全球对流层顶温度主要随纬度分带变化，在局部区域随经度有较大变化。在赤道附近的热带区域对流层顶温度低，向南北两极随纬度升高。北半球对流层顶温度变化随地区变化复杂，南半球对流层顶温度变化相对简单。图 3（c）显示，在热带区域，对流层顶气压最低，在南北两极对流层顶气压较高，北极圈内的对流层顶气压最高。对流层顶气压由赤道向南北两极升高。大洋面上空的对流顶气压比同纬度其他区域气压高。