gps掩星计算matlab,GPS掩星资料变分同化模式的并行计算

盯.引言全球卫星定位系统(GPs)是美国军方在‘守午仪卫星导航定位”技术上发展起来的具有全球性、全能性(陆地、海洋、航空与航天)、全天候性优势的导航定位、定时、测速系统.该系统由24颗位于20,231km高空的GPS卫星组成的星座、地面控制系统和用户接收系统组成.24颗GPS卫星分布在6个等间隔近圆形轨道平面上,若将与赤道面呈550倾角的平面算作第1个轨道面,则其他5个轨道面均以此为基础,彼此各以600角度相交.每个轨道平面平均分布4颗卫星,卫星运行周期为12小时(恒星时).这样能保证在全球任何地】区、任何时刻都有不少于4颗卫星可供用于观测定位,很好地实现了全球地面连续覆盖,从而确保了全球全天候连续地提供动态目标的三维位置、三维速度和时间信息,如图1.图1GPS一LEO卫星系统随着GPS的投入使用,在气象探测领域应用潜力的开发研究,很快便成为气象学界和世界气象组织关注的热点之一虽然气象学领域开发研究的历史还不到10年,但初步研究结果展现了其广阔的应用前景.全球大气温度和水汽垂直分布的空基和地基GPS观测是其重要应用之一由UCAR(UniversityCorporationforAtmospherieReseareh)主持的全球定位系统/气象学计划(GPs/METProgram),于1993年5月制定了应用无线电掩星技术探测中胜大气和电离层的研究计划.1995年4月3日MicroLab一1低轨卫星(LowEarthOrbit,LEO)在美国Vandenburg空军基地成功发射升空,该卫星轨道高度750km,倾角700,每100分钟环绕地球一周,它带有临边观察天线,观测GPS卫星的上升或下沉掩星[1一31,如图1.与全球天气观测系统其它观测手段比较起来,GPS气象探测有着其特有的优势4一5]:(1)GPS掩星观测能够均匀地覆盖全球,而费用要经济得多;(2)GPS掩星观测有很高的垂直分辨率,在平流层的分辨率接近1.skm,在对流层则为200、500m,这一分辨率超过卫星垂直探测的反演结果;(3)GPS掩星观测对流层中高层一平流层温度垂直分布,特别在对流层顶结构探测上精确度优于GOEs(地球静止业务环境卫星)的温度反演结果;(4)GPS探测不受气溶胶、云和降水存在的影响,这弥补了卫星和地面可见光、红外、微波遥感在这方面的缺陷.目前,将GPs/MET资料直接导入数值模式的方法,可采用三维及四维变分资料同化(3DVAR/4DVAR).所谓三维变分资料同化,是将欲引进的资料与模式初始预报时间的分析场调整至最小的误差,而四维变分资料同化则需进一步考虑在不同时间二者之累积误差.与俄罗斯科学家合作,佛罗里达州立大学气象系的Prof.XiaoleiZou等人依据所谓的射线追踪法(r盯一traeing),发展了利用美国国家环境预报中心(NationalCenterforEnvironmentalPrediction,NcEP)分析资料直接同化GPs/MET原始折射角资料的程序及其伴随程序zou和wang等人[6一7]已在NeEP的谱统计插值(speetralstatistiealInterpolation,551)三维变分同化系统中使用NCEP分析资料同化GPS原始折射角观测,首次成功地实现了GPS气象资料的三维变分同化,然而GPS资料变分同化的最大难点是运算量特别大.在水平分辨率相同的情况下,其计算时间大概是常规观测资料同化计算的500多倍,这是制约其可行性的一个重要因素,因此,如何大规模节省计算时间是解决问题的关键.zou[e]对同化程序中积分射线方程所使用的Run

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