[发明专利]台风中心电离层TEC异常的滑动三次曲线探测方法

说明书

本发明公开了一种台风中心电离层TEC异常的滑动三次曲线探测方法。该探测方法利用了欧洲定轨中心根据IGS站和各国GPS站得到的以2个小时为间隔形成的5⁰×2.5⁰的TEC格网图数据，以台风移动路径中风速最大时距离台风中心最近的TEC网格点为研究对象，探测电离层TEC异常情况。此外，针对现有电离层TEC异常值探测方法存在的探测异常值不可靠或者计算的背景值的精度有限等缺点，本发明利用了滑动窗口思想解决了静态探测方法未能剔除样本数据中异常数据的缺点，利用信号分离思想，将复杂信号分离成简单信号的集合，解决了滑动探测方法对非线性、非平稳信号异常值探测精度不高的问题。

技术领域

本发明属于海洋灾害监测技术领域，尤其涉及一种台风中心电离层TEC异常的滑动三次曲线探测方法。

背景技术

台风作为对流层内的一种强天气系统，能够在大气中激发重力波并通过能量、动量输送至电离层高度，从而造成电离层扰动(黄朝松等，1992)。早在1960年，Hines(Hines，1960)就提出了高层大气存在重力波的理论，同时证明了电离层与中低层大气之间存在耦合机制。一些学者利用卫星和电离层多普勒数据与台风资料进行分析和对比，发现了台风对电离层有一定的扰动作用(Fabrice et al.，2002；Garner et al.，2008；Vanina-Dartet al.，2011；余涛等，2010；高泽等，2017；邓忠新等，2012)。肖赛冠等(2006)对1988年和1990年两次强台风影响期间的电离层多普勒记录及相应的台风资料进行了细致的相关分析，研究表明，在这两次台风影响期间，电离层形态中除有明显的波状扰动(中尺度声重波)出现外，还显示了声重波在激发电离层不规则结构方面的种子作用。Xiao等(2007)收集并分析了1987到1992的24个强台风完整的记录和与之相应的电离层高频多普勒数据。通过对连续性高频多普勒观测数据的分析发现这些反应的时空演变及共同特点。研究结果表明，台风确实对对流层的波状扰动发挥了重要作用尤其是当台风在大陆沿海登陆时更为明显。Isaev等(2007)利用Cosmos-1809卫星数据分析了电离层与台风的相关性。结果表明，低纬电离层的电场增强与热带风暴和台风的形成和演化有关。Tao等(2010)研究了2007年在厦门登陆的3次台风事件对电离层参数f₀F₂的影响，结果显示，3次台风在登陆前后的时间段内，电离层参数f₀F₂均出现扰动。随着GPS技术的发展，越来越多的学者开始利用GPS卫星数据计算电离层TEC，从而研究台风对电离层的影响(Kunitsyn et al.，2011；Perevalova etal.，2011，张东和等，2000；张小红等，2013)。毛田等(2010)利用50余个GPS台站的观测资料，研究了台风“麦莎”对电离层TEC的影响，分析表明，台风在登陆前已经影响到电离层，TEC出现增大趋势。王心智等(2016)利用国际IGS pimo和bjfs站的GPS数据计算了UTOR台风期间的电离层VTEC值，通过分析发现，pimo站的VTEC值在台风UTOR发生期间，出现了明显的增加。

现有技术中关于台风影响下的电离层TEC异常探测方法具有如下缺点：

(1)观测资料的局限性：现有技术基本都是利用设置在陆地的GPS接收机接收GPS卫星信号来反演电离层TEC变化，或者利用设置在陆地的电离层高频多普勒台站来获取电离层资料电离层TEC异常情况。然而，无论是GPS接收机还是电离层高频多普勒台站都位于陆地，而台风一般都发源于热带海面，那里温度高，大量的海水被蒸发到了空中，形成一个低气压中心。随着气压的变化和地球自身的运动，流入的空气也旋转起来，形成一个逆时针旋转的空气漩涡，这就是热带气旋。只要气温不下降，这个热带气旋就会越来越强大，最后形成了台风。台风在海面的生成过程中对陆地的影响较小，仅仅是台风接近陆地或登陆时，陆地上的观测仪器才会观测到相应的数据变化。因此，对于台风生成及发展阶段，无论是陆地上的GPS接收机还是电离层高频多普勒台站都难以准确地探测电离层TEC异常。