[发明专利]一种高精度电离层区域短期预报方法

说明书

本发明公开了一种高精度电离层区域短期预报方法，包括如下步骤：步骤1：对所选区域按照经度、纬度和高度进行三维网格划分，其中经度步进2°，纬度步进2°，高度步进20km；步骤2：建立电离层区域同化模型；步骤3：采用电离层参数短期预报的综合模型建立电离层单站短期预报方法；步骤4：建立电离层区域现报和提前2h内预报方法：采用基于Kalman滤波的电离层区域同化预报技术实现电离层区域现报和提前2h内预报。本发明所公开的高精度电离层区域短期预报方法，将电离层区域数据同化模型与单站短期预报技术相结合，提升了数据同化的短期预报能力，实现了电离层参数的高精度大区域预报功能，突破了这一技术难题。

技术领域

本发明属于电离层研究及应用领域，特别涉及该领域中的一种高精度电离层区域短期预报方法。

背景技术

目前电离层参数单站短期预报技术得到了较好的发展，具有较高的预报精度，但是与电离层参数区域短期预报技术相关的研究成果还比较少，预报精度也较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种将电离层区域同化模型与经验短期预报方法相结合的高精度电离层区域短期预报方法。

本发明采用如下技术方案：

一种高精度电离层区域短期预报方法，其改进之处在于，包括如下步骤：

步骤1：对所选区域按照经度、纬度和高度进行三维网格划分，其中经度步进2°，纬度步进2°，高度步进20km；

步骤2：建立电离层区域同化模型；

步骤21：电离层背景场重构，以国际参考电离层IRI模型为背景约束，以区域内垂测站电离图判读获得的F₂层临界频率foF2为数据驱动，运用kriging插值方法建立区域电离层背景场，具体步骤包括：

步骤211：根据IRI模型，得到R₁₂＝0，R₁₂＝100时，12个月一天24小时的foF2值模型图，R₁₂是IRI模型的一个输入参数，表示太阳黑子数13个月滑动平均值；

步骤212：根据R₁₂与foF2之间的线性关系，获得所重构区域内任一点与R₁₂之间的关系，上述点对应的即为月中值；

步骤213：给定垂测站位置某一天某时刻的foF2值，根据上面得到的该站R₁₂与foF2值之间的关系，获得等效太阳黑子数；

步骤214：判断各个垂测站得到的等效太阳黑子数是否相同，如相同则将等效太阳黑子数代入IRI模型计算区域重构结果，如不同则利用kriging插值方法获得区域内任一点的等效太阳黑子数；

步骤215：利用foF2与R₁₂之间的关系获得区域内任一点的foF2值，完成重构；

步骤22：误差协方差矩阵建立；

步骤221：建立观测误差协方差矩阵R，其表达式如下：

其中_，R_ij为观测误差协方差矩阵元素_，i和j表示观测点_，y_i和y_j表示在第i点和第j点的观测值，η^o表示比例系数，取η^o＝0.043；

步骤222：建立背景场误差协方差矩阵P，假定背景场误差协方差在水平经度、纬度方向和高度方向误差都是高斯分布且可以分离，其表达式如下：