检索结果-内蒙古大学图书馆

天文学报 2022年第4期63卷 94-104页

作者：赵鑫吴元伟杨新宇杨旭海张首刚中国科学院国家授时中心西安710600 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室西安710600 中国科学院时间频率基准重点实验室西安710600

极移的变化与多种激发息息相关,这些激发包括大气表面压力和大气风、海底压力和洋流、陆地水分布以及气候变暖导致的海平面变化,并且可以通过有效角动量函数来估计.在极移预报中,通过刘维尔方程融合有效角动量函数,并利用最小二乘与自... 详细信息

极移的变化与多种激发息息相关,这些激发包括大气表面压力和大气风、海底压力和洋流、陆地水分布以及气候变暖导致的海平面变化,并且可以通过有效角动量函数来估计.在极移预报中,通过刘维尔方程融合有效角动量函数,并利用最小二乘与自回归组合的方法进行拟合及外推,同时,对自回归模型的可调节参数设置更多的选择,在不同的极移预报阶段,对于不同分量的预报匹配更优的参数,有效地提高了极移的预报精度.在441次1-90 d的极移预报实验中,短中期的预报改善更为明显,在1-6 d和7-30 d的极移X预报结果中,分别有56.9%和53.5%优于国际地球自转服务(International Earth Rotation Service,IERS)的预报;在1-6 d和7-30 d的极移Y预报结果中,分别有66.5%和59.7%优于IERS的预报.整体上,极移Y的预报精度比极移X的预报精度有更多的提升,以IERS的地球定向参数(Earth Orientation Parameters,EOP)产品EOP 14 C04(IAU2000A)为参考,极移X预报在第1 d、第5 d的MAE(Mean Absolute Error)与IERS预报相比分别降低了2.6%和33.0%,极移Y预报在第1 d、第5 d的MAE与IERS预报相比分别降低了20.8%和49.0%.

关键词：地球自转地球自转预报极移极移预报有效角动量函数

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融合有效角动量函数的极移预报方法研究

融合有效角动量函数的极移预报方法研究

引用

作者：赵鑫中国科学院大学(中国科学院国家授时中心)

学位级别：硕士

极移是地球定向参数的重要组成部分,是国际天球参考架和国际地球参考架之间进行转换的关键参数之一,在深空探测、卫星导航等领域,高精度的极移预报具有重要的科学意义和工程应用价值。极移的变化受到多种激发因素的影响,包括大气表面压... 详细信息

极移是地球定向参数的重要组成部分,是国际天球参考架和国际地球参考架之间进行转换的关键参数之一,在深空探测、卫星导航等领域,高精度的极移预报具有重要的科学意义和工程应用价值。极移的变化受到多种激发因素的影响,包括大气表面压力和大气风、海底压力和洋流、陆地水分布以及气候变暖导致的海平面变化。近年来,激发函数开始被应用于极移预报。当前,国内对于利用激发函数来提升极移预报的研究还比较少,且预报水平与国际的最高水平相比还存在一定的差距,为进一步提高我国极移自主预报的精度,本文借鉴了德国地学研究中心Robert Dill博士2019年的预报方法,在此基础之上,将有效角动量函数融合到了极移的预报中,同时在自回归误差外推方法上尝试了有益的探索和改进,显著提升了1至90天的极移预报精度。本文首先概述了极移预报的国内外状况,回顾了一些重要的极移预报方法、极移测量方法、以及极移在不同时间尺度上的变化激发机制。然后对于地球流体成分激发函数与极移变化的地球物理和动力学成因的数学描述、刘维尔方程,给出较为详尽的公式推导与解释,从刚体自转的欧拉方程入手,引出在刚体地球和弹性地球的条件下,由相对运动和物质重分布引起的角动量对于地球自转影响的数学表达式,进一步推导出了刘维尔方程和钱德勒摆动复频率公式,并完成了刘维尔方程由复数形式到离散形式的转变,为最终预报程序的代码化做好了数学储备。论文的第四章对本文使用的AAM、OAM、HAM和SLAM数据集进行了详细的介绍和特征分析。在此基础之上,完成了基于有效角动量函数和LS+AR的极移预报算法和代码的编写,并尝试对中短期(90天内)极移预报的方法做了改进与优化。本论文主要的创新点有:(1)使用分段最小二乘与自回归模型组合的方法对数据进行拟合外推,并在自回归模型中引入了间隔数7)(62),扩展了参数的选择空间,使得在不同的极移预报阶段,对于不同极移分量的预报,能够匹配更优的参数组。本文进行了441次1至90天的极移预报,并分别与IERS EOP C04和IERS Bulletin A进行了比较,结果表明,在1至6天、7至30天的极移X预报结果中,分别有56.9%和53.5%优于IERS的预报,在1至6天、7至30天的极移Y预报结果中,分别有66.5%和59.7%优于IERS的预报;极移X预报在第1天、第5天的MAE与IERS相比分别降低了2.6%和33.0%,极移Y预报在第1天、第5天的MAE与IERS相比分别降低了20.8%和49.0%。整体上,本文提出的预报方法更加适应于短期极移预报,并且极移Y的预报提升大于极移X。(2)本论文在极移预报的评估方法上做了更进一步的探索,除了通用的平均绝对误差MAE外,还尝试使用均方根误差RMSE、中位绝对误差Med AE、最大绝对误差Max AE对不同的预报方法进行了比较与评估。结果表明在所有上述评估指标下,本论文的方法均能得到与IERS预报相当的结果。特别需要提及的是对于极移PMX的预报,30天内的Max AE明显低于IERS的预报结果。最大绝对误差是一个类似于最低分和保护级的概念,表明最差的那次预报,误差有多大。基于本文研究成果开发的python版极移预报程序,完成了Linux服务器环境的部署和常规运行,并在近期IERS举办的第二次EOPPCC竞赛中表现优异。

关键词：地球自转地球定向参数极移预报有效角动量函数

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