[发明专利]低轨探测热层大气多因子分离和特征提取方法

说明书

本发明提供了一种低轨探测热层大气多因子分离和特征提取方法，包括低轨大气多源影响因子分离和磁暴过程中的扰动大气特征提取。其中，低轨大气多源影响因子分离包括：基于低轨道探测大气数据以及同时刻的外部地球物理条件数据，对探测轨道数据升降轨分离后依据最邻近条件对探测数据序列进行重组；基于经验模式对所处理范围大气的高度进行校正；基于时序叠加中值和误差分析相结合的方法对重组后的数据进行分类去噪处理；基于多条件分类处理的网格化大气参数，分离高层大气的多源影响因子，提取热层大气受地方时、纬度、季节、地磁和太阳辐射的影响特征。本发明特征提取误差小。

技术领域

本发明属于高层大气分析预报技术领域，具体涉及一种低轨探测热层大气多因子分离和特征提取方法。

背景技术

高层大气变化受各种地球物理学条件的影响，是由内外源驱动的共同结果。外部驱动主要是太阳辐射和地磁扰动。磁暴期间，太阳风和磁层相互作用产生的能量以焦耳加热和粒子沉降等形式进入高纬电离层和热层，在磁扰期间，耦合进入大气层的太阳风能量显著增强导致热层发生一系列复杂的物理过程来响应地磁扰动，造成极区大气成分、温度的变化，以及加热膨胀从而改变大气环流。由于暴时大气密度变化影响因子众多，且单个磁暴特点例如行星际磁场的位置，太阳风速、太阳风密度的变化对于高层大气变化强度、时空分布特点均有影响，因而磁暴个例分析结果并不具有普适性。同时高层大气变化对于地方时、季节、高度等也具有很强的依赖性。为了提取热层大气密度对于各种影响源的响应变化，必须将每个影响源分离出来。

卫星探测特征决定了难以覆盖所有条件和时空范围。根据卫星轨道特点，卫星探测数据或者集中晨/昏地方时，或者需要一定的时间周期逐渐覆盖全地方时探测，同时在卫星生命周期中具有较大的轨道高度衰减。而对于外部条件，例如地磁活动事件个性差异大，进行统计分析的事件分类标准难以界定，因而对磁暴事件中大气参数变化的过程特征难以提取。

当前基于探测数据对高层大气多尺度特征的提取，主要是利用观测数据的多因子拟合方法，另外还可以基于不同条件的分类，在去除(最小化)其他影响因子的条件下分析受一种影响源的变化特征。无论是多因子经验拟合方法还是基于不同条件的分类分段研究方法，当前的处理大都是基于散点的拟合或者统计中值计算，分析结果的准确度取决于分析样本的质量，对于多种影响因子融合在一起的探测结果，尤其是不同影响源引起的变化权重不同时，未考虑时序变化的全样本分析累积了不同的误差源，不仅容易掩盖小尺度信号，还可导致分析结果误差增大甚至失效。另外对于样本数少的散点拟合结果可严重失真。

现有对地磁扰动条件下热层大气变化处理，大部分未考虑磁暴的发展过程，或者考虑了磁暴发展过程但仅仅是对磁暴个例的分析。对于相比于磁暴过程中大气扰动的背景参数，现有技术处理中大部分为基于经验模式计算的静日大气密度/风场，由于未考虑探测数据本身的系统性偏差，据静日背景大气计算出的扰动大气密度/风场也会产生累积误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种低轨探测热层大气多因子分离和特征提取方法，以解决上述技术问题。

本发明提供了一种低轨探测热层大气多因子分离和特征提取方法，包括低轨大气多源影响因子分离和磁暴过程中的扰动大气特征提取；

所述低轨大气多源影响因子分离包括：

1)基于低轨道探测大气数据以及同时刻的外部地球物理条件数据，对探测轨道数据升降轨分离后依据最邻近条件对探测数据序列进行重组；其中，所述最邻近条件为在处理分析某一种影响源时，选取其他因素差异最小的条件；

2)基于经验模式对所处理范围大气的高度进行校正；

3)基于时序叠加中值和误差分析相结合的方法对重组后的数据进行分类去噪处理；

4)基于多条件分类处理的网格化大气参数，分离高层大气的多源影响因子，提取热层大气受地方时、纬度、季节、地磁和太阳辐射的影响特征；

所述磁暴过程中的扰动大气特征提取包括：