[发明专利]一种建立随时空变化大气密度模型的方法

权利要求书

1.一种建立随时空变化大气密度模型的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤(1)：给出地球大气温度随时间变化计算模型T₁；

步骤(2)：给出随时间和纬度变化的大气温度模型T₂；

步骤(3)：给出相邻两层高度插值得到的最终的大气温度模型T；

步骤(4)：给出压强随高度变化的模型P；

步骤(5):得到随时空变化大气密度模型ρ。

2.根据权利要求1所述的一种建立随时空变化大气密度模型的方法，其特征在于，步骤(1)具体按照以下步骤实施：

基于NCEP FNL全球运行分析数据完成了任意时间、地点随高度变化的地球大气参数统计特性，以对大气参数进行规范展开的形式给出了地球大气温度随时间变化计算模型，具体如下：

式中，T₁为随时间变化的大气温度模型，t为给定的时间，t＝1～365，w为模型周期，T₀＝365，将NCEP实测的时间和温度数据代入公式(1)，利用最小二乘法拟合得到系数a₀、a_i和b_i，对于不同地区a₀、a_i和b_i的值不同。

3.根据权利要求2所述的一种建立随时空变化大气密度模型的方法，其特征在于，步骤(2)具体按照以下步骤实施：

对公式(1)进行纬度间隔为10°的线性插值得到大气温度随时间和纬度的变化关系，具体如下：

式中，T_m和T_m-1是纬度值为和对应的温度随时间变化的函数，T₂为随时间和纬度变化的大气温度模型，为公式(2)输入的某地区的纬度值。

4.根据权利要求3所述的一种建立随时空变化大气密度模型的方法，其特征在于，步骤(3)具体按照以下步骤实施：

利用公式(2)拟合温度随纬度和时间的变化关系；对模型T₁和模型T₂在相邻两层高度范围内进行线性插值，可得到相邻两层高度范围内大气温度随时间和纬度的变化关系，具体如下：

式中，h_n和h_n-1为两层相邻的高度值，h为插值高度，T为相邻两层高度插值得到的最终的大气温度模型。

5.根据权利要求4所述的一种建立随时空变化大气密度模型的方法，其特征在于，步骤(4)具体按照以下步骤实施：

大气压强随高度的增加而减小，并且减小程度变缓，因此可根据这一变化规律，假设压强随高度变化符合：

P＝ae^bh (4)

式中，a、b为需要拟合得到的系数，利用利用nctoolbox工具箱从NCEP FNL数据中得到高度h在10～50km范围内对应的大气压强P的数值，分别代入公式(4)后拟合得到系数a＝1.273×10⁵、b＝-0.1633。

6.根据权利要求5所述的一种建立随时空变化大气密度模型的方法，其特征在于，步骤(5)具体按照以下步骤实施：

步骤(5)：由理想气体的状态方程，密度与压强、温度满足关系其中R为气体常数，取值287，将公式(3)和公式(4)代入可得高度在10～50km范围内的大气密度ρ随时间和空间变化的模型：