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申请/专利权人：天津云遥宇航科技有限公司;北京云遥宇航科技有限公司

摘要：本发明提供了一种基于多源掩星数据的重力波参数提取优化方法，包括以下步骤：读取中性大气掩星干廓线数据；廓线数据预处理；背景温度场计算；势能廓线计算；Stockwell变换计算垂直波长廓线；三元组匹配与水平波长廓线计算；动量通量廓线计算；重力波参数廓线优化。本发明有益效果：统一不同掩星数据平台数据格式，并结合多种重力波参数计算方法，提高重力波参数廓线的精度，为大气数值模式中重力波参数化方案提供数据支持，提升数值预报精度。

主权项：1.一种基于多源掩星数据的重力波参数提取优化方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、读取中性大气掩星干廓线数据；S2、对中性大气掩星干廓线数据预处理；S3、对预处理后的中性大气掩星干廓线数据进行背景温度场计算；S4、对步骤S3得到的背景温度场进行势能廓线计算，并同时进入步骤S5、步骤S8；S5、对步骤S4计算后的势能廓线利用Stockwell变换计算垂直波长廓线，并同时进入步骤S6、步骤S8；S6、对步骤S5计算后的势能廓线进行三元组匹配与水平波长廓线计算，并同时进入步骤S7、步骤S8；S7、对步骤S6计算后的势能廓线进行动量通量廓线计算，并进入步骤S8；S8、基于步骤S4-步骤S7进行重力波参数廓线优化；在步骤S1中，读取中性大气掩星干廓线数据包括：获取掩星发生的起始时间、经纬度、高度、压强、质量控制标签和温度信息；在步骤S3中，背景温度场计算，包括：S31、Stockwell变换计算背景温度场：构建标准高度层经纬度网格，将每条中性大气掩星干廓线通过三次样条插值法插值到标准高度层经纬度网格下，并使用区域平均法对缺省值进行填补；选取某一高度、某一纬线上的所有温度序列H，自变量是经度，对温度序列H进行Stockwell变换；保留波数为0～6的频谱，其他的用0代替，将处理后的频谱进行Stockwell逆变换得到滤波后的温度序列h，自变量是经度；对每个高度、纬度均进行上述操作处理，最终得到Stockwell背景温度场；S32、二次项拟合计算背景温度场：构建标准高度层经纬度网格，将每条中性大气掩星干廓线通过三次样条插值法插值到标准高度层经纬度网格下，并使用区域平均法对缺省值进行填补；选取某一经纬度下的所有温度序列H，自变量是高度；设置5km的滑动拟合窗口，窗口半宽为2.5km，中心高度范围为13km～35km，对窗口内的温度数据进行垂向二次项拟合处理得到中心高度的拟合值；对于下边界处，选取8km~13km高度范围内的所有数据进行二次项拟合曲线得到8km~13km高度范围内所有拟合值；对于上边界处，选取35km～40km高度范围内的所有数据进行二次项拟合曲线得到35km～40km高度范围内所有拟合值；对每个经纬度点均进行上述操作处理，最终得到二次项拟合背景温度场；在步骤S4中，对步骤S3得到的背景温度场进行势能廓线计算，包括：S41、二次项拟合计算势能廓线：在得到Stockwell背景温度场或二次项拟合背景温度场的基础上，背景温度场通过三次样条法插值到每条廓线的经纬度位置得到背景温度廓线Tbkg，将原始数据插值到8km-40km，0.2km分辨率的标准高度层上得到标准温度廓线T，将T减去Tbkg得到初始温度扰动廓线Tdistr，将初始温度扰动廓线Tdistr减去Tdistr垂向二次项拟合曲线部分得到二次项拟合温度扰动廓线Tdstrf；最后计算浮力频率N2和重力波势能廓线，同时结合压强P数据计算密度廓线，其中，重力波势能廓线与Stockwell背景温度场结合得到势能廓线S，重力波势能廓线Ep与二次项拟合背景温度场结合得到势能廓线Q；S42、高通滤波器计算势能廓线：在得到Stockwell背景温度场的基础上，背景温度场通过三次样条法插值到每条廓线的经纬度位置得到背景温度廓线Tbkg，将原始数据插值到8km-40km，0.2km分辨率的标准高度层上得到标准温度廓线T，将T减去Tbkg得到初始温度扰动廓线Tdistr，对初始温度扰动廓线Tdistr进行高通滤波处理，截止频率fc取115km-1，采样频率fS取0.2km，滤波迭代得到高通滤波温度扰动廓线Tdstrf；最后计算浮力频率N2和重力波势能廓线，同时结合压强P数据计算密度廓线，其中，重力波势能廓线与Stockwell背景温度场结合得到势能廓线H；在步骤S5中，Stockwell变换计算垂直波长廓线，包括：基于步骤S4生成的温度扰动廓线，对整条温度扰动廓线进行Stockwell变换，得到完整频谱；从中截取目标高度范围内的频谱，计算每个高度上的平均垂直波长；在步骤S6中，三元组匹配与水平波长廓线计算，包括：首先检索单日内所有的势能廓线，筛选3条势能廓线组成一个三元组；筛选的要求势能廓线两两之间的时间差小于20min，势能廓线两两之间的水平距离不超过500km，不小于70+30cos2φ，其中，φ是纬度，由此组成一个三元组；对每个满足时空匹配条件的三元组，实施交叉小波分析，通过交叉谱分析求解两两势能廓线对之间的相位差Δφ；在步骤S8中，重力波参数廓线优化，包括：S81、计算步骤S3和步骤S4之间不同计算方法结果的偏差：记EpS，EpQ，EpH分别表示势能廓线S、Q、H，自变量为高度，计算绝对偏差矩阵Bias＝[|EpS-EpQ||EpQ-EpH||EpH-EpS|]；并从中获取最小偏差序列Biasmin＝min{|EpS-EpQ|，|EpQ-EpH|，|EpH-EpS|}，自变量为高度，及偏差中间矩阵BiasP＝Bias-α×Biasmin，α＝2；S82、计算质控序列：计算质控序列QC，查看每个高度层负值的个数，并标记负值位置，计算公式如下： 其中，x表示每个高度层负值所在的列，CardN表示集合N内元素的个数，k为标准高度层的第k层，N＝{x|BiasPx，k≤0}；S83、优化廓线生成：根据质控序列QC信息，计算优化势能序列Ep在每个高度的均值：其中，mean表示平均值。

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