基于多源数据的对流层水汽层析建模及其稳定求解算法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41904036
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0402.卫星大地测量学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Water vapor inversion using multi-source data is a hot topic in the research of water vapor tomography. The existing water vapor inversion has an ill-posed problem caused by the low utilization rate of inherent multi-GNSS data and the weak strength of satellite-station geometry structure, and there is a lack of relevant algorithms for determining the optimal weighting of multi-source data and stable solving of the tomographic model. In this project, the mixed truncation factor is introduced to study the functional relationship between the factor and the water vapor content in the tomographic area, and the three-dimensional water vapor tomography algorithm is established to improve the utilization rate of multi-GNSS observations and the stability of the tomographic normal equation. Based on the idea of co-integration test and the improved variance component estimation method, the weighting of different types of data in the tomography model is evaluated, and the optimal weighting determination method of multi-source data suitable for the water vapor tomography model is developed to provide accurate weighting information for the stable solution of the tomography model. Based on the regularization theory, a new approach to determine the optimal regularization parameters by using the principle of minimum deviation and the idea of iterative optimization is explored,and the reconstruction of tropospheric water vapor tomography modeling based on multi-source data and its stable solution are realized. It lays a theoretical and applied foundation for the early warning of extreme weather and the improvement of the initial field of numerical prediction model, and promotes the development of water vapor tomography technology in the field of meteorology.
多源数据水汽反演是目前水汽层析研究中的热点问题。现有水汽反演中存在因固有multi-GNSS数据利用率低、星站几何结构强度弱等导致的不适定问题,层析模型解算时缺乏多源数据最优权值确定和模型稳定求解的相关算法。本项目引入混合截断因子,研究该因子与层析区域内水汽含量之间的函数关系,建立提高multi-GNSS观测数据利用率的三维水汽反演算法,改善层析法方程的稳定性;联合协整检验思想和改进的方差分量估计方法,评估不同类型数据在层析模型中的权重,发展适用于水汽层析模型的多源数据最优权值确定方法,为层析模型的稳定求解提供精确的权比信息;基于正则化理论,探索利用最小偏差原则和迭代优化思想确定最佳正则化参数的新途径,提出针对多源数据层析模型的正则化稳定求解方法,实现基于多源数据的对流层水汽层析建模及其稳定求解。为极端天气预警和改善数值预报模式初始场奠定理论和应用基础,推动水汽层析技术在气象学领域的发展。

结项摘要

高精度、高时空分辨率水汽信息对于天气和气候变化等研究具有重要意义,项目根据多源水汽层析反演中存在GNSS数据利用率低、多源水汽信息权比不确定等难题开展研究。针对GNSS观测数据利用率低的问题,提出一种顾及层析区域外测站数据的水汽层析方法。该方法通过引入比例系数并联合水汽密度初值建立比例系数模型,然后进一步确定层析区域外测站上的观测数据在层析区域内的水汽含量,构建相应的水汽层析观测方程,用于改善水汽层析法方程的稳定性。针对多源水汽融合反演中不同数据源权比不确定的难题,提出一种混合水汽融合方法,联合球谐函数与多项式拟合对水汽偏差进行模型表达,并进一步利用Helmert方差分量估计自适应确定多源水汽信息权比,量化多源数据对水汽融合的贡献。针对传统水汽层析模型解算时小奇异值的存在会导致层析结果存在较大波动的现状,提出一种改进岭估计的水汽层析模型解算方法,在现有正则化方法的基础上,附加最小偏差约束对现有岭估计方法进行改进,只对层析结果有严重影响的小奇异值进行处理,最终实现水汽层析模型的稳定求解。此外,项目研究进一步拓展了多源水汽信息在短临降雨预警、干旱监测指数改进与构建、AOD建模与监测方面的创新应用,对于GNSS气象学在天气和气候变化等方面研究具有一定的促进意义。

项目成果

期刊论文数量(28)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(1)
专利数量(1)
An improved GNSS tropospheric tomography method with the GPT2w model
基于 GPT2w 模型的改进 GNSS 对流层层析成像方法
  • DOI:
    10.1007/s10291-020-0974-4
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    GPS Solutions
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Qingzhi Zhao;Wanqiang Yao;Yibin Yao;Xin Li
  • 通讯作者:
    Xin Li
An Improved Method of ZTD Model in Yunnan Province Based on GPT2w Model
基于GPT2w模型的云南省ZTD模型改进方法
  • DOI:
    10.1007/978-981-15-3707-3_7
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    China Satellite Navigation Conference
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zheng Du;Qingzhi Zhao;Wanqiang Yao
  • 通讯作者:
    Wanqiang Yao
High Temporal Resolution of PWV Acquisition Method and Its Preliminary Application in Yunnan
高时间分辨率PWV采集方法及其在云南的初步应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    China Satellite Navigation Conference
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Pengfei Yang;Qingzhi Zhao;Wanqiang Yao
  • 通讯作者:
    Wanqiang Yao
Spatial-Temporal Variation Characteristics of Multiple Meteorological Variables and Vegetation over the Loess Plateau Region
黄土高原地区多气象变量与植被时空变化特征
  • DOI:
    10.3390/app10031000
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    APPLIED SCIENCES-BASEL
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhao Qingzhi;Ma Xiongwei;Liang Liang;Yao Wanqiang
  • 通讯作者:
    Yao Wanqiang
COVID-19期间中国区域AOD与气象因子时空特征分析
  • DOI:
    10.13203/j.whugis20210209
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    武汉大学学报(信息科学版)
  • 影响因子:
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  • 作者:
    赵庆志;杨鹏飞;李祖锋;姚顽强;姚宜斌
  • 通讯作者:
    姚宜斌

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其他文献

基于水汽密度比例因子的三维水汽层析算法
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    姚宜斌;赵庆志;何亚东;李祖锋
  • 通讯作者:
    李祖锋
数控运动中加加速度连续的加减速方法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 作者:
    赵庆志;赵国勇;赵玉刚
  • 通讯作者:
    赵玉刚
基于全球导航卫星系统(GNSS)资料的短时降水预报
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    水科学进展
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  • 作者:
    姚宜斌;赵庆志;李祖锋;何亚东
  • 通讯作者:
    何亚东

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赵庆志的其他基金

多维水汽反演与变分同化及其在降雨精准预报中的应用研究
  • 批准号:
    42274039
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    55 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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