基于TLE数据和星载加速度计探测数据的高层大气密度反演方法及其比较研究

利用新型加速度计数据和TLE数据反演大气密度并用于高层大气研究，正在成为研究的新热点。然而，目前还存在着一些问题：一方面，缺乏对这两种方法反演结果的比较研究，尤其缺乏对TLE反演方法的验证；另一方面，关于阻力系数的计算存在着争议，对于长条形卫星，采用不同的阻力系数计算模型结果差别很大。本研究将利用CHAMP和GRACE卫星的数据，分别建立利用加速度计数据和TLE数据反演高层大气密度的方法，并对这两种方法的反演结果进行系统比较，分析结果的不同和存在的问题。另外，我们还将研究长条形卫星的阻力模型，通过反演结果与模式结果的比较，分析不同阻力理论的合理性。本研究的结果将有助于研究人员了解加速度计法和TLE法所得密度数据的差异，更科学地使用这些数据；有助于增进人们对卫星阻力理论的认识，选择科学的模型反演大气密度；有助于我国自主地获取数据，为高层大气密度的准确预报和现报提供数据支持。

高层大气引起的阻力是低轨航天器的主要摄动力之一。地磁暴期间大气密度大幅增加，使得航天器受到的阻力大增，将引起航天器轨道的强烈摄动，这种变化引起的误差是影响低轨航天器轨道预报的最大误差源。.由于观测手段的限制，高层大气密度数据一直非常缺乏，这严重制约了高层大气研究水平的提高。随着新型星载加速度计和精密定轨技术等应用，利用新型加速度计观测和卫星轨道数据反演大气密度，可望明显改善数据短缺的现状。本项目研究了热层大气密度反演方法，分别利用星载加速度计观测以及卫星轨道资料反演热层密度,并获得了十年左右的热层密度数据；分析了地磁暴对热层大气密度和卫星轨道的影响，研究CME和CIR这两种不同类型太阳风触发的磁暴对热层密度和卫星轨道高度的影响。.本项目分别利用CHAMP卫星和GRACE的卫星轨道和加速度计数据，通过高温自由分子流中大气对卫星的作用力模型反演大气密度，并对不同的阻力模型进行了仔细的讨论和比较。我们还对不同方法反演结果开展了比较研究，结果表明，反演结果与国际权威机构发布的反演结果相比有极好的一致性。.本项目首次对CME触发和CIR触发这两种类型磁暴期间热层密度和卫星轨道的不同响应特征进行了系统的研究。本项目利用CHAMP卫星的密度和卫星轨道数据，分别通过个例分析和统计分析的方法，对地磁暴/热层暴期间的热层密度和卫星轨道高度变化特征进行了系统研究。研究表明，CME事件触发的热层暴期间，常常有更强的太阳风能量注入到热层，这会引起大气密度和卫星轨道的短时强烈扰动，因此，对于短期的卫星轨道预报而言，这种极端事件尤其值得重视。CIR触发磁暴虽然强度较低，但一般持续时间更长，常常会引起卫星轨道更大幅度的降低。另外，CIR触发磁暴发生频率也更高，且不论在太阳活动高年还是太阳活动低年都有较高的发生率，因此对中长期的卫星轨道预报业务而言，CIR触发磁暴对于低轨卫星高度的扰动值得特别关注。