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NRLMSISE-00 大气模型:利用 MATLAB 计算地表至热层高度的中性气体温度与密度

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简介:
本研究使用MATLAB基于NRLMSISE-00模型,探讨并计算从地面到热层不同高度处中性气体的温度和密度分布情况。 NRLMSIS-00 经验大气模型是由 Mike Picone、Alan Hedin 和 Doug Drob 在 MSISE90 模型的基础上开发的。计算机代码顶部的注释中指出了与 MSISE90 的主要区别:(1) 广泛使用关于总质量密度的阻力和加速度计数据;(2) 在总质量密度中添加一个分量,以解释在 500 公里以上高度可能产生的 O+ 和热氧的重要贡献;以及 (3) 包含 [O2] 上的 SMM 紫外掩星数据。MSISE90 模型描述了地球大气从地面到热层高度范围内的中性温度和密度分布。 在 72.5 公里以下,该模型主要基于 MAP 手册(Labitzke 等,1985)中的纬向平均温度和压力表格。这些数据同样用于 CIRA-86 模型。而在 20 公里以下的高度范围内,则补充了来自国家气象中心 (NMC) 的平均值数据。

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  • NRLMSISE-00 MATLAB
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    本研究使用MATLAB基于NRLMSISE-00模型,探讨并计算从地面到热层不同高度处中性气体的温度和密度分布情况。 NRLMSIS-00 经验大气模型是由 Mike Picone、Alan Hedin 和 Doug Drob 在 MSISE90 模型的基础上开发的。计算机代码顶部的注释中指出了与 MSISE90 的主要区别:(1) 广泛使用关于总质量密度的阻力和加速度计数据;(2) 在总质量密度中添加一个分量,以解释在 500 公里以上高度可能产生的 O+ 和热氧的重要贡献;以及 (3) 包含 [O2] 上的 SMM 紫外掩星数据。MSISE90 模型描述了地球大气从地面到热层高度范围内的中性温度和密度分布。 在 72.5 公里以下,该模型主要基于 MAP 手册(Labitzke 等,1985)中的纬向平均温度和压力表格。这些数据同样用于 CIRA-86 模型。而在 20 公里以下的高度范围内,则补充了来自国家气象中心 (NMC) 的平均值数据。
  • Jacchia-Bowman 总质量-MATLAB开发
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    本项目介绍了如何使用MATLAB实现Jacchia-Bowman大气密度模型,用于精确计算地球不同高度的大气总质量密度。适用于航天器轨道预测和大气科学研究。 LEO 卫星运动的动态建模需要精确计算大气密度以进行阻力效应建模。在这里使用 Jacchia-Bowman 2006 和 2008 大气模型来计算总质量密度,同时利用 JPL Ephemerides (DE430) 来确定太阳的位置,从而提高模型的准确性。
  • 基于神经网络校准器:应于DTM-2013、NRLMSISE-00和JB2008校准
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    本文提出了一种基于神经网络的大气密度模型校准方法,专门用于改进DTM-2013、NRLMSISE-00及JB2008三种模型的预测精度。通过机器学习技术优化大气密度模拟,以提升空间环境下的轨道预报与卫星操作效能。 大气密度是准确评估施加在近地轨道航天器上的阻力的关键因素。经验模型能够提供当前最精确的大气密度估算值,尽管这些模型仍存在一定的误差范围。这项研究提出了一种基于神经网络的新方法来降低沿航天器轨道上由现有经验模型估计的密度偏差。该神经网络采用DTM-2013、NRLMSISE-00和JB2008三种最新可用的经验大气模型所提供的密度数据作为输入,而CHAMP和GRACE任务中加速度计测量得到的大气密度则被用作训练、验证及测试神经网络的目标值。
  • NRLMSIS 2.0-全范围内成分经验
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    简介:NRLMSIS 2.0是一种全球范围内的中性大气模型,提供从地面至300公里高空的大气温度、密度和成分的预测,基于大量观测数据的经验公式构建。 NRLMSIS 2.0 是一个全高度的中性大气温度及成分的经验模型。 - 模型通过与高度相关的每种成分的有效质量来表示大气扩散分离效应,而不是旧版中的完全混合的大气; - 温度分布为C2连续; - 使用全球位势高度函数; - 原子氧的计算可以低至50公里的高度,在85公里以下采用三次样条曲线表示,并且与温度解耦; - 所有成分均不考虑热扩散。 参数估计: - 模型参数针对对流层、平流层、中层和热层(NRLMSISE-00)的新数据进行了优化。对于热层,原子氧的密度数据特别根据轨道数据进行全球平均,并据此调整模型参数; - 热层中的氮气完全由温度分布以及低空大气混合比常数控制。为了得到与 NRLMSISE-00 版本一致的结果,在调用 msisinit 时设置 IN2_msis00 = .true. 。
  • NRLMSISE00-MATLAB实现
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    本项目提供了NRLMSISE00大气模型的MATLAB实现代码,用于计算地球不同高度和时间的大气密度。适合空间天气研究与卫星轨道预测。 使用 NRLMSISE00 模型可以计算大气密度。此模型考虑了多种因素来提供精确的大气数据,适用于各种航天应用场合。通过输入必要的参数如地理位置、时间以及太阳活动指数等信息,用户可以获得特定高度处的大气密度值。NRLMSISE-00 是一个广泛使用的标准工具,在研究和工程领域都有重要应用价值。
  • 标准器:基于压力、及音速 - MATLAB开发
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    本项目提供一个MATLAB工具箱,用于依据给定的高度精确计算标准大气条件下的压力、空气密度、温度以及音速值。 该函数采用1976年美国标准大气模型,返回给定高度下的压力、密度、温度和声速值,并支持英制和公制单位的使用。
  • 水及水蒸物理
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    本研究专注于开发和应用先进的算法与模型,精确计算水及其蒸汽在不同条件下的完整热物理特性,为工业与科研提供精准数据支持。 标题:“水和水蒸气热物理性质的高精度计算”涵盖了多个领域的知识点,包括热力学、计算流体力学以及计算机编程。本段落探讨了基于IAPWS-IF97公式模型进行水和水蒸气热力学性质的精确计算,并使用C语言开发出相应的软件工具。 1. IAPWS-IF97公式模型:国际水与蒸汽协会于1997年发布的工业标准,用于精准地确定水及水蒸气的各种热力学属性。该模型将状态空间划分为不同区域,每个区域都对应特定的数学方程和计算方法。 2. 计算区划分:IAPWS-IF97定义了五个不同的计算区间——过冷水、超临界蒸汽、临界点附近、饱和线以及高温蒸气。在这些区域内,温度、压力与状态参数(如体积比、熵比及焓比)之间的关系由特定的物理方程式描述。 3. 热力学性质分析:包括水和水蒸气的压力值、温度变化范围以及其他重要属性(比如干度等)。了解这些信息对于理解物质相变过程以及热机设计至关重要,同时对能源转换效率也有显著影响。 4. C语言编程技术:C语言因其高效执行能力和广泛适用性,在科学计算领域得到广泛应用。使用此语言开发的软件具有良好的移植性和运行速度,非常适合处理复杂的数学模型和数值求解任务。 5. 软件功能介绍:该程序可以根据提供的压力、温度或状态参数组合来计算并输出对应的热力学属性值。这需要软件能够有效地解析复杂方程组,并进行精确地数值运算。 6. 开发挑战与目标设定:在开发过程中需特别注意处理好边界区域的连续性问题,同时保证迭代过程中的精度一致性;另外还需寻找速度和准确度之间的平衡点并确保程序具有良好的可移植性能。 7. IAPWS-IF97与其他标准对比:相比之前的工业标准(如IFC-67),IAPWS-IF97不仅在计算效率上更优,其分区边界处的连续性也得到了显著改善。这使得它成为工程设计中更为可靠的工具选择。 8. 新增功能与属性:除了基本的状态参数外,IAPWS-IF97还提供了动力粘度、导热系数等更多物理性质的数据计算方法,这对于全面描述水和蒸汽的行为特征非常重要。 9. 实际应用案例:此款软件可被广泛应用于工业设计及科研活动中,帮助工程师们更准确地获取所需数据以进行高效且精准的系统优化与性能评估工作。
  • 3.两端.rar
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    本资料探讨了温度对气体物理性质的影响,特别是体积和压力的变化规律,适用于学习理想气体定律及热力学基础概念。 使用CC2530单片机连接温度传感器和烟雾传感器进行多终端的烟雾采集与温度采集的课程设计。
  • MSISE-00: PythonMatlab实现
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    本著作介绍了如何利用Python和Matlab编程语言来实现MSISE-00大气模型,为科研及工程应用提供便捷的大气参数计算工具。 Python 和 Matlab 中都提供了 NRL MSISE-00 大气模型的支持。该模型从高度 z = 0 至 1000 公里开始有效。下方的图展示了在地球全球网格上,200公里处的大气层切片情况。黄色球体代表太阳照射到地表的位置。 MSISE-00 提供了以下单位: - 温度:开尔文 [K] - 密度:每立方米颗粒数 [m^-3] - 质量密度:千克/立方米 [kg m^-3] 安装和使用 MSISE-00 通过 Python 可以采用如下步骤: 1. 安装任何 Fortran 编译器。例如,在 MacOS 上可以通过 Homebrew 安装 gcc,而在 Linux 系统上可以安装 gfortran。 2. 获取并安装 Python 软件包 `msise00`: - 使用 pip 命令:`pip install msise00` - 或者使用 git 克隆最新的开发代码。 以上步骤可以帮助你顺利地通过 Python 和其他相关工具访问和利用 MSISE-00 大气模型。