GPS信号斜路径方向水汽含量的计算方法

利用GPS信号斜路径方向的水汽含量(SWV)探测水汽的三维分布,是目前国际上地基GPS气象学研究的前沿课题.基于此提出了一种利用无电离层影响的GPSLC非差观测组合直接计算斜路径方向水汽含量的方法.该方法每30秒钟计算一次斜路径方向的水汽含量.计算结果与水汽辐射计(WVR)的观测值比较表明,利用该方法计算斜路径方向的水汽含量可以达到毫米级的精度.把5分钟内的斜路径水汽投影到天顶方向取平均,与以5分钟间隔估计的可降水量(PWV)进行比较,结果表明二者之间的差别小于2mm.用该方法计算的GPS信号斜路径方向上的水汽含量,可以用于层析水汽的三维分布,优化数值天气预报的初始场,也可以改正GPS大地测量和雷达影像的误差.

顾及星间单差残差的GPS斜路径水汽含量估计

基于精密单点定位(precise point positioning,PPP)技术,对海上动态GPS斜路径水汽含量(SWV)估计进行研究。在现有计算方法的基础上,提出了顾及星间单差残差的SWV提取方法。利用渤海湾船载动态GPS测量数据和同步气象观测数据,对新方法的有效性进行了验证。结果表明,相对于MM5模式积分水汽结果,采用新方法计算的SWV值的RMS为1.2mm,比传统"非差残差法"减小了1mm。

利用单GPS站获取空间水汽分布特征

随着全球各大GNSS系统的不断建设和完善，特别是中国自主研发的北斗二代导航系统的建设，将来在任意时刻至少能接收到10～20颗卫星，这些丰富的卫星信号可为利用单站GPS斜路径获取空间水汽分布特征提供新的契机。本文针对传统地基GPS获得的可降水量PwV仅能反映水汽的一维信息的特点，采用单站地基GPS斜路径方向的观测水汽总量swV、绝对VswV和相对VswV，对香港暴雨期间水汽变化作了试验分析，并对GPS单站所能覆盖的范围进行研究。结果表明，单站的绝对VswV和相对VswV能较好地反映水汽的空间分布，从而为利用离散GPS监测站实时监测水汽空间变化提供了一种高效手段。

上海GPS网层析水汽三维分布改善数值预报湿度场

水汽三维分布信息是数值天气预报模式的初始条件之一,大气中的水汽具有较强的时空变化特性,传统观测手段受时空分辨率的限制,对模式初始水汽场的描述远远不够.利用地基GPS信号斜路径观测值探测水汽垂直剖面信息是目前国际上的研究前沿,利用上海GPS综合应用网GPS信号斜路径水汽观测值,在国内首次层析了上海地区水汽三维分布.层析中采用高斯加权函数进行水平约束,利用数值预报结果做先验值,考虑了边界条件.针对无法准确给出各类观测信息先验权的问题,在层析水汽三维分布问题中首次采用了方差分量估计,进行验后定权;为了降低观测噪声对参数估计的影响,采用了抗差估计;针对水汽密度随高度减小的特点,垂直方向上采用随高度变化的非等权约束方法.层析结果与MM5数值预报结果比较,GPS信号斜路径水汽观测值对数值模式的预报湿度场有明显改善,利用GPS信号斜路径水汽观测值准实时地探测水汽的三维分布,应用于短期数值预报中,可改善短期预报的初始湿度场,提高数值预报的准确度.

一种GNSS对流层层析优化算法及应用

针对传统的水汽层析方法获得的水汽分布精度局限,为进一步提高水汽层析的反演精度,以香港地区CORS网为实验区,提出了一种新的GNSS对流层层析的优化算法。该算法主要对水汽层析中上边界高度确定、约束信息及先验值信息等关键技术进行了优化。并以2018年香港地区CORS网的观测数据为实验数据,以探空站45004数据为参考,对优化后的层析算法进行了评估。其层析实验结果显示水汽主要集中在3.68km以下且水汽随时间呈现较为明显的变化;在垂直方向上,地表至3.68km水汽含量较为丰富且变化较激烈,在3.68km以上区域,水汽变化较为平稳;从层析水汽与探空资料之间的偏差的平均值、RMSE值和平均相对偏差结果显示低对流层以上和以下区域,优化的水汽垂直分布结果要优于传统方法获得的水汽分布。地基GNSS层析技术反演的三维水汽信息不仅时空分辨率较高,而且在低空对流层区域水平和垂直方向上的探测精度较高。