贵州省GNSS/MET水汽报文自动化处理系统的设计与实现

为解决旧版GNSS/MET水汽报文处理系统因程序崩溃导致报文发送不及时等诸多问题,该文基于Zabbix-高可用性集群,通过程序开发设计了水汽报文自动化处理系统。该系统包括中心站系统和报文监控与告警系统,有效提高了报文传输及时率,节约了计算资源,实现了资料监控到自动化运维的全流程保障。

中国地基GNSS/MET水汽产品质量控制及与再分析产品的对比评估

本文研究并提出中国地基全球导航卫星系统(GNSS)水汽产品的综合质量控制(CQC)算法。CQC算法由质量检查和综合决策两个环节组成。质量检查环节主要对待检观测数据与其参考数据的差异进行分析,包括界限值检查、考察时间一致性的临近点检查和低通滤波检查,考察空间一致性的邻近站检查、距平值检查和峰谷值检查,以及基于背景场的粗大误差检查等7个模块。每个检查标记出超过阈值的观测数据,随后利用综合决策算法对数据的标记情况进行综合评分,最终给出数据的质量控制码。基于质量控制后的数据,评估了中国第一代全球大气再分析产品(CRA)、ERA-Interim和ERA5等五套再分析数据在中国地区的水汽模拟效果。结果表明几套再分析资料模拟的大气可降水量(PWV)在冬季整体略高于观测,夏季则明显低于观测。在空间上,中国南方地区和西部地区模拟的PWV低于观测,这种情况在夏半年更加明显。相对于观测,CRA的平均偏差(O-B)为0.633 mm,均方根误差为3.650 mm。CRA相对于观测的误差略高于ERA5,但略低于ERA-Interim,明显优于JRA55和NCEP2结果。

基于GNSS/MET的宁夏大气水汽分布及其与降水关系研究

为科学合理开发宁夏空中水资源,提升人工增雨作业效率和水平,摸清宁夏空中水资源时空变化特征及水汽变化与降水的关系,利用2014年1月—2020年12月宁夏23个全球导航卫星系统大气探测(GNSS/MET)站、地面自动气象站及银川市和平凉市探空站气象资料,采用统计诊断和对比分析方法,检验评估了GNSS/MET资料在宁夏不同地区的适用性,分析了宁夏大气水汽含量的时空变化特征及其与降水的关系,建立了宁夏大气水汽含量人工增雨作业指标,并对不同降水强度下的降水转化率进行了初步分析。结果表明:(1)GNSS/MET资料和探空观测数据反演得出的大气水汽含量间的相关系数为0.80~0.92,两者之间的相关性随天气过程中降水量的增大呈减小趋势,GNSS/MET资料反演的大气水汽含量在宁夏具有较好的代表性和适用性。(2)受东亚夏季风年变化影响,宁夏整层大气水汽含量夏季的最大,秋春季的次之,冬季的最小;8月大气水汽含量最大,12月大气水汽含量最小。受季风边缘区位置年际波动、六盘山和贺兰山地形抬升作用影响,宁夏大气水汽含量月均值呈现出南部和北部地区的波动较大、中部地区的波动较小的显著特征。(3)宁夏1—12月适宜人工增雨作业的大气水汽含量指标分别为4.9~7.0 mm、7.6~10.0 mm、12.7~17.8 mm、16.6~19.1 mm、22.4~25.7 mm、28.0~32.7 mm、36.2~42.0 mm、34.9~44.0 mm、27.5~32.5 mm、19.2~21.0 mm、10.4~14.5 mm、5.0~8.8 mm。(4)受到纬度、六盘山地形及西南季风等影响,六盘山西侧及宁夏最东侧的盐池大气水汽降水转化率较高;与腾格里沙漠、毛乌素沙地等相邻的宁夏中部的西部地区和北部的东部地区可能受到沙尘等影响,大气水汽降水转化率低。

海南省GNSS/MET水汽观测数据质量分析

基于海南省5个GNSS/MET水汽含量观测站的观测数据文件、导航定位文件和温度、湿度、气压三种气象要素资料,采用概率密度函数(PDF)、直方图和箱线图分析等方法,研究了2020年全年10个变量数据的质量特征.结果表明:(1)五指山站所跟踪到的导航卫星数量比其他站点跟踪到的导航卫星数量要少,但五指山站所跟踪的卫星数量异常值较其他站偏多;(2)西沙站的L1、L2载波多普勒频率直方图都存在双峰形状,质量不如其他站;(3)西沙站在L1、L2载波相位方面的数据都与其他站的数据相差较大,而且,西沙站的L2载波相位直方图存在明显双峰形状;(4)西沙站的L2载波信噪比变量值直方图存在明显的双峰形状,并且其箱线图的箱体较其他站的箱线图箱体大,数据波动较大;(5)西沙站的L1载波C/A码伪距和L2载波P码伪距直方图均存在明显双峰形状,并且其箱线图中位数也与其他观测站的中位数相差较大;(6)全省各个观测站点的解算水汽含量大都在50 mm左右.

GNSS_MET水汽应用处理程序优化与实现

为解决GNSS_MET水汽旧版数据接收软件spider中断导致的报文缺失。原始数据格式不标准导致的数据无法补收等问题,基于Java优化设计了GNSS_MET水汽应用处理程序。该程序采用B/S架构,实现了对GNSS_MET原始报文的标准命名和打包上传,建立了缺收数据备份补收机制。该程序已投入使用并稳定运行,有效提高了GNSS_MET报文传输的及时率和到报率。

基于多元数据的地基GNSS水汽观测对比分析

在"超大城市垂直综合气象观测技术研究及实验"中,利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA Interim再分析数据集,对2018年北京观象台的地基导航卫星气象观测(GNSS/MET)、探空和微波辐射计观测的水汽总量(PWV)进行了对比分析,结果表明,3种观测和ECMWF模式分析具有较好的相关性,可以较好地监测北京水汽的变化。与ECMWF模式对比,GNSS/MET、探空和微波辐射计的偏差分别为0.54mm、1.94mm、-0.65mm,均方根误差分别为3.55mm、3.60mm、6.08mm;若以探空作为参考,GNSS/MET、ECMWF和微波辐射计的偏差分别为-1.39mm、-1.94mm、-2.58mm,均方根误差为2.85mm、3.59mm、6.79mm。由此可见GNSS/MET、探空和ECMWF模式分析的水汽具有较好的质量。从对比结果看,GNSS/MET在相关性、偏差和均方根误差方面均表现突出,和探空、ECMWF相当,而微波辐射计差别明显,均方根误差最大,但剔除雨日后,资料质量得到提高,表明微波辐射计资料的应用需要注意降水条件,反演算法需在今后进行改进。

GNSS/MET站的发展应用与故障类型分析

GPS气象学是近年来迅速发展的一项新型技术,它具有常规探测所没有的探测精度高、时间分辨率高、经济高效等特点,对提高天气预报(特别是灾害性天气预报)准确性、研究全球大气水汽和电离层电子浓度分布等有着十分重要的意义,因此,越来越多地被应用到气候监测分析、空间天气监测预警、人工影响天气、中尺度数值预报等领域。为进一步了解和学习GPS气象学,下面简要介绍GNSS/MET的基本原理及其在气象业务中的应用。