大气GPS掩星观测反演方法

大气GPS掩星观测可获得全球的大气气象参量剖面信息.本文阐述了地球大气GPS掩星观测反演原理,详细介绍了其几何光学近似反演方法和全谱反演方法,提出了将几何光学反演方法和全谱反演方法结合以形成可以处理多路径掩星数据的反演新方案.该方案和几何光学反演方法应用于GPSMET和CHAMP大气掩星数据反演,成功地获得了大气参量剖面.结果表明,新反演方案是可行的、有效的GPS大气掩星反演方案.

山基GPS掩星观测实验及其反演原理

分别在湖北省药姑山和九宫山的山头上开展GPS掩星观测实验,成功获取山基掩星观测数据,对掩星事件进行了分析和统计.给出利用山基掩星观测数据反演大气折射指数剖面和电波弯曲角的原理和算法.利用山基GPS掩星观测模拟数据,对反演方法进行试算和检验,结果表明反演方法准确可行.将该反演方法应用于观测数据的反演,获得了观测点高度以下的大气折射率剖面,以及电波弯曲角.实验结果和原理研究表明,山基掩星观测技术是一种潜在的低层大气环境监测新技术.

GPS无线电掩星技术监测地球大气

ＧＰＳ无线电掩星技术是从行星掩星（飞行器）探测行星大气［１～３］的遥感技术发展而来的。１９９５年４月３日小型卫星ＭｉｃｒｏＬａｂ１的发射升空，标志着以ＧＰＳ无线电掩星建议为基础ＧＰＳ／ＭＥＴ计划纳入了正式实验阶段。实验结果证实了ＧＰＳ无线电掩星技术在探测地球大气方面潜在的科学价值与实用意义。简要系统地介绍了利用ＧＰＳ无线电掩星技术监测地球大气折射率、温度、气压和水蒸汽丰度等物理参量廓线分布的基本原理、主要误差源和空间分辨率，以及数字模拟结果和初步实验结果，并分析了ＧＰＳ无线电掩星技术在监测全球气候变化和提高数值天气预报精度等方面的潜在贡献。

利用GPS掩星资料反演地球中性大气参数折射角方法研究

对利用GPS掩星资料反演地球中性大气参数的原理作了简要介绍 ,在此基础上对消除电离层影响的改正方法、Abel反演积分上限的确定、上边界测量折射角的优化方法进行了探讨。针对UCAR的Level2数据 ,在数据预处理工作的基础上 ,利用特定掩星事件的数据进行了反演计算 。

空间GPS无线电掩星反演大气参数方法及其应用

给出了空间无线电掩星反演大气参数的原理及其误差估计方法 ,介绍了国内外在该领域的研究进展。并针对该技术的一些特点 ,指出了若干尚需解决的问题。

山基GPS掩星与自动气象站观测结果比较

山基GPS掩星技术可以精确获得低层大气折射率信息,其观测原理是：在高山的山顶安装GPS接收机,跟踪GPS卫星的低仰角和负仰角信号,通过载波相位的变化求出大气折射造成的弯曲角剖面,从而利用科学反演方法获得观测点高度以下的大气折射率剖面.为了对山基掩星测量数据进行验证,2005年8月1日-29日,在河北雾灵山（40.60°N,117.48°E,2118m）开展了为期一个月的山基GPS掩星观测与其他探测的对比实验.实验所用的JAVAD双频GPS接收机共工作576小时,接收机朝南观测,记录到山基掩星事件1136次,其中上升掩星621次,下降掩星515次.实验期间,在雾灵山顶利用自动气象观测仪每天24小时观测当地的温度、湿度和气压,由此可计算大气折射率.本文利用雾灵山GPS掩星实验所获得的观测数据,成功反演得到大气折射率剖面,并将所得接收机高度的折射率与雾灵山顶自动气象站观测结果进行比对,分析结果表明：山基GPS掩星和自动气象站观测结果是一致的.山基GPS掩星观测可为低层大气环境监测提供大量数据,具有潜在的应用前景.

GPS无线电掩星反演大气参数中的算法研究

针对目前无线电掩星技术反演地球大气参数算法中的不足 ,给出一种参数代换法 ,以解决无线电掩星中Abel积分的广义形式不适合高精度地进行数值积分的问题 .在大气折射角随待测点的地心距呈指数函数衰减的假定下 ,对应两种算法分别生成相应的大气折射率 .折射率绝对差最大值出现在低层大气 ,可达到约为 7个折射率单位 ,两者的差异随高度递增逐渐“缩小” ;而从折射率的相对差方面考虑 ,折射率相对差的变化趋势是随高度递增而逐渐增大 .

GPS无线电掩星后向传播方法

在大气多路径传播条件下,讨论了两种无线电信号的反演方法:几何光学方法和后向传播方法.当大气存在多路径效应时,采用几何光学方法反演大气参数会引入较大误差.后向传播方法将无线电信号从多路径区域反推至单路径区域,减少了大气多路径效应的影响.为了比较不同的反演方法,利用多相位屏模型,数值模拟了大气多路径条件下无线电信号在大气中的传播过程.假设信号处于理想条件下(仅受大气多路径效应的影响),分别用几何光学方法和后向传播方法对模拟信号进行反演,结果表明:后向传播方法能消弱大气多路径效应的影响,后向传播方法优于几何光学方法.对2007年第60天至180天4个月共约15000个CHAMP掩星观测数据进行反演,将其折射率反演结果与ECMWF分析场资料进行统计比较,结果说明:在南半球(30°S～90°S)、热带(30°S～30°N)以及北半球(30°N～90°N)的低对流层,后向传播方法反演的折射率的相对误差的平均偏差和均方差普遍小于几何光学方法.从而证实:后向传播方法确实能消弱大气多路径效应的影响,获得较好的反演结果.

GPS掩星技术反演气象要素的误差分析

利用GPS掩星技术反演气象要素会包含一些误差,误差源有:热噪声、卫星轨道误差、多路径误差、折射率常数误差、气体状态模型误差、电离层改正残差、大气边界条件误差、大气球对称假设误差、几何光学近似误差等。分析表明,通过采取适当措施,可以降低误差源的负面影响,提高反演气象要素的精度。

卫星圆轨道假设对GPS无线电掩星反演地球大气参数的影响

给出GPS无线电掩星反演地球大气参数过程中计算大气折射角的解析表达式 .以圆轨道假设下的大气折射角计算值为先验约束 ,采用迭代法对不引入圆轨道假设情况的大气折射角进行归算 ,在此基础 ,利用反演方法得到了引入和不引入圆轨道假定两种情况下大气参数 (气压和温度 )的差分序列 .结果表明 :卫星圆轨道假设对GPS无线电掩星反演大气参数的影响 ,在气压方面为 1mbar左右 ,而在气温方面为 1°K左右 .这一结果支持了目前无线电掩星定性误差估计研究中通常引入卫星圆轨道假设这个近似处理方法的合理性 ;同时也表明 :若在高精度反演地球大气参数时 。

利用GPS无线电掩星技术探测大气的探讨

介绍了GPS无线电掩星技术探测大气的原理,分析了GPS无线电掩星技术在监测全球气候变化和提高数值天气预报精度等方面的潜在贡献,最后对其应用前景进行了展望。

无线电掩星反演大气参数误差分析及应用进展

本文详细分析了影响空间GPS无线电掩星反演大气参数方法的主要误差源 ,其中包括信噪比误差 ,精密定轨误差 ,电离层模制误差 ,多路径效应和时钟改正等误差 .

COSMIC掩星反演大气温湿资料的质量特征分析

针对COSMIC(Constellation Observation System of Meteorology Ionosphere and Climate)掩星反演的大气温度和水汽压二级资料,利用常规探空观测和NCEP(National Centers for Environmental Prediction)分析资料分别进行质量检验分析,以揭示反演资料质量的海陆差异、随纬度和高度变化等三维空间特征。结果显示:我国区域反演资料的温度略低于探空观测与NCEP分析资料,温度与水汽压相对于检验资料的均方根误差较小;全球范围内,反演大气温湿资料的质量随高度和纬度的不同而存在明显差异,而且海洋和陆地上质量的水平和垂直分布特征也存在显著不同。总体上看,COSMIC反演大气温湿资料具有良好的可靠性与精确度,可作为我国数值预报资料同化的新资料,反演温湿资料的质量特征也可为COSMIC资料同化的质量控制和垂直稀疏化方案的设计提供科学依据。

用CHAMP卫星资料反演地球中性大气参数

介绍了利用GPS掩星反演地球中性大气参数的原理。在实际解算中,总结出用迭代法解多普勒观测方程、数值积分法求大气折射指数、用最小二乘法模拟大气折射指数与高度的函数关系。对特定掩星事件的数据进行了反演计算,并对计算结果进行了分析。

GNSS掩星探测大气算法及误差分析

简要概述了GNSS掩星探测大气的发展历史与国内外的研究现状;详细叙述了无线电掩星反演大气参数的基本原理,主要包括几何光学下的相位反演,中性大气层、电离层、振幅的反演,分辨率的定义以及无线电掩星技术系统与标准算法和误差分析;并针对该技术的一些特点,指出了若干尚需深入解决的问题;最后展望无线电掩星观测技术在数值天气预报(NWP)等领域的发展。

ROPP反演软件算法及其精度分析

介绍了ROPP反演软件中无线电掩星反演的算法与精度分析.采用COSMIC卫星2008年1月1日全天的附加相位数据,反演得到折射率、温度、压强与湿度等参数,并与CDAAC相应结果进行对比实验结果表明,在30 km高度以下,折射率、压强和湿度的相对误差在2%以内,温度误差不超过2 K.