GPS水汽遥感中的大气干延迟局地订正模型研究

在GPS遥感水汽过程中,大气干延迟模型的精度直接影响水汽遥感的精度。根据广东清远站1995～2001年的气象探空资料,计算了GPS水汽测量中的实际大气干延迟。在此资料基础上,利用地面气象要素建立了大气干延迟的年和分月局地订正模型。分析结果表明,年模型的精度优于目前广泛使用的普适模型;月模型与年模型相比,效果不是很明显,建立局地分月订正模型意义不大;在对高度角的敏感程度上,局地模型略大些;当高度角小于75时,大气干延迟弯曲路径与直线路径之差ΔS随天顶角增大而迅速增大。

利用LAPS系统同化地基GPS水汽资料的应用研究

介绍了武汉暴雨研究所引进的LAPS系统(Local Analysis and Prediction System)在水汽分析中应用GPS水汽资料的方法。设计三种试验方案与实况进行对比分析,并结合WRF模式模拟,研究GPS水汽资料在LAPS系统中的作用以及对预报的影响。结果表明,LAPS同化GPS水汽资料后,对湿度场产生较大调整;对比各方案LAPS输出的可降水量后发现,GPS水汽资料的作用比雷达资料大一个量级;从模式模拟试验结果比较看出,LAPS对GPS水汽的同化能改善GPS测站分布区域降水预报,并对下游暴雨的预报也有正效果,能提高暴雨量级的Ts降水评分。

西安地区雾霾与GPS水汽的相关性分析

随着西安经济的快速发展,雾霾天气严重影响了人们的正常生活,雾霾问题也引起了全国人民的广泛关注。实时、全天候的GPS水汽资料已在气象领域天气预报中得到广泛应用。本文分析了雾霾的形成原因,结合临潼站的GPS水汽和雾霾资料进行了深入对比分析。研究结果表明,雾霾的形成过程与GPS水汽含量的变化密切相关,西安地区GPS水汽与雾霾指数在水汽含量较低的冬春季节存在一定的正相关性。GPS水汽资料在一定程度上可用于雾霾天气的监测与预报,特别是气象部门可依据GPS水汽含量实施人工作业改善持续雾霾天气的影响。

GPS水汽遥感中的大气加权平均温度的变化特征及局地算式研究

根据广东清远1996～2001的气象探空资料,计算了大气加权平均温度,在此资料基础上,利用最优子集回归建立了GPS水汽遥感中的大气加权平均温度局地算式,该算式的精度优于目前广泛使用的Bevis算式.

地基GPS水汽反演中区域大气加权平均温度模型

利用地基GPS反演可降水量,需要准确求得水汽转换参数。为了提高区域GPS大气水汽反演的精度,分析了大气加权平均温度的时空特性及其与地面温度之间的函数关系;利用江苏地区2003—2011年的气象探空数据建立了适用于江苏地区的局地大气加权平均温度计算模型。比较江苏模型、Bevis模型和李建国模型求得的大气加权平均温度值,江苏模型的精度较Bevis模型和李建国模型分别提高33.14%和9.28%。由江苏模型得到的可降水量内符合精度约为11.12 mm,较GAMIT软件结果精度提高约7.91%。

地基GPS水汽数据在暴雨监测中的应用研究

利用我国武汉IGS跟踪站的观测数据及地面降雨资料对武汉地区的一次短时的强降雨过程进行了监视分析，结果表明：在降雨发生前，大气中的水汽含量会出现持续增加的过程，并且在强降雨发生前2～3h大气水汽含量会急剧上升；当降雨发生后水汽含量逐渐降低，大气水汽含量的增减与降水的发生与停止呈现出一致性。

南京地区地基GPS水汽反演中加权平均温度模型研究

地基GPS气象学的核心思想是通过垂直方向上GPS信号的湿分量延时确定出可降水量,而这两个物理量之间的转换必须使用加权平均温度。本文讨论了加权平均温度的几种逼近方式及其容许误差,然后利用南京地区高空大气探测资料,采用回归分析方法,建立了适合该地区对流层加权平均温度计算公式。研究结果表明,该公式有效地消除了在南京地区使用探空数值积分公式引起的系统误差,较好地满足了地基GPS气象应用中对温度实时性和高精度的要求。

济南区域GPS水汽反演系统的气象资料处理

根据济南市区域GPS水汽反演系统的要求,开发了济南市区域GPS站的气象资料处理软件,该软件基于气象观测站实时数据库和气象观测文件Z文件,自动生成RINEX格式的气象数据文件,完成GPS水汽反演系统的气象资料匹配。重点介绍了GPS水汽反演系统气象数据的格式要求、数据选取和气象资料处理的具体功能实现。

南京地区地基GPS水汽反演中加权平均温度模型研究

地基GPS气象学的核心思想是通过垂直方向上GPS信号的湿分量延时确定出可降水量,而这两个物理量之间的转换必须使用加权平均温度。本文利用南京地区高空大气探测资料,采用回归分析方法,建立了适合该地区对流层加权平均温度计算公式。研究结果表明,该公式有效的消除了在南京地区使用常规公式引起的系统误差,较好地满足了地基GPS气象应用中对温度实时性和高精度的要求。

GPS水汽在雾霾天气监测中的应用研究

雾霾天气的形成与天气条件密切相关。GPS技术作为一种新的水汽探测手段,能高时效、高时空分辨率、自动实时、全天候地获取空气中的水汽含量。首先统计分析了雾霾的形成原因与变化规律,然后从GPS水汽、雾霾指数与空气相对湿度等方面进行了定性的相关性分析。研究结果表明,GPS水汽与雾霾天气的形成存在一定的相关性,GPS水汽在一定程度上可用于雾霾天气的监测与预报,而且气象部门可依据GPS水汽含量开展人工增雨(雪)来减缓雾霾天气的持续影响,进而为改善空气质量提供科学依据。

GPS/MET水汽反演中T_m模型的本地化研究

利用江西省南昌和赣州两探空站12年(1999—2010年)每日2次(08时和20时)的探空资料,运用最小二乘法建立了江西地区的加权平均温度Tm模型(江西本地化Tm模型)。基于探空资料计算得到的Tm值,对比分析了江西本地化Tm模型、武汉本地化Tm模型和GAMIT默认Tm模型的模拟结果,发现江西本地化Tm模型的模拟效果最好,武汉本地化Tm模型相对较差。利用GAMIT软件,分别采用江西本地化Tm模型、武汉本地化Tm模型和GAMIT默认Tm模型,对2010年1月至2010年12月南昌、赣州等地的GPS大气可降水量进行了解算,并与探空计算的大气可降水量作了对比分析,结果发现采用江西本地化Tm模型后解算得到的GPS大气可降水量精度最高,而采用GAMIT默认Tm模型的精度相对较差。

GPS定位与水汽反演中对流层干延迟的订正研究

根据美国Shreveport地区及中国徐州地区2006年的气象探空资料计算了GPS测量中的大气干延迟,将其作为真值与目前常用的普适模型计算的延迟值进行对比,结果表明,目前常用的几种普适模型在美国Shreveport地区的改正效果要明显好于中国徐州地区,直接反映出普适模型更适合北美地区。利用徐州地区2000—2006年的探空数据计算了大气干延迟值,在此基础上,根据地面气象要素建立了徐州地区大气干延迟的局地订正模型。分析表明,局地订正模型的改正效果好于普适模型。

加权平均温度模型对GPS水汽反演的影响

针对加权平均温度(Tm)模型对GPS水汽反演精度影响的问题,该文基于无线电探空资料,利用线性回归分析方法建立湖南地区Tm模型,以此模型反演GPS可降水量。通过与无线电探空资料对比,分析Tm本地化对GPS水汽反演精度的影响。对2016年4月至12月临近长沙、怀化和郴州的GPS可降水量进行反演,结果表明:较Bevis Tm模型,采用本地化的Tm模型反演得到的GPS可降水量精度更高,和无线电探空测得可降水量对比,平均偏差分别降低了25.68%、36.87%和13.70%,均方根误差分别降低了1.40%、1.93%和1.36%。

GPS可降水汽含量在强降雨过程中的特征分析

针对水汽在大气中易于变化,高时空分辨率水汽资料的欠缺,造成强降雨短时临近的预报水平不高的问题,探讨分析了GPS水汽反演的精度。利用香港CORS数据,通过GAMIT软件解算获得各测站1h大气可降水量时间序列,将其与探空数据获得的液态水含量(PWV)和实际降水量进行比较分析。结果表明,GPS/PWV与Radio/PWV在整体变化趋势上具有很好的一致性,其相关系数大于0.9;GPS/PWV与Radio/PWV精度相当,两者平均偏差小于1mm,均方根误差小于3mm;GPS反演的大气可降水量与实际降水量具有较好的对应关系,能够精确地监测到水汽变化的过程,可以用于水汽的监测和预报研究。

基于GPS/Pwv资料的上海地区2004年一次夏末暴雨的水汽输送分析

本文应用GPS探测的可降水水汽资料Pwv对上海地区2004年一次夏末暴雨的水汽输送特征进行了分析。结果表明:此次暴雨过程的水汽输送路径有两条,一条是西南水汽输送路径,一条是东南水汽输送路径。指出边界层的偏东急流是此次暴雨过程的主要增雨机制。分析还表明:每30 min一次的GPS/Pwv资料能直观地、及时地反映大气中水汽的时间变化和空间变化;GPS/Pwv资料随时间的演变特征与降水有较好的对应关系;GPS/Pwv的散度资料可以反映大气中水汽的辐合、辐散分布情况。

安徽省GPS/MET水汽反演资料质量控制初步研究

本着提高安徽省GPS/MET水汽反演资料质量的宗旨,利用综合判别法开展了GPS/MET水汽反演资料质量控制。首先,对2011年7月—2014年9月GPS/MET水汽反演资料进行分析,形成该资料的界限值,作为综合判别法的第1步;在第1步的基础上采用偏差(GPS/MET水汽实际观测值与全球再分析GDAS计算可降水量值的偏差)阈值法进行资料的整体质量控制,作为第2步;进一步对偏差较大月份的水汽资料采用双权重法进行质量控制,作为第3步,并且初步给出了GPS/MET水汽反演资料与降水的序列关系,最终形成安徽省GPS/MET水汽反演资料质量控制后的数据集。利用GPS/MET观测系统水汽资料高精度、高时空分辨率的特点,研制的数据集以及相应的质量控制方法能够为后期的水汽资料同化和融合奠定基础。

中国西南地区GPS大气水汽转换系数模型精化研究

利用中国西南地区19个探空站2011～2014年数据,通过积分法计算大气水汽转换系数K。采用2011～2013年的K值对Emardson模型进行精化,分别构建西南地区不顾及和顾及高程因子的K值模型Emardson-I和Emardson-H。利用2014年积分计算的K值检验这两种模型的预报精度,结果表明:1)相对于Emardson-I模型,Emardson-H模型表现出更高的K值预报精度和更好的适应性;2)在高海拔地区,Emardson-H模型预报精度明显优于Emardson-I模型,表明高程因子是影响高海拔地区K值计算的重要因素。将两种新模型用于拉萨站GPS大气水汽反演,Emardson-H模型表现出更优的反演精度,两种模型的反演精度均优于2 mm。

云南地区GPS探测与3类再分析可降水量的对比分析

利用云南7站的GPS水汽探测资料、美国NCEP/NCAR、NCEP/DOE和日本JRA-25再分析资料,对2009年云南地区的大气可降水量进行了比较分析。结果表明,在云南地区的7个GPS探测站点上,3类再分析资料和GPS探测值均能较好地再现年平均可降水量由南向北逐渐减少的变化特征,在月平均可降水量的年内变化中也表现出一致的单峰型变化特征,但再分析资料对各月平均可降水量数值大小的估算总体上要小于GPS探测值。在雨季GPS探测资料和3类再分析资料能够反映可降水量的季节内变化特征,但再分析资料对雨季开始期可降水量由南向北推进过程的描述不如GPS探测资料精细。JRA-25可降水量资料与GPS探测值在短时间尺度上具有较好的一致变化,明显优于其他两类再分析资料。

同化GPS可降水量资料在安徽地区暴雨预报中的应用

利用2014年5月10日08时和5月24日08时的中国GPS(Global Positioning System)可降水量资料、地面气象观测资料及探空资料,基于WRF(Weather Research Forecast)模式及其三维变分同化系统对安徽地区2014年5月10日区域性暴雨过程和5月24日局地性暴雨过程进行了同化研究。结果表明:同化GPS水汽资料能较好地改善WRF模式的湿度场,对风场的调整较小;同化探空资料和地面常规气象观测资料可以同时调整湿度场与风场,但对湿度场的改善效果明显不如同化GPS水汽资料。仅同化GPS可降水资料,可以改进暴雨落区和强度的WRF模式模拟预报效果;而同化探空资料和地面常规气象观测资料对暴雨落区与强度预报的改进效果低于仅同化GPS水汽资料;同时同化地面常规气象观测资料、探空资料和GPS可降水资料对暴雨强度与落区的预报效果改进明显,与实况更接近,暴雨预报的TS评分更高,空报率更低。

利用ECMWF和GPS研究分析一次典型锋面雨

ECMWF可提供大范围格网点上垂向维的水汽密度、温度、偏压等剖线数据,能反演获得大范围的气象要素及水汽值。GPS可反演获得单个点的水汽值,精度及时间分辨率都极高。本文综合两种反演方法的优点,研究台湾地区一次典型的锋面降雨,对降雨前后各气象要素的变化特征进行详细分析。结果表明,利用ECMWF的反演结果可判断在一定时间段内是否有降水的动力学条件;根据GPS反演水汽结果可以在更高的时间分辨率上对降水时间有指导作用。