Slant-path water vapor amounts （SWV） from a station to all the GPS （Global Positioning System） satellites in view can be estimated by using a ground-based GPS receiver. In this paper, a tomographic method was util...Slant-path water vapor amounts （SWV） from a station to all the GPS （Global Positioning System） satellites in view can be estimated by using a ground-based GPS receiver. In this paper, a tomographic method was utilized to retrieve the local horizontal and vertical structure of water vapor over a local GPS receiver network using SWV amounts as observables in the tomography. The method of obtaining SWV using ground-based GPS is described first, and then the theory of tomography using GPS is presented. A water vapor tomography experiment was made using a small GPS network in the Beijing region. The tomographic results were analyzed in two ways： （1） a pure GPS method, i.e., only using GPS observables as input to the tomography, （2） combining GPS observables with vertical constraints or a priori information, which come from average radiosonde measurements over three days. It is shown that the vertical structure of water vapor is well resolved with a priori information. Comparisons of profiles between radiosondes and GPS show that the RMS error of the tomography is about 1-2 mm. It is demonstrated that the tomography can monitor the evolution of tropospheric water vapor in space and time. The vertical resolution of the tomography is tested with layer thicknesses of 600 m, 800 m and 1000 m. Comparisons with radiosondes show that the result from a resolution of 800 m is slightly better than results from the other two resolutions in the experiment. Water vapor amounts recreated from the tomography field agree well with precipitable water vapor （PWV） calculated using GPS delays. Hourly tomographic results are also shown using the resolution of 800 m. Water vapor characteristics under the background of heavy rainfall development are analyzed using these tomographic results. The water vapor spatio-temporal structures derived from the GPS network show a great potential in the investigation of weather disasters.展开更多
为深入认识四川盆地持续性暴雨的水汽特征及来源,提高该地区暴雨预报能力,利用四川省4955个国家级及区域级自动气象站资料、全球资料同化系统(Global Data Assimilation System,GDAS)资料、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Me...为深入认识四川盆地持续性暴雨的水汽特征及来源,提高该地区暴雨预报能力,利用四川省4955个国家级及区域级自动气象站资料、全球资料同化系统(Global Data Assimilation System,GDAS)资料、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代大气再分析资料(ERA5),基于拉格朗日方法对四川盆地2020年8月的一次持续性暴雨过程的水汽输送特征进行了分析。结果表明:强降水开始前和强降水过程中,不同起始高度层水汽输送特征有所不同。中高层起始高度(5500~10000 m),强降水开始前气团轨迹源地主要为低纬洋面,而在强降水过程中调整为地中海南岸并为盆地带来中高纬西风带干冷空气;中低层起始高度(1500~5500 m),降水过程中气团轨迹源地由地中海南岸逐渐调整为低纬洋面并为盆地带来低纬洋面暖湿空气;低层起始高度(地面至1500 m),强降水开始前轨迹源地率先调整为低纬洋面并为盆地输送比中低层更为暖湿的气流。统计不同源地水汽贡献率可知,孟加拉湾—泰国湾的水汽占主导(66.6%)、阿拉伯海次之(23.9%)、中国南海最低(9.5%)。展开更多
利用新疆维吾尔自治区105个观测站气象资料、NCEP/NCAR再分析资料,引入拉格朗日混合单粒子轨道模型(HYSPLIT_v4),定量分析了2004年7月17-21日新疆天山山区特大暴雨的水汽输送情况。结果表明,2004年7月17-21日暴雨降水主要以天山山区为主...利用新疆维吾尔自治区105个观测站气象资料、NCEP/NCAR再分析资料,引入拉格朗日混合单粒子轨道模型(HYSPLIT_v4),定量分析了2004年7月17-21日新疆天山山区特大暴雨的水汽输送情况。结果表明,2004年7月17-21日暴雨降水主要以天山山区为主,暴雨过程的水汽主要来自700 h Pa,水汽输送路径有3条,其中偏北路径有2条,另1条为偏西路径;暴雨的水汽源地主要有3个,其中超过50%的水汽来自阿拉伯海以北—里海—巴尔喀什湖地区的水汽输送贡献,其次是波罗的海—北冰洋沿岸地区,占到26%,而鄂霍次克海以东地区为21%;伊朗高压北抬与欧洲脊东移形成的乌拉尔脊叠加是暴雨过程的主导系统,中亚低涡东南移动形成强降水。同时,对流层高层的副热带西风急流和低层的偏东低空急流对强降水的水汽输送和辐合有重要影响。展开更多
应用地基GPS沿倾斜路径方向遥测大气水汽总量,是获得测站周围水汽三维空间分布信息(水汽层析)的基础.本文介绍了地基GPS沿倾斜路径方向遥感大气水汽总量的原理和方法;首先用湿梯度、后处理残差联合计算接收机上空不同方位上大气水汽各...应用地基GPS沿倾斜路径方向遥测大气水汽总量,是获得测站周围水汽三维空间分布信息(水汽层析)的基础.本文介绍了地基GPS沿倾斜路径方向遥感大气水汽总量的原理和方法;首先用湿梯度、后处理残差联合计算接收机上空不同方位上大气水汽各向异性成分,在此基础上重构倾斜路径水汽总量.为验证GPS观测结果精度,用微波辐射计(WVR)与GPS一起进行了联合观测,不同观测地点和时间的对比结果表明,二者root mean square(RMS)误差小于4mm,证明应用此种方法地基GPS可较精确地反演出倾斜路径方向大气水汽总量,而且这种反演方法适合于近实时大气遥感探测.地基GPS测量具有全天候可连续观测等优点,可以弥补常规观测的不足,为气候研究提供高精度且连续的水汽数据资料;组网观测可以为数值天气预报提供好的初始场,提高模式预报精度.展开更多
基于德国RPG公司研制的14通道地基微波辐射计(RPG-HATRPO-G3)反演的2014年10月至2015年9月济南地区的水汽和液态水产品,分析了济南地区水汽和云液态水不同季节的月变化、日变化特征及其在强对流天气与小雨天气中的变化趋势。结果表明:2...基于德国RPG公司研制的14通道地基微波辐射计(RPG-HATRPO-G3)反演的2014年10月至2015年9月济南地区的水汽和液态水产品,分析了济南地区水汽和云液态水不同季节的月变化、日变化特征及其在强对流天气与小雨天气中的变化趋势。结果表明:2014年10月至2015年9月济南地区柱大气积分水汽量(Integrated Water Vapour,IWV)具有明显的月变化特征,其变化趋势与多年(1981—2010年)月平均降水量相关性较好,IWV夏季最高、冬季最低,四季IWV均具有弱的日变化特征,四季IWV标准偏差按照夏季、秋季、春季、冬季的顺序递减。对于济南地区春季、夏季、秋季3个季节有云无雨和降水前后液态水路径(Liquid Water Path,LWP)的数据,春季LWP可用数据量最少,夏季LWP可用数据量最多;月LWP在0—200 g·m^(-2)范围内的数据占总数据的比例最多,LWP数值越大,其所占比例越小。月LWP大于1000 g·m^(-2)数据的比例随着夏季的临近和降水量的逐渐增加也呈增加的趋势。IWV和LWP在强对流过程发生前均明显增长,数值大于1000 g·m^(-2)的LWP数据比例为53.41%;而小雨天气发生前IWV呈波动上升的趋势,LWP仅在临近降水时才明显增大,LWP数值主要分布在0—200 g·m^(-2)之间,占总数据的比例为86.56%。展开更多
液态云水路径(liquid water path,LWP)和可降水量(precipitable water vapor,PWV)是描述天气和气候的两个重要物理量。目前,针对液态云水路径和可降水量的直接观测较少,特别是在我国干旱半干旱黄土高原地区,至今没有获得系统的观测值。...液态云水路径(liquid water path,LWP)和可降水量(precipitable water vapor,PWV)是描述天气和气候的两个重要物理量。目前,针对液态云水路径和可降水量的直接观测较少,特别是在我国干旱半干旱黄土高原地区,至今没有获得系统的观测值。本文利用兰州大学半干旱气候与环境监测站(SACOL)近两年的微波辐射仪观测资料,分析了黄土高原半干旱区液态云水路径和可降水量的变化特征。首先引入Liljegren et al.(2001)的反演方法并加以改进,计算得到适合黄土高原地区的反演参数,利用改进后的反演方法计算近两年的液态云水路径和可降水量。分析结果显示,与TP/WVP-3000型12通道微波辐射计的直接输出结果相比,本文反演结果与实际情况更加吻合。在SACOL代表的黄土高原地区,95%的云水路径值都在150g/m2以下,95%的可降水量值都在3cm以下。由于SACOL的降水受亚洲季风的影响,液态云水路径日均值冬季最小,秋季最大,其日变化规律显示半干旱区液态云水路径大体上呈双峰分布,峰值主要出现在日出和日落时分。卫星反演资料的年变化趋势与地基反演结果比较吻合。因此,运用卫星反演的液态云水路径来分析我国西北地区的空中云水资源是一种比较可信的手段。展开更多
文摘Slant-path water vapor amounts （SWV） from a station to all the GPS （Global Positioning System） satellites in view can be estimated by using a ground-based GPS receiver. In this paper, a tomographic method was utilized to retrieve the local horizontal and vertical structure of water vapor over a local GPS receiver network using SWV amounts as observables in the tomography. The method of obtaining SWV using ground-based GPS is described first, and then the theory of tomography using GPS is presented. A water vapor tomography experiment was made using a small GPS network in the Beijing region. The tomographic results were analyzed in two ways： （1） a pure GPS method, i.e., only using GPS observables as input to the tomography, （2） combining GPS observables with vertical constraints or a priori information, which come from average radiosonde measurements over three days. It is shown that the vertical structure of water vapor is well resolved with a priori information. Comparisons of profiles between radiosondes and GPS show that the RMS error of the tomography is about 1-2 mm. It is demonstrated that the tomography can monitor the evolution of tropospheric water vapor in space and time. The vertical resolution of the tomography is tested with layer thicknesses of 600 m, 800 m and 1000 m. Comparisons with radiosondes show that the result from a resolution of 800 m is slightly better than results from the other two resolutions in the experiment. Water vapor amounts recreated from the tomography field agree well with precipitable water vapor （PWV） calculated using GPS delays. Hourly tomographic results are also shown using the resolution of 800 m. Water vapor characteristics under the background of heavy rainfall development are analyzed using these tomographic results. The water vapor spatio-temporal structures derived from the GPS network show a great potential in the investigation of weather disasters.
文摘为深入认识四川盆地持续性暴雨的水汽特征及来源,提高该地区暴雨预报能力,利用四川省4955个国家级及区域级自动气象站资料、全球资料同化系统(Global Data Assimilation System,GDAS)资料、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代大气再分析资料(ERA5),基于拉格朗日方法对四川盆地2020年8月的一次持续性暴雨过程的水汽输送特征进行了分析。结果表明:强降水开始前和强降水过程中,不同起始高度层水汽输送特征有所不同。中高层起始高度(5500~10000 m),强降水开始前气团轨迹源地主要为低纬洋面,而在强降水过程中调整为地中海南岸并为盆地带来中高纬西风带干冷空气;中低层起始高度(1500~5500 m),降水过程中气团轨迹源地由地中海南岸逐渐调整为低纬洋面并为盆地带来低纬洋面暖湿空气;低层起始高度(地面至1500 m),强降水开始前轨迹源地率先调整为低纬洋面并为盆地输送比中低层更为暖湿的气流。统计不同源地水汽贡献率可知,孟加拉湾—泰国湾的水汽占主导(66.6%)、阿拉伯海次之(23.9%)、中国南海最低(9.5%)。
文摘利用新疆维吾尔自治区105个观测站气象资料、NCEP/NCAR再分析资料,引入拉格朗日混合单粒子轨道模型(HYSPLIT_v4),定量分析了2004年7月17-21日新疆天山山区特大暴雨的水汽输送情况。结果表明,2004年7月17-21日暴雨降水主要以天山山区为主,暴雨过程的水汽主要来自700 h Pa,水汽输送路径有3条,其中偏北路径有2条,另1条为偏西路径;暴雨的水汽源地主要有3个,其中超过50%的水汽来自阿拉伯海以北—里海—巴尔喀什湖地区的水汽输送贡献,其次是波罗的海—北冰洋沿岸地区,占到26%,而鄂霍次克海以东地区为21%;伊朗高压北抬与欧洲脊东移形成的乌拉尔脊叠加是暴雨过程的主导系统,中亚低涡东南移动形成强降水。同时,对流层高层的副热带西风急流和低层的偏东低空急流对强降水的水汽输送和辐合有重要影响。
文摘应用地基GPS沿倾斜路径方向遥测大气水汽总量,是获得测站周围水汽三维空间分布信息(水汽层析)的基础.本文介绍了地基GPS沿倾斜路径方向遥感大气水汽总量的原理和方法;首先用湿梯度、后处理残差联合计算接收机上空不同方位上大气水汽各向异性成分,在此基础上重构倾斜路径水汽总量.为验证GPS观测结果精度,用微波辐射计(WVR)与GPS一起进行了联合观测,不同观测地点和时间的对比结果表明,二者root mean square(RMS)误差小于4mm,证明应用此种方法地基GPS可较精确地反演出倾斜路径方向大气水汽总量,而且这种反演方法适合于近实时大气遥感探测.地基GPS测量具有全天候可连续观测等优点,可以弥补常规观测的不足,为气候研究提供高精度且连续的水汽数据资料;组网观测可以为数值天气预报提供好的初始场,提高模式预报精度.
文摘基于德国RPG公司研制的14通道地基微波辐射计(RPG-HATRPO-G3)反演的2014年10月至2015年9月济南地区的水汽和液态水产品,分析了济南地区水汽和云液态水不同季节的月变化、日变化特征及其在强对流天气与小雨天气中的变化趋势。结果表明:2014年10月至2015年9月济南地区柱大气积分水汽量(Integrated Water Vapour,IWV)具有明显的月变化特征,其变化趋势与多年(1981—2010年)月平均降水量相关性较好,IWV夏季最高、冬季最低,四季IWV均具有弱的日变化特征,四季IWV标准偏差按照夏季、秋季、春季、冬季的顺序递减。对于济南地区春季、夏季、秋季3个季节有云无雨和降水前后液态水路径(Liquid Water Path,LWP)的数据,春季LWP可用数据量最少,夏季LWP可用数据量最多;月LWP在0—200 g·m^(-2)范围内的数据占总数据的比例最多,LWP数值越大,其所占比例越小。月LWP大于1000 g·m^(-2)数据的比例随着夏季的临近和降水量的逐渐增加也呈增加的趋势。IWV和LWP在强对流过程发生前均明显增长,数值大于1000 g·m^(-2)的LWP数据比例为53.41%;而小雨天气发生前IWV呈波动上升的趋势,LWP仅在临近降水时才明显增大,LWP数值主要分布在0—200 g·m^(-2)之间,占总数据的比例为86.56%。
文摘液态云水路径(liquid water path,LWP)和可降水量(precipitable water vapor,PWV)是描述天气和气候的两个重要物理量。目前,针对液态云水路径和可降水量的直接观测较少,特别是在我国干旱半干旱黄土高原地区,至今没有获得系统的观测值。本文利用兰州大学半干旱气候与环境监测站(SACOL)近两年的微波辐射仪观测资料,分析了黄土高原半干旱区液态云水路径和可降水量的变化特征。首先引入Liljegren et al.(2001)的反演方法并加以改进,计算得到适合黄土高原地区的反演参数,利用改进后的反演方法计算近两年的液态云水路径和可降水量。分析结果显示,与TP/WVP-3000型12通道微波辐射计的直接输出结果相比,本文反演结果与实际情况更加吻合。在SACOL代表的黄土高原地区,95%的云水路径值都在150g/m2以下,95%的可降水量值都在3cm以下。由于SACOL的降水受亚洲季风的影响,液态云水路径日均值冬季最小,秋季最大,其日变化规律显示半干旱区液态云水路径大体上呈双峰分布,峰值主要出现在日出和日落时分。卫星反演资料的年变化趋势与地基反演结果比较吻合。因此,运用卫星反演的液态云水路径来分析我国西北地区的空中云水资源是一种比较可信的手段。
