多模型融合的对流层天顶延迟估计方法

为提高对流层天顶延迟(Zenith Tropospheric Delay, ZTD)估计精度,基于传统对流层天顶延迟建模思路,提出Saastamoinen, Askne和GPT3多模型融合的对流层天顶延迟估计方法。分别采用Saastamoinen和Askne模型估计干延迟和湿延迟,并引入GPT3模型提供温度、气压、水汽压、大气加权平均温度和水汽垂直递减率等气象参数。利用全球大地测量观测系统(Global Geodetic Observing System, GGOS)Atmosphere和国际GNSS服务机构(International GNSS Service, IGS)提供的亚洲区域2016～2018年66个IGS站的对流层天顶延迟数据对本文方法进行评估,结果表明,以GGOS Atmospheres数据为参考时,Sas+Ask+GPT3模型精度(均方根为4.53 cm)较同等条件下的Sas+Ask+UNB3m和Sas+GPT3模型分别提高约29%和19%,以IGS对流层天顶延迟数据为参考时,Sas+Ask+GPT3模型精度(均方根为4.35 cm)较另两种模型分别提高约25%和14...     

利用地基GPS技术反演武汉地区大气可降水分

利用武汉地区的探空资料和GPS实测数据，对对流层干分量延迟、对流层加权平均温度进行了检验分析．结果表明，对于武汉地区而言，常用的大气干分量延迟模型(SAAS Hopfield and Black)存在着1-2cm的系统误差，这在利用GPS资料估算大气可降水分(PWV)时会引入2-3mm的误差；对流层加权平均温度与常用的Bevis公式也存在着一定的差异，但这种差异对PWV结果影响很小．为此，提出了校正对流层干分量延迟的方法，并利用实测数据对该方法进行了检验．实践证明，这种校正方法基本上可以消除常用干分量模型的系统误差。     

GPS精密定位中对流层折射参数估计方法的比较分析

利用GPS实测资料，对GPS相对定位中对流层折射天顶延迟参数估计方法的单参数法、分段常数法和分段线性法进行了分析，讨论了各种方法的参数估计结果和对相对定位结果的影响。指出单参数方法存在较大的误差，这一误差主要影响基线垂直分量的精度，用分段常数法和分段线性法可明显提高基线垂直分量上的重复率，但这一精度的提高并非随分段数的增加而单调增加，各测站应分别选用各自最合适的模拟估计方法和分段数，才是最合理的。     

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。     

提高中性大气折射延迟改正精度的可能途径

针对空间大地测量技术对中性大气折射延迟改正精度的要求,阐述了折射延迟改正值应随测站和随方位而异的必要性．指出,在尚不能直接测定天文大气折射值的情况下,现有的各种改正模型对大气分布模型的依赖性,不能达到预期的精度和降低观测的截止角．根据云南天文台低纬子午环的特殊结构,和测定大气折射的实践,提出了提高折射延迟改正精度的新方法,即：利用各观测站不同方位从天顶附近直到低地平高度角的天文大气折射实测数据,求解得到折射率差和映射函数的参数,从而建立随测站和随方位而异的大气折射延迟改正模型．这一新方法的实施,将能在不需采用大气分布模型的情况下,把天顶延迟的改正精度提高到1 mm以内,低地平高度角的折射延迟改正精度提高到厘米级,并且把截止高度角压缩到5°以内．     

三种对流层延迟改正模型精度评估

利用36个全球分布的IGS站2003全年GPS实测的对流层天顶延迟数据和气象数据,对目前国内外常用的两个对流层延迟改正模型;Hopfield模型、Saastamoinen模型和最近几年发展起来的EGNOS模型的改正精度和适用范围进行评估,指出Hopfield模型在应用中存在的缺陷,EGNOS模型可用作GNSS实时定位和导航的对流层天顶延迟的改正模型.     

上海天文台GPS气象学的研究现状

介绍了上海天台GPS气象学的背景,进展和研究成果,从90年代起,上海天台就分别开展了地基GPS气象学和空基GPS气象学的研究工作,在地基GPS气象研究中,利用国内分布的23个GPS网站及周边地区6个IGS台站,在1996年7月26日到31日（6天）的GPS观测资料,首先求得中性大气天顶延迟改正序列,然后推出测站上空可降水汽量积分,采样频率分别取为30分钟和2小时,得到的天顶延迟改正的精度好于1cm,后演出可降不汽含量的内部精度约1－2mm,把国内GPS网中具有探空气球观测的4个台站,上海,武汉,箍春和西宁的资料进行比较,发现GPS和探空气球的可降水汽含量之间的平均中误差为3－4mm,考虑到上海地区在台风和气候变化较剧烈的季节因素,选择了1997年8月2日到9日（8天）和8月17日至27日（11天）的两个观测时段,做了国内第一个GPS/storm实验,实验结果表明,地面GPS网有可能获得几乎实时的,连续的和主精度的可降水汽含量值,它的结果很好地与实时降雨量过程相对应,实验证明,利用预报轨道可以获得与精密轨道几乎相同的结果,在空基GPS气象研究中,发现地面GPS网水汽观测具有良好的时间覆盖率的优点,缺乏空间分辨率的缺点,而现在的GPS无线电掩星方法恰恰具有良好的空间分辨率而缺乏时间覆盖率,因此,在地球低轨道（LEO）卫星的轨道设计中,提出了通约LEO卫星的方法,希望通过改进轨道的LEO卫星获得长达200多天的观测序列,而它的地面观测点的漂移可以控制在于小100km,这种方法也可以用来设计对特定地面点上空大气剖面的测定,还在设计和建立GPS无线电掩星反演大气剖面的软件。     

测定天文大气折射和建立折射延迟实测模型的必要性

根据经典天体定位测量受天文大气折射的影响和现代空间大地测量对中性大气折射延迟改正的要求,分析了这些修正没有达到预期精度要求的原因:主要在于不能直接测定天文大气折射;文章针对这些影响量对大气分布模型的依赖性,改正值应随着不同的观测站和不同方位而异的要求,提出了提高这两种改正精度的有效途径:在各观测站不同方位的各天顶距,测定天文大气折射值,分别建立不同方位的大气折射实测模型,并利用实测数据,求解出折射率差和映射函数的参数,建立和采用随着观测站、随着方位而异的折射延迟改正模型。这一新方法的实施,将能在避免采用大气分布模型的情况下,把较低高度角的折射延迟改正精度从现在的米级提高到厘米级,并且把截止高度角压缩到5°以内。文章还论述了在各观测站多方向测定天文大气折射值的可能性。     

大气折射的计算

把普尔科沃大气折射表的第4、第5版进行完全计算机化，用多项式拟合大气折射表，直至天顶距83°为止，公式和表列值完全符合，同时用实际计算进行了精度比较。中丹水平子午环大气折射计算采用了计算机化的算法。大气折射是精密天体定位的重要研究课题之一，它除了影响光学天文定位外，还严重地影响射电天文、激光精密定位及GPS比对精度，随着天文定位精度的提高，大气折射的研究更显出其重要性。     

GNSS对流层延迟映射模型分析

介绍了GNSS定位中常用的三种对流层映射函数NMF、GMF、VMF1和一种新的模型——GPT2,通过测站气压、天顶静力学延迟分量以及投影函数参数三个方面对这几个模型进行了比较。采用不同的模型对全球均匀分布的30个IGS测站2012年全年的GPS观测数据进行精密单点定位,分析了不同模型解算的测站坐标与对流层天顶延迟精度。分析结果表明:以实测气压为基准,VMF1模型气压误差仅为0.4%,GPT2模型相对于GPT模型改善了约25%;以VMF1 HT模型为基准,GPT和GPT2模型天顶静力学延迟中误差约为1 cm,GPT2模型精度略优于GPT模型;以VMF1网站发布的测站VMF1模型为基准,GPT2模型的干、湿映射函数参数ah、aw中误差约为1×10-5和5×10-5;在IGS08框架下,GMF/GPT与VMF1/GPT2模型的PPP坐标解精度比NMF提高了22%;两模型定位精度与ZTD精度都明显高于NMF模型。     

上海GPS综合应用网对2002年长江三角洲地区入梅过程的监测

简要介绍了上海GPS综合应用网(SCGAN)情况，分析了该网从2002年6月投入正常运行后，获取的2002年入梅前后长江三角洲地区高分辨率可降水量(PWV)资料，描述了PWV所反映的长江三角洲地区的入梅过程和特点，以及把GPS／PWV同化到中尺度数值预报模式初始场中的试验。     

在97.8GHz处测量地球大气的不透明度

用研制的全自动辐射计在97．8GHz上测量南京市内大气的不透明度以及这种不透明度随时间的变化．辐射计记录大气在不同天顶高度的辐射温度,由此测出天顶方向的大气不透明度。在56小时的测量时间内,取得了1400多组数据,拟合得到了在观测时段内天顶方向的大气不透明度在0．2至0．7之间,典型值为0．4,表明测试地点的大气条件允许进行3mm波段的射电天文观测．由于在工作频段内大气不透明度的主要来源是对流层水汽的吸收,测量的不透明度可用来直接反映大气内水汽的含量,并实时校准大气吸收．     

Precipitable water vapor (PWV) estimations from the site of the Eastern Anatolia Observatory<Superscript>∗</Superscript> (DAG), a new astronomical observatory in Turkey

We present preliminary statistics on the precipitable water vapor (PWV) content over the Karakaya Hills in Erzurum city, where the largest optical and near-infrared astronomical telescope in Turkey will be operated. Since the observatory will observe in the near-infrared (NIR), it is intended to perform PWV measurements of the atmosphere above the site by using signal delays in Global Positioning System (GPS) communication. The analysis of the GPS data recorded on the summit for almost one year shows that the atmosphere over the site of the observatory, which has an altitude of 3170 m, has favorable conditions for NIR observations. From GPS measurements, we report that the site had an average PWV of 3.2 mm and a median PWV of 2.7 mm between October 6, 2016, and June 15, 2017. We also present the time dependency of the PWV content and the correlations between the amount of PWV and the other meteorological records gathered from radiosonde flights and ground-based measurements.     

Evaluation of the Precision of Three Tropospheric Delay Correction Models

Using the annual GPS observational tropospheric zenith delay data and meteorological data obtained at 36 globally distributed IGS stations in 2003, we have estimated the accuracy and range of application of two often-used models of tropospheric delay correction (the Hopfield and Saastamoinen models), and of a more recent model (the EGNOS model). We point out some defects in the Hopfield model and show that the EGNOS model can be used as the correction model of the tropospheric zenith delay for the GNSS real-time positioning and navigation.     

Effect of ocean tides on the determination of zenith delay

GPS meteorology is a new field in GPS applications, in which precise determination of zenith delay is a key component. A strong correlation exists between the vertical displacement caused by ocean tide and the zenith delay at a given GPS station, so the effect of ocean tide on the precise determination of the zenith delay can not be neglected. We have processed and analyzed the GPS data of the Crustal Motion Observation Network of China from Day 10 to Day 40 of 2001, and the result shows that such effect varies over a range of several millimeters. For example, it is ± 7mm for the coastal station at Shanghai and ±1 mm for the inland station at Wuhan at maximum.     

对称模式下的CHAMP弯曲角掩星数据同化

简单介绍了无线电掩星技术探测行星大气的发展史,列举了该技术中存在的若干问题。从 Eyre提出的统计学的最优估计反演方法,比较了用相位、弯曲角和折射率作为同化因子时出现的问题和各自的优缺点。对弯曲角同化因子,以欧洲中期天气预报中心(ECMWF)资料为背景场,运用一维变分技术,进行CHAMP掩星观测资料变分同化反演,从而获得水汽和温度剖面。将反演获得的气象剖面与非同化的剖面作比较,并且采用相应的探空气球资料作为验证,可以看出变分同化技术比传统的标准反演技术反演误差小。证实掩星数据资料的一维变分同化技术可以改进目前的数值天气预报模式。     

掩星技术一维变分同化算法的改进

从LEO卫星观测到的掩星数据可以反演地球大气的气压、水汽、温度等廓线;它们对气象和大气科学研究是有价值的数据资源.掩星数据资料的同化技术可以有效地改进这些气象参数廓线,从而改进目前的数值天气预报精度.把掩星观测参数廓线用变分同化方法进入气象业务流程的最大困难是它的计算量太大,通过对一维变分同化价值函数进行改进和对迭代流程进行新的设计,避免了反复计算大维数矩阵的缺点,从而提高了变分同化的计算效率.在适用性讨论中,用背景场向量加上1个高斯白噪声作为真实值来检验CHAMP掩星资料变分同化的结果.     

Atmospheric transparency over Mount Shatdzhatmaz in the optical and near-infrared ranges

We present the results of a three-year-long monitoring of atmospheric extinction over Mount Shatdzhatmaz (2112 m) in Northern Caucasus in a photometric band with λ _eff = 480 nm and the results of measurements of precipitable water vapor (PWV), which characterizes the atmospheric transparency in the near infrared. The yearly mean fraction of photometric weather is estimated to be 50% of the clear night time. The yearly median extinction is 0ṃ21; themedian PWV on clear nights is 7.7 mm.     

One-dimensional variational retrieval of refractivity profiles by GPS occultation

In recent years, the technique of Global Positioning System/Low Earth Orbit (GPS/LEO) radio occultation has opened up a new route for exploring the earth atmosphere. With this technique, the vertical profiles of pressure, temperature, water vapor of the earth atmosphere can be retrieved from GPS/LEO occultation data, thus making the latter a potentially valuable data resource for meteorological and atmospheric sciences. The technique may effectively improve the quality of the meteorological profiles, and so improve the current numerical weather forecasting model. In the one-dimensional variational (1DVAR) assimilation retrieval technique in current use, the profiles of atmospheric water vapor and temperature, as well as the sea level pressure are retrieved by assimilating the atmospheric refractivity or bending angle profile from GPS/LEO occultation data. In the system independently developed at Shanghai Observatory, the 1DVAR assimilation of CPS occultation data is accomplished by the Levenberg-Marquardt method with the analytical data from the European Center for Medium Range Weather Forecasting (ECMWF) as the background field, the refractivity profile obtained from CHAMP occultation data as the observational quantity. The result was checked with sounding balloon data near the occultation points.