准实时地基GPS可降水量的解算方案与可靠性研究

对准实时地基GPS可降水量的解算方案与可靠性的探讨,围绕三个方面展开:准实时GPS对流层延迟解算的最佳方案的确定;GPS可降水量与无线电探空资料的比较;GPS可降水量与水汽辐射计数据的比较。为了实时应用于气象领域,准实时对流层延迟的最佳方案为快速预报星历松弛解。在快速预报星历松弛解GPS可降水量与无线电探空数据的比较中,两者的相关性为0.88,绝对值均值为5.4 mm。GPS可降水量与水汽辐射计资料比较得到两者差值的均方根为1.68 mm。最后得到了最佳的准实时地基GPS可降水量的解算方案和在气象领域可降水量的反演的可行性的结论。     

轨道误差对近实时GPS遥感水汽的影响研究

利用GPS技术近实时探测水汽对于气象预报、气候研究具有重要的应用价值，而近实时探测需要使用GPS卫星的预报星历，预报星历的误差会直接影响到实时水汽探测的精度。利用从IGS资料处理中心下载的精密预报星历和最终星历，对2000年北京GPS水汽试验中的资料进行了解算，并结合探空资料计算的水汽进行了分析。结果表明：以探空为标准，使用精密预报星历计算的水汽总量均方根误差为0．31cm，最终星历为0．30cm，二者差别不大，为0．01cm，证明使用精密预报星历可以满足近实时探测水汽的要求。     

GPS水汽反演资料在济南地区的应用

利用济南区域GPS基准站网,建立了济南实时GPS水汽反演系统。GPS观测数据存放存储目录格式与参考站相一致,有利于观测数据的实时获得;采用IGS超快速星历,保证解算的实时性。并对2008年6、7两个月的GPS反演结果和探空解算结果、实际降水量进行了对比分析。结果表明:GPS探测和探空探测所得的可降水量在时间变化上具有良好的相关性,相关系数可达0.88;济南实时GPS水汽反演系统是可用的;降水出现前GPS可降水量有一个持续上升阶段,明显的降水时段对应GPS可降水量高值区,强降水前GPS可降水量达到峰值,GPS可降水量的急剧下降预示降水明显减弱或结束。     

滑动时间窗技术在地基GPS数据实时解算中的应用

滑动时间窗技术使用移动的时间窗定义参与解算的GPS(全球卫星定位系统)数据的起止时间,使得最新的观测数据得以加入实时的数据解算,获得最接近实况的观测结果。使用固定宽度的时间窗,可在保证模糊度解算精度的同时,占用最少的计算机资源。以2008年中国境内6个IGS(国际全球卫星定位服务局)测站全年数据为例,采用滑动时间窗技术,用不同的时间窗宽度计算各测站的逐时对流层参数,以CODE网站上公布的上述测站的逐日天顶总延迟(Zenith Total Delay,ZTD)作为标准值,分别统计其标准差,分析不同宽度的时间窗对ZTD解算精度的影响。结果表明,业务化的"地基GPS实时水汽反演系统"应用滑动时间窗技术,将时间窗宽度设定在8h左右,可以在获得高精度对流层参数的同时,满足业务的实时性需要。     

基于GAMIT系统的GPS/MET数据反演及其在闽南地区获取PWV的应用

基于福建省闽南地区6个GPS/MET站点的观测资料,利用从IGS下载的精密星历数据,通过GAMIT软件计算出对流层湿延迟(Zenith Wet Delay,ZWD);利用厦门2016年的实际气象资料统计拟合出加权平均温度模型,得到加权平均温度,从而反演出大气可降水量(PWV),并与由探空资料反演的PWV相比较,由GAMIT软件系统反演出大气可降水量结果能够达到实际业务需求的精度。     

云南地基GPS水汽解算方案及精度检验

在分析GAMIT水汽解算方案特点的基础上,利用云南6站地基GPS水汽探测资料,进行了不同解算方案计算结果的分析,并与GPS探空资料的PWV值进行比较,结果显示:不同解算方案对云南地基GPS水汽反演结果有显著的影响;在进行本地化后,GAMIT软件包对云南GPS水汽反演的精度有显著提高;不同季节的云南地基GPS反演水汽值与高精度探空水汽值的数值和变化趋势极为一致,二者的均方根差小于2 mm,说明该解算方案的地基GPS水汽反演结果可用.     

获取GPS斜路径方向水汽含量算法

获取高精度的GPS信号斜路径方向的水汽含量（SWV）数据,是获得测站周围水汽三维空间分布信息（水汽层析）的基础。目前计算SWV的方法有多种,但都不同程度地存在解算实时性差、解算精度不高、转换方程复杂不利于系统维护等缺点。本文计算SWV方法综合Bernese 5.0软件的双差处理流程和非差处理流程,分别获得相关站点的湿延迟梯度值和非差残差值,能近实时、高精度地反演SWV。使用该方法重新处理2007年微波辐射计和GPS对比观测试验数据,均方根误差小于4 mm。证明应用该方法,地基GPS可较精确地反演三维水汽信息。     

地基GPS遥感大气水汽含量及在气象上的应用

简单介绍了地基GPS遥感大气水汽含量的原理以及GPS反演水汽信息的种类,比较了两种GPS数据解算水汽策略,分析了在解算过程中影响GPS水汽精度的因子。最后简述了GPS水汽在气象上应用的进展,并提出了以后需努力的方向。     

利用GAMIT对江西省GPS可降水量的反演应用

GAMIT是由麻省理工学院(MIT)和斯克里普斯海洋学院(SIO)开发的拥有高精度的GPS专业处理软件。针对GAMIT软件在Linux操作系统上的安装、GPS观测站的参数表文件和配置文件的编辑、天顶对流层总延迟的解算,以及可降水量的反演的方法和流程进行了探讨,总结了GAMIT软件的一些使用经验和注意事项。同时,利用南昌站每日2次的探空资料所计算的大气可降水量对同时刻运用GAMIT反演的南昌站GPS大气可降水量进行了对比分析,发现运用GAMIT反演的GPS大气可降水量具有较高的精度。     

基于GNSS的空间环境参数反演平台及精度评估

基于全球和区域全球导航卫星系统（GNSS）参考站网进行对流层和电离层参数反演实现空间环境变化监测具有成本低、精度高、实时性好等优点,得到了广泛应用.本文基于南京信息工程大学的北斗/GNSS空间环境监测平台Xsensing,以国际GNSS服务组织提供的对流层产品为参考,评估了不同气象条件下对流层参数反演精度,在此基础上采用固定非差模糊度的精密单点定位技术（PPP）实现高精度电离层参数反演.实验结果表明,基于全球参考站的对流层估计误差偏差为0.05 mm,对应的标准差为5.6 mm,在平稳和剧烈的气象条件下均能反映水汽变化趋势特征.基于短基线进行电离层延迟反演精度评估,结果表明浮点解PPP反演电离层延迟误差的平均偏差为-0.09 TECU,精度为0.38 TECU,采用非差模糊度固定技术对电离层延迟提取精度提高达84.2％;静态模拟动态解算模式下电离层估计精度与静态相当.上述结果表明该平台可实现高精度空间环境参数反演,下一步将融合机载、船载等多种平台观测实现中小尺度空间变化监测.     

GPS水汽监测中卫星轨道处理分析

轨道误差是GPS水汽监测的重要误差来源,对轨道误差对水汽监测的影响进行分析,并研究Neville算法在预报精密星历轨道插值上的可行性,实现近实时水汽监测的轨道插值处理,为水汽监测奠定基础.     

基于PPP和双差网解法的GNSS水汽反演效果分析

基于2021年5—7月GPS卫星资料,采用精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)和双差网解两种算法进行了大气可降水量（Precipitable Water Vapor,PWV）反演,利用同址探空水汽资料,对比分析了PPP算法与双差网解法计算的PWV反演精度。结果表明,PPP算法和双差网解法反演出的PWV随时间变化的趋势基本一致。两种算法反演出的PWV结果合理,与探空PWV相比,采用PPP和双差网解两种算法反演的PWV相对偏差均小于2.4 mm、绝对偏差在4 mm以下,均方差约4 mm,与探空PWV相关系数均在0.87以上,均能较好地反映大气中水汽含量的变化情况,两种算法均具备较强的水汽反演能力,双差网解法反演的PWV在相关性、精度上略优于PPP算法。PPP算法可实现单站水汽高时间分辨率反演,对于获取台站高时效、高精度的大气水汽探测产品具备优势。     

GPS遥感区域大气水汽总量研究回顾与展望

20世纪90年代以来，GPS气象学迅速发展成为一个前沿性、多学科交叉的研究领域，利用GPS技术探测大气水汽含量的研究取得了很大进展，有望在未来大气探测、天气预报和气候变化的研究和业务工作中发挥重要作用。文章论述了利用GPS遥感大气水汽总量的气象学意义，比较了该技术相对于其它探测方法的特点和优势，简介了GPS遥感大气水汽总量的类型以及地基GPS气象学的基本原理，对国内外近10年来在应用地基GPS技术遥感大气水汽总量方面取得的主要成果、应用现状及未来发展趋势做了综合性评述。最后，分析了该技术目前存在的主要问题。     

利用地基北斗站反演大气水汽总量的精度检验

采用上海市气象局建立的北斗气象站的2014年观测数据和我国自主研发的精密导航数据处理软件PANDA (position and navigation data analysist) 实现了基于北斗数据的大气水汽总量 (precipitable water vapor,PWV) 反演,并将利用北斗卫星信号解算的大气水汽总量 (W_BD) 结果与目前较为成熟的GPS卫星反演结果 (W_GPS) 和无线电探空反演结果 (W_Radio) 进行对比,研究表明:反演的W_BD与W_GPS的均方根误差均低于3.5 mm,反演的W_BD与W_Radio的均方根误差为3.6 mm,两种对比方式的相关系数均在0.95以上,反演方法以及地理位置的差异对于反演结果有一定影响;反演的W_BD能够很好地反映出大气中水汽的变化特征,对于气象短时临近预报、气候分析有指示作用。     

北斗和GPS反演大气可降水量的对比分析

北斗地基增强系统是我国北斗卫星导航系统重要的地面基础设施,它可以获取高精度、高时间分辨率的水汽产品,满足数值预报、空间天气监测和预警业务的需求。本文利用2017年北斗地基增强系统中北斗单模、GPS单模和GPS+BD双模的数据资料,对同址的北斗气象站、GPS气象站和探空站反演大气可降水量进行对比分析,结果表明:(1)现行北斗地基增强系统所提供的数据,可以有效地用来反演大气柱总水汽含量,所得结果合理,平均偏差都小于1 mm,在变化上与GPS系统和探空系统基本一致,对数值预报有一定的指示作用;(2)与GPS系统相比,GPS单模/PWV和GPS+BD双模/PWV的均方差小于2 mm,相关系数均在0. 97以上,表明两者在反演PWV的精度上与GPS系统相当,而北斗单模/PWV的均方差为3～6 mm,相对方差达到了15%～20%,其精度与GPS系统还有一定的差距;(3)与探空相比,北斗单模在个别时次变化趋势上存在不一致的情况,其均方差为2. 14～6. 12 mm,相对方差为15. 32%～20. 84%,其误差可能是由于探测系统误差等因素造成的,而GPS+BD双模和GPS单模会更加稳定。     

济南地区大气可降水量三种观测反演资料的对比分析

大气可降水量在研究大气辐射和吸收,以及全球的热量输送,尤其是暴雨的预报预测等方面都发挥着重要作用。应用2015年章丘站GPS/MET、微波辐射计和L波段探空3种设备反演的大气可降水量数据,比较了三者之间的偏差特征。结果表明：GPS/MET、微波辐射计和L波段探空3种设备反演的大气可降水量变化趋势一致,但也存在明显的系统偏差,量值从大到小分别是GPS/MET、微波辐射计、L波段探空。三者之间的偏差在春夏秋冬四季的差值都较为稳定;GPS/MET比微波辐射计偏大4.5 mm左右,不会因为季节的改变而明显地增大或减小。但标准差最大是夏季,其次是秋季,冬季最小。由于12：00 UTC水汽含量大于00：00 UTC,造成3种探测手段反演的大气可降水量在12：00 UTC的标准差几乎总是大于00：00 UTC,而相对偏差小于等于00：00 UTC。     

应用GPS可降水量分析河北省一次回流降雪天气

利用地基GPS反演的可降水量资料、地面加密自动站和常规天气资料,对2011年2月发生在河北省的一次回流降雪天气过程进行了分析.结果表明:①降雪过程前期,GPS可降水量由西南向东北逐渐增大,后期自北向南减小,与西南暖湿气流的输送和地面冷高压的南压对应.②第1阶段降雪的主要影响系统为高空槽,GPS可降水量不断增加,对应的实际降水也是先增后减;第2阶段的降雪主要表现为回流降雪,降雪前期GPS可降水量迅速增长,实际降水出现在GPS可降水量峰值及下降阶段.随着地面冷高压逐渐南压,GPS可降水量逐渐下降,实际降水也逐渐减弱至停止.③在探空层结曲线上,高湿层位于地面附近和700 hPa附近,而二者之间的近地层存在着低湿层.     

一次西太平洋副热带高压进退过程中暴雨的GPS可降水量特征

利用2010年8月石家庄地基GPS反演的可降水量资料、地面加密自动站和常规天气资料,对一次由副热带高压进退引起的强降水天气过程中的GPS可降水量和假相当位温的演变趋势进行了分析。结果表明：1）降水通常出现在GPS可降水量高于基值时,尤其是在GPS可降水量达到极大值前后,极大值阶段对应强降水;GPS可降水量上升后期若有高空槽扰动,则出现对流性强降水;GPS可降水量下降初期仍将维持弱降水。2）非对流稳定性降水的GPS可降水量呈波状变化,变化幅度相对较小,呈多峰型,强降水与GPS可降水量的大值阶段对应;对流性降水过程中,GPS可降水量升降剧烈,GPS可降水量和降水强度的峰值刚好对应。3）降水多发生在GPS可降水量偏离系数为正时,强降水一般出现在偏离系数超过1时。当GPS可降水量剧烈增长,降水性质为对流性雷雨或阵雨时,对应的偏离系数可比稳定性降水的略小。4）前期高能量的积累是降水发生的必要条件,副高降水出现在假相当位温的快速下降阶段或谷值区。假相当位温峰值越高、升降幅度越大、高值持续时间越长,相应的降水就越强。