区域实时对流层网格模型构建及在精密单点定位中的应用

受制于对流层延迟建模方法和建模背景场精度及时空分辨率的影响,目前实时对流层延迟模型的精度和稳定性都有待进一步改善.本文利用甘肃及周围地基共计184个GNSS (Global Navigation Satellite System)站估算的ZTD (Zenith Troposphere Delay),构建了空间分辨率为0.25°×0.25°的甘肃地区实时ZTD网格模型.针对传统的高程归化模型及水平内插模型精度低的问题,本文提出了利用高斯指数函数模型将不同高程的GNSS/ZTD归化到统一的高度,再基于BP神经网络模型从网格顶点周围统一高度后的GNSS/ZTD中内插出网格顶点处的ZTD.为了验证甘肃ZTD网格模型的精度,选取2022年甘肃地区8个未参与建模的陆态网GNSS测站的数据进行了实验.统计结果显示：与事后PPP (Precise Point Positioning)处理GNSS估算的ZTD相比,甘肃ZTD网格模型与真值偏差的RMS优于1.52 cm.此外,将构建的实时ZTD格网模型用于约束PPP处理,对于PPP浮点解施加ZTD约束后U方向精度提升22.9%,U方向收敛时间缩短26.4...     

亚洲地区ECMWF/NCEP资料计算 ZTD的精度分析

对流层延迟是卫星导航定位的主要误差源,气象观测的数值预报资料可用来计算对流层延迟改正量.本文通过分布于亚洲地区的49个GPS台站一年的实测ZTD资料,对利用欧洲中尺度天气预报中心(ECMWF)分析资料、美国国家环境预报中心(NCEP)再分析资料和NCEP预报资料,计算对流层天顶延迟(ZTD)改正的有效性和可能达到的精度进行了评估,分析了ECMWF和NCEP在亚洲地区的适用程度和其分辨率对计算ZTD精度的影响.研究结果表明:(1)相对于 GPS实测ZTD,用ECMWF资料计算ZTD的bias和rms分别为-1.0 cm 和2.7 cm,优于NCEP再分析资料,可用于高精度ZTD研究和应用;NCEP预报数据计算ZTD的bias和rms分别为2.4 cm 和 6.8 cm,足以满足广大GNSS实时导航定位用户对流层延迟改正的需要.(2)bias和rms呈现明显的季节性变化,总体上夏季大,冬季小;在空间分布上随着纬度的变化不明显,但随高度的增加rms总体上有递减趋势.另外还发现,亚洲东部地区夏季日平均bias和rms和南部热带地区冬季的日平均bias和rms变化相对较大.(3)ECMWF2.5°和0.5°的资料进行了对比分析,发现0.5°分辨率资料的rms比2.5°减小1~5 mm.这些结果,为在亚洲地区的空间大地测量、导航定位和INSAR等工作中,应用ECMWF/NCEP的资料进行对流层大气延迟改正的有效性和可能达到的精度提供了重要参考.     

利用北斗/GNSS观测数据分析“21·7”河南极端暴雨过程

2021年7月,受台风“烟花”和“查帕卡”影响,河南省发生罕见的极端暴雨事件,造成了重大人员伤亡和巨额经济损失.极端暴雨的产生过程极为复杂,大气可降水含量(PWV)是产生降雨的主要因素之一.分析暴雨的发生过程与PWV之间的关系,对于暴雨发生的短时临近预报具有重要意义.本文利用河南省220个连续运行的北斗/GNSS站观测数据,采用精密单点定位(PPP)和克里金插值方法,获取了本次极端暴雨发生期间河南省高时空分辨率的PWV空间格网数据;同时结合省内116个气象站降雨量数据,分别从时间和空间上分析了PWV变化与极端降雨之间的关系.结果表明,通过PPP获取的北斗/GNSS站PWV与国际权威的全球气象再分析资料ERA5反演的测站结果互差均方根(RMS)为3.2 mm;进一步通过克里金插值获取的PWV空间格网数据与探空仪实测结果的互差RMS为4.6 mm,与ERA5反演的格网数据互差RMS为4.4 mm,表明本文的PWV数据精度符合气象学研究要求.通过分析北斗/GNSS站与并址气象站的PWV和小时降雨量的时间序列,发现暴雨期间并址站上空的PWV达到高数值水平,并且在极端降雨发生前1~3小时PWV多表现出陡增现象.通过分析PWV与小时降雨量的空间分布关系,发现本次极端暴雨中高数值PWV地区,其降雨强度也普遍较高,与实际受灾情况相符.     

山西井水位短临异常分析

通过对山西地下水动态井冈,在山西地震带几次中强地震前,表现出异常变化情况的分析,获得一批有价值的短临异常资料,这些异常资料对利用地下水预报地震具有参考意义;另一方面说明在有发震背景地区实现短临跟踪是完全有可能的.     

地震学预报方法实用化的建议

地震预报在长、中、短、临四个阶段中起着不同的作用。长期预报无疑对工程建设与城市规划有重要作用;中期预报是划分地震危险警戒区和进一步做短、临预报的根据;而短、临预报则是震区能否避免人口伤亡和减少财产损失的最后与最重要的环节。1966年至1976年中国大陆地震强烈活动期间,在地震现场的实地观测和预报试验     

一种新的高精度全球对流层天顶延迟模型

对流层延迟是影响高精度卫星导航定位的关键因素,也是大气科学研究的重要数据.针对已有全球对流层延迟模型的模型方程未同时顾及高程、纬度和季节变化以及模型构建时仅使用单一格网点数据等问题,本文提出了一种对流层天顶延迟(ZTD)全球模型构建的新方法,即引入滑动窗口算法将全球剖分为大小一致的规则窗口,利用2008—2015年全球大地观测系统(GGOS)大气格网产品构建每个窗口同时顾及高程、纬度和季节因子的全球ZTD新模型(GGZTD模型).联合未参与建模的2016年全球GGOS格网产品和2016年全球316个IGS站精密ZTD产品,检验了GGZTD模型的精度和适用性.结果表明:以GGOS大气格网ZTD产品和IGS站ZTD产品为参考值,GGZTD模型在全球的精度分别为3.58 cm和3.62 cm,相对于UNB3m模型和目前标称精度最优的GPT2w模型计算的ZTD信息,GGZTD模型在全球表现出了最优的精度和稳定性,其精度相对于UNB3m模型具有显著的提升(精度提高了30%以上),相对于GPT2w模型仍具有一定的改善;在ZTD计算时GGZTD模型相对于GPT2w模型显著地减少了模型参数,尤其相对于GPT2w-1(减少了99%).GGZTD模型只需输入位置与时间和依赖相对较少的模型参数则能在全球获得高精度和稳定的ZTD信息,极大地提升了模型的计算效率.     

关于短临地震预报的几点看法

我仅就短临地震预报简谈以下观点。1　短临地震预报存在的问题如果短临预报的科学含义是 :1月际地震趋势预测 ;2月际内地震事件发生的预测 ;3月际地震趋势和地震事件的社会发布。那么 ,我国短临地震预报就存在有不少基本性的科学技术问题。试以事实为例简析之。1 .1　趋势问题图 1是我国国家级分析预报业务系统对2 0 0 0年 1月至 2 0 0 1年 1月期间所作出的短临地震预测趋势标识曲线和实际地震趋势演变曲线。从比较中不难看出 :1差异显著 ,客观趋势的高低走向变化 ,主观预测毫无能力显示 ;2预报者们需要研究科学预报原理 ,避免“猜报”;3预…     

基于垂直剖面函数式的全球对流层天顶延迟模型的建立

对流层延迟是无线电导航定位的主要误差源之一,其值对目标高程的变化敏感.在动态导航定位中,由于目标高程变化随机性强,延迟改正实时性需求高,已有的对流层延迟模型难以满足应用需求.本文利用2005到2006年ERA-Interim再分析气象资料积分方法计算的对流层天顶总延迟(ZTD)、天顶静力学延迟(ZHD)以及天顶非静力学延迟(ZWD)的垂直剖面研究了ZTD随高程变化的最佳拟合形式,并以此为基础建立了全球ZTD改正模型SHAO-H.该模型以大气中水汽的垂直分布规律为依据,将ZTD表示为高程的分段函数,进而再模制每段函数中各参数随时间的变化.精度评估显示:与积分ZTD相比,SHAO-H模型计算的ZTD在不同等压层上的平均bias大部分在±1 mm以内,随着高度的上升,平均RMS由39 mm减小至不足1 mm;与IGS (International GNSS Service)实测ZTD相比,SHAO-H模型的精度(bias为7.02 mm,RMS为38.50 mm)优于UNB3m模型(bias为14.67 mm, RMS为51.95 mm).SHAO-H模型具有精度稳定、计算简便等优点,适宜任意高度的用户使用.     

与地壳活动有关的ULF地磁变化：RIKEN-NASDA项目概要和最新结果

尽管地震短临预报极其重要，并且经过了人们多年的努力，但它仍是目前未能解决的问题。近年来，与地震相关的电磁现象被认为是解决地震短临预报的有效途径之一。现在已经积累了大量的地震电磁前兆信号的震例，这些信号分布在很宽的频带范围(DC-VHF)内，其中ULF地磁变化是最有希望的地磁前兆之一。通过监测ULF地磁变化，有望实现地震短临预报。本文将阐述从ULF电磁信号中提取震磁异常变化的方法。     

地震前兆与短临预报探索

针对地震短临预报面临的科学问题,分析研究了地震前兆(近场前兆、远场前兆和大尺度动态前兆)预报地震的物理基础;总结了地震短临前兆时空演化特征和同步耦合现象。高空技术在地震前兆观测中的应用将有利于短临预报实践与探索。     

Tropical cyclones and floods in Fiji

Abstract

Daily flow records, rainfall data and tropical cyclone maps during 1970–1998 are used to document the impact of tropical cyclones (TCs) on floods in the Rewa River system, Viti Levu, Fiji. Floods are large, brief, isolated events caused by TCs and non-TC tropical rainstorms. More floods are caused by tropical rainstorms than by TCs, but TC floods are larger. The log Pearson Type III distribution consistently provided the best fit to partial duration flood series and the widely-recommended generalized Pareto distribution performed very poorly, underscoring the need to test a variety of distributions for a particular geographic location. Tropical cyclones occur more often in Fiji during negative values of the Southern Oscillation Index (SOI) and all TCs that occurred during El Niño conditions caused floods. Peak flood discharges caused by TCs are inversely correlated with the SOI, reflecting possible links with tropical cyclone frequency and precipitation intensity.     

Signature of atmospheric oscillations in GPS-measured tropospheric delay

Ground-based GPS finds potential applications in many atmospheric studies such as spatial distribution of columnar water vapor as well as the tidal oscillations in the atmosphere. The zenith tropospheric delay (ZTD) derived from GPS data at two Indian IGS stations are used to establish its potential for studying the atmospheric tidal, intra-seasonal and planetary oscillations. The major tidal oscillations observed in ZTD data are diurnal, semi-diurnal and their harmonics. Prominent intra-seasonal oscillations observed in ZTD are reported for the first time in this context. These intra-seasonal oscillations are Madden–Julian Oscillation (30–70 days, 60–90 days, 100–120 days) and planetary waves (like 27, 16 and 5–10 days periodicities). Quantification of these periodicities will provide a useful handle to improve the empirical models employed in the estimation of tropospheric delay.     

上海GPS综合应用网对可降水汽量的实时监测及其改进数值预报初始场的试验

析了2002年夏季上海GPS综合应用网（简称SGCAN）的观测数据,实时处理中直接利用IGS（International GPS Service）超快速产品IGU（the Ultrarapid orbit of IGS）轨道,在长基线辅助下考虑海潮的影响,得到了可靠的可降水汽量（简称PWV）序列,监测结果与加密的Radiosonde观测比较,偏差为2mm左右. 与MM5预报可降水量的比较说明GPS监测结果可以作为检验数值预报质量的工具之一. 2002年夏季SGCAN监测的PWV时空变化过程反映了长江三角洲地区从西南到东北的详细入梅雨过程和特点,以及整个梅雨季节雨带在江淮地区来回摆动的情况. 一小时雨量与GPS/PWV锋值的对应关系统计表明GPS/PWV对雷暴雨具有一定的短期预报特性. 利用Cressman分析方法把GPS/PWV插值到中尺度数值预报模式初始场的各个格点上,改进了数值预报初始湿度场的精度,提高了中尺度数值预报的准确性,反映了GPS/PWV促进雷暴雨数值预报能力的潜力.     

热带气旋风场模型构造及特征参数估算

探讨了利用气旋风场分布的经验模型估算热带气旋尺度(8级大风圈半径)的方法.用美国联合台风警报中心整编的2001年西北太平洋热带气旋的“最佳尺度”资料,确定了各模型的经验常数,并计算了各模型的估算精度.结果表明,“VBogus”模型能获得热带气旋(Tropical Cyclone,简称TC)尺度的较好估算.基于“VBogus”模型,通过拟合热带气旋尺度的非对称分布,构造了能描述热带气旋非对称风场的"修正VBogus"模型,并估算了该模型中各参数在不同季节和不同地理区域的取值,为热带气旋尺度变化和非对称结构机制等问题的研究和应用提供新依据.     

Investigation of the 16-year and 18-year ZTD Time Series Derived from GPS Data Processing

The GPS system can play an important role in activities related to the monitoring of climate. Long time series, coherent strategy, and very high quality of tropospheric parameter Zenith Tropospheric Delay (ZTD) estimated on the basis of GPS data analysis allows to investigate its usefulness for climate research as a direct GPS product. This paper presents results of analysis of 16-year time series derived from EUREF Permanent Network (EPN) reprocessing performed by the Military University of Technology. For 58 stations Lomb-Scargle periodograms were performed in order to obtain information about the oscillations in ZTD time series. Seasonal components and linear trend were estimated using Least Square Estimation (LSE) and Mann—Kendall trend test was used to confirm the presence of a linear trend designated by LSE method. In order to verify the impact of the length of time series on trend value, comparison between 16 and 18 years were performed.     

Estimation of tropical cyclone parameters and wind fields from SAR images

The traditional method of Synthetic Aperture Radar(SAR)wind field retrieval is based on an empirical relation between the near surface winds and the normalized radar backscatter cross section to estimate wind speeds,where this relation is called the geophysical model function(GMF).However,the accuracy rapidly decreases due to the impact of rainfall on the measurement of SAR and the saturation of backscattered intensity under the condition of tropical cyclone.Because of no available instrument synchronously monitoring rain rate on the satellite platform of SAR,we have to derive the precipitation of the SAR observation time from non-simultaneous passive microwave observations of rain in combination with geostationary IR images,and then use the model of rain correction to remove the impact of rain on SAR wind field measurements.For the saturation of radar backscatter cross section in high wind speed conditions,we develop an approach to estimate tropical cyclone parameters and wind fields based on the improved Holland model and the SAR image features of tropical cyclone.To retrieve the low-to-moderate wind speed,the wind direction of tropical cyclone is estimated from the SAR image using wavelet analysis.And then the maximum wind speed and the central pressure of tropical cyclone are calculated by a least square minimization of the difference between the improved Holland model and the low-to-moderate wind speed retrieved from SAR.In addition,wind fields are estimated from the improved Holland model using the above-mentioned parameters of tropical cyclone as input.To evaluate the accuracy of our approach,the SAR images of typhoon Aere,typhoon Khanun,and hurricane Ophelia are used to estimate tropical cyclone parameters and wind fields,which are compared with the best track data and reanalyzed wind fields of the Joint Typhoon Warning Center(JTWC)and the Hurricane Research Division(HRD).The results indicate that the tropical cyclone center,maximum wind speed,and central pressure are generally consistent with the best track data,and wind fields agree well with reanalyzed data from HRD.     

琼中地震台PET重力仪和CTS-1EF地震计记录的热带气旋信号特征分析

收集了琼中地震台PET重力仪和CTS-1EF地震计在“威马逊”“海鸥”“莎莉嘉”等3个热带气旋影响期间的观测数据,通过计算获得速度和加速度。比较了热带气旋接近和远离琼中地震台时,重力仪、地震计记录的波形特征,并通过频谱、时频对比,分析重力仪和地震计数据受热带气旋影响的程度。结果表明,在热带气旋影响期间,2台仪器记录数据的速度与加速度具有较好的一致性,均有明显扰动,波形形态基本一致。但PET重力仪的最大扰动幅度均小于CTS-1EF地震计,热带气旋的信号主频段为0.15—0.25 Hz。     

Large-scale climate teleconnections with South Korean streamflow variability

ABSTRACT

Leading patterns of observed seasonal extreme and mean streamflow on the Korean peninsula were estimated using an empirical orthogonal teleconnection (EOT) technique. In addition, statistical correlations on a seasonal basis were calculated using correlation and regression analyses between the leading streamflow patterns and various climate indices based on atmospheric–ocean circulation. The spatio-temporal patterns of the leading EOT modes for extreme and mean streamflow indicate an upstream mode for the Han River, with increasing trends in summer, and a downstream mode for the Nakdong River, with oscillations mainly on inter-decadal time scales in winter. The tropical ENSO (El Niño Southern Oscillation) forcing for both extreme and mean streamflow is coherently associated with summer to winter streamflow patterns. The western North Pacific monsoon has a negative correlation with winter streamflow variability, and tropical cyclone indices also exhibit significant positive correlation with autumn streamflow. Leading patterns of autumn and winter streamflow time series show predictability up to two seasons in advance from the Pacific sea-surface temperatures.     

利用GPS计算TEC的方法及其对电离层扰动的观测

在总结用ＧＰＳ研究电离层电子总量ＴＥＣ的数据处理方法基础上,分析了利用伪距观测量和载波相位观测量计算电离层ＴＥＣ的特点及误差来源．在处理过程中考虑了卫星的硬件延迟偏差,分析了应用ＩＲＩ模型进行接收机硬件延迟偏差修正的可能性,发现利用少量ＧＰＳ数据和ＩＲＩ模型修正接收机硬件延迟偏差有一定的困难．最后,利用一些ＧＰＳ观测数据有针对性地研究了电离层对若干次扰动事件的响应．包括一次大的太阳耀斑期间的电离层ＴＥＣ变化、一次较典型的电离层行扰以及日食期间的电离层ＴＥＣ的相对变化等电离层物理问题．结果表明,利用该方法计算ＴＥＣ的精度可满足电离层扰动现象的研究．