中国地基GPS气象应用站网建设展望

地基GPS探测大气具有探测精度高、时间分辨率高、不需要标定、设备可综合利用等诸多优点，随着中国GPS地面基准站网的建设，在将来的基准站网的气象应用方面，可分为两个层次：覆盖全国的、站间距离约100km的国家级GPS大气探测网，主要监测天气尺度的水汽分布和变化，以及电离层电子密度分布；在一些经济发达的地区，建立站间距约10-40km的中尺度GPS大气探测网，主要任务是监测中尺度水汽场及变化，并利用层析技术获取中尺度水汽廓线。在将来的站网建设时，将主要把国家、地方各部门的基准站网和气象部门的站网相结合，来满足气象部门的业务需要。气象部门的建设，将依赖于中国气象局的业务技术体制，特别是通讯和业务运行体制，面向应用，以期利用该项技术提高气象预报的精度和时效，进行空间天气的监测和气候的监测预测。     

基于IGS超级跟踪站近实时解算浙江地基GPS大气可降水量

浙江CORS综合应用网正在不断建设中,并已开始服务于气象部门。为给地基GPS(Global Positioning System)气象研究人员提供一个真实的研究环境,在IGS超级跟踪站(全球GPS服务超级跟站,International GPS Service)网络的基础上搭建了浙江地基近实时GPS气象系统,并根据实测数据验证了该系统的有效性。结合浙江省的GPS观测网数据,对浙江地基GPS大气可降水量作了初步研究。该平台可用于研究GPS遥感水汽、层析水汽三维分布、数值天气预报等。     

GPS探测气象参数的技术进展

回顾了全球定位系统(GPS)探测气象参数(GPS/MET)的技术进展.全球定位系统探测气象参数利用GPS信号穿过大气受到大气折射而产生的延迟来探测大气中的温度、气压、水汽含量或湿度及电离层的电子浓度.就地基GPS/MET来看,GPS对中性大气层水汽的探测研究,主要集中在大气可降水量反演、水汽层析及GPS资料在数值预报模式中的应用等领域; GPS对电离层探测,主要应用于电离层变化的分析和研究,监测和预报电离层的危害方面.天基GPS/MET技术利用了导航卫星GPS星座和LEO小卫星在地球地平线边缘的上下相对运动,获取大气参数的垂直分布.GPS气象小卫星在太空飞行,探测范围大、频率高.两颗天基低轨GPS气象小卫星系统的高空资料收集能力就超过了现行全球高空气象探测能力的总和.天基GPS/MET掩星探测技术的业务实现将是全球高空大气探测技术发展的一次飞跃.GPS/MET的探测精度高、全天候、时间分辩率高、观测稳定、无需校正.可以预期, 这种新型的探测手段将是未来大气探测系统中重要的组成部分,随着GPS探测站网的建设和业务化,它所提供的数据源,将会对气象、环境、水文和空间天气等学科领域的研究产生深刻的影响.     

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。     

江西省GPS/MET水汽监测系统设计

GPS/MET水汽监测是20世纪90年代后兴起的一种大气水汽含量遥感方法。在介绍了GPS测量水汽的原理的基础上,对江西省GPS/MET水汽监测站网布局的原则及其结构功能进行了探讨。探测系统主要包括GPS基准站子系统、数据通信子系统、控制中心子系统、数据中心子系统。     

GPS测量水汽简介及建站要求

通过介绍GPS测量水汽的原理对其反演大气参数的应用进行探讨，结合本站观测环境实际情况，讨论建设GPS基准站的有关问题，为台站建设GPS站，测量水汽提供参考。     

GPS测量水汽简介及建站要求

通过介绍GPS测量水汽的原理对其反演大气参数的应用进行探讨,结合本站观测环境实际情况,讨论建设GPS基准站的有关问题,为台站建设GPS站,测量水汽提供参考。     

山东省地基GPS监测网常见故障维修技巧

介绍了目前山东省已建地基GPS监测网的构成,地基GPS探测水汽的原理。重点阐述了GPS水汽监测设备的常见故障及维修技巧,对台站GPS监测网的正常运行起到关键性的指导作用。     

三种大气可降水量推算方法结果的比较分析

以湖北省为例,分别用气象探空资料累加计算、地面气象资料推算(又有两种)、地基GPS探测资料反演等三种方法计算出该省空中水汽资源含量,并以探空法计算的水汽资源含量为基准来评估其他两种方法计算结果的偏差情况.结果表明:(1)与探空法计算结果相比,地面法计算结果偏小,恩施、宜昌、武汉等3站年平均空中水汽资源含量分别只偏小4.7%、2.9%、5.4%,且两种推算方法计算的月空中水汽资源含量变化趋势一致;(2)宜昌站GPS法比探空法计算结果偏大5.6%,同期地面法比探空法偏小3.5%;(3)对于有降水日的有效空中水汽资源,地面法、GPS法推算的整层水汽含量与探空法计算结果分别相差-1.4%和8.4%.可见地面法和GPS法推算空中水汽资源精度均比较高,可满足空中水汽资源推算要求,且站点多,从而可有效弥补探空站少的不足.总体上GPS法推算空中水汽资源精度略低于地面法,还可在今后应用中进一步订正优化.     

基于精密单点定位的GPS水汽解算及应用

为了检验精密单点定位技术(Precise Point Positioning,简称PPP)能否满足气象部门对GPS水汽解算精度的需求,采用PPP模式获取GPS水汽解算中的参数,并与双差网解法得到的结果对比,证明了两种方法的等价性。同时将PPP模式的解算结果应用于西安地区一次降水过程的分析中,结果表明,基于PPP模式的地基GPS水汽探测方式可有效弥补常规探测手段的不足。     

地基导航卫星遥感水汽数据管理系统的设计与实现

中国大陆构造环境监测网络("陆态网络")项目建成了覆盖全国的由260个站组成的GPS综合应用网,中国气象局利用"陆态网络"的资料进行全国地基实时水汽总量的监测。针对"陆态网络"的GPS数据管理问题,基于B/S架构、开源WebGIS进行系统构建和网页发布,并采用Flex、JSP和Applet等技术搭建了地基导航卫星遥感水汽数据管理系统,实现了GPS站数据传输的实时监控、台站信息的统一管理等功能,用以满足当前对地基GPS站的监控和保障。     

湖北地基GPS大气可降水量变化特征分析及应用

利用探空资料、地基GPS/MET水汽监测资料,对恩施、宜昌、武汉三站地基GPS反演大气可降水量(GPS Precipitable Water Vapor,GPS/PWV)与探空进行了对比,表明GPS/PWV与探空RS/PWV具有良好的一致性。湖北省17站3 a GPS/PWV资料分析表明,GPS/PWV具有明显的月变化及日变化特征,分布具有从南往北逐渐递减,从西至东逐渐增加的特点。强降水个例分析表明GPS/PWV峰值略早于降水以及雷达回波峰值出现时间,高时空分辨率的GPS/PWV配合雷达对天气形势的分析以及降水的判断有一定的指导作用。     

两种垂直分层方法对GPS水汽层析结果的影响

利用北京房山地区9个全球定位系统测站组成的实验站网,研究GPS水汽层析网格的划分方法,采取垂直均匀和垂直非均匀两种分层方法,分析GPS层析网格垂直分层对水汽层析结果的影响。结果表明：均匀和非均匀垂直分层方法得到的GPS水汽层析结果是可靠的,均可以与探空水汽结果进行比较。但垂直非均匀分层更符合大气水汽的实际分布特征,层析解算精度更高,尤其对测站高度差较小的GPS站网,尽量选择垂直非均匀分层方法。垂直均匀和垂直非均匀分层方法均可以为北京地区GPS层析网格垂直划分提供参考。     

基于观测约束的地基犌犘犁三维水汽层析技术研究

全球定位系统(GPS)卫星信号穿过大气层时发生的偏折和延迟,可以用来反演信号传播路径上的大气水汽总量。为获取区域高精度的大气水汽三维分布,借助分布密集的地基GPS观测网及其斜路径水汽观测,建立新的观测约束层析模型,提出以高斯函数为水平约束,区域逐月多年探空观测为垂直约束,即以平均量为先验值,以标准偏差为权重矩阵的新方法;并在层析算法中引入地面观测,以提高整体尤其是低层反演精度。三维水汽层析网格模型基于长江中游鄂东区域的22站地基GPS加密网搭建,实时解算系统可逐时输出三维水汽产品。三维湿折射度和水汽密度可以分别由斜路径的湿延迟总量和水汽总量观测反演获得。以2010年开展的汛期联合加密探空观测为参照,对三维层析的总体反演精度、低层反演精度、层析区域中心与边缘反演精度进行了对比和分析。结果显示:整体样本检验三维水汽密度平均偏差为-0.63 g/m~3,标准偏差为1.22 g/m~3,与探空相关系数为0.98;水汽密度与探空资料的相关比湿折射度与探空资料的相关好;对于不同层析区域,中心区域观测元数量较为丰富,使得位于中心的层析精度好于整体和边缘;加入低层观测的层析结果与探空的相关比未加低层观测时的好,低层观测的加入提高了层析与探空的相关,减小了低层层析标准差、区域中心和2 km以上层析的均差,有效提高了反演精度;低层观测的加入对整体标准差的影响,可能与加剧观测方程中长度矩阵元素间的量级差异有关。     

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.     

华西秋雨天气过程中GPS遥感水汽总量演变特征

利用成都地区地基GPS观测网2007年9-11月的观测数据, 结合自动气象站资料计算出30 min间隔GPS遥感的大气水汽总量(GPS-PWV)。将成都地区秋季降雨分为阵性降雨和连续性降雨(秋绵雨), 结合其他气象要素资料, 分析了GPS-PWV变化与成都秋雨之间的关系。结果表明:高值的水汽总量是产生降水的必要条件; 不同的降水过程, GPS-PWV的变化幅度、极值水平和持续时间存在明显差异。水汽的增长、上升运动的增强和温度的减少是造成阵性降水的主要原因; 而秋绵雨过程中, 水汽的增长和地面露点温度差与降水过程有较好的对应关系。     

利用BERNESE 5.0解算地基GPS天顶湿延迟

地基GPS技术已被公认为观测大气水汽的最具潜力手段,而天顶湿延迟（ZWD）是地基GPS解算高精度水汽的关键量。瑞士伯尔尼大学天文研究所开发的BERNESE软件在解算天顶湿延迟方面独树一帜。以香港地基GPS连续运行参考站数据为解算实例,详细介绍了BERNESE软件解算ZWD的基本步骤和相关设置,并对有气象观测文件、数据跨天、跨周和定点解算ZWD情况的特殊设置进行了研究,结果表明BERNESE软件完全胜任ZWD解算工作。