GPS技术遥感南极大气水汽含量的研究

随着各地GPS基准站网的逐步建立与完善,地基GPS气象学的应用在各地已逐渐普及,但在南极还很少涉及。南极的天气变化直接影响着全球的气候变化,对南极大气水汽含量的研究,可为全球气候研究提供参考。文中根据最佳组网方案解算出南极长城站的对流层天顶总延迟,利用改进的Hopfield模型及局部加权平均温度模型计算的转换系数计算了该站上空绝对可降水分,并与南极实际可降水分进行了对比分析,二者差异很小,说明了利用GPS数据解算南极高精度可降水分的方法是正确的。     

南极长城站与IGS站组网解算的最佳站数探讨

GPS气象学在南极的应用中,南极长城站上空对流层天顶总延迟的解算精度直接影响该站上空的大气水汽含量的估算精度。本文运用麻省理工学院研制的高精度解算软件GAM IT/GLOBK,对引入不同数目的IGS跟踪站与南极长城站的GPS数据分别进行了组网解算,得出了该站上空的天顶总延迟,并解算了该站上空的可降水分,将其与实际降水进行了对比分析,得出了与南极长城站组网解算的最佳IGS跟踪站站数为3个。     

地基GPS大气可降水分全误差分析

介绍了地基GPS求解大气可降水分的原理及其相关的公式，推导出了其精度评定公式，估计了用GPS观测数据反解GPS信号对流层天顶方向延迟的精度，分析了影响其估计精度的主要因素。     

香港实时GPS水汽监测系统的若干关键技术

香港已经建成实时GPS水汽监测系统。主要介绍实时估计可降水分中的几个关键技术问题,如梯度模型、干分量模型的标定、湿分量至可降水分的区域性转换参数计算,以及预报卫星星历中粗差的探测方法等。最后,采用双差网解和非差精密单点定位两种数据处理方法,分别计算可降水份,并进行比较。     

南极DOME-A区域GPS测量精度等级的探讨

以DOME-A区域第24次南极GPS测量为案例,进行了GPS测量精度与起算点分布、观测时间长短、以及数据处理软件关系的实验,统计分析了不同情况下的GPS控制点坐标精度误差,探讨确定了其精度等级和应用范围,最后的结论可供南极测量GPS用户参考.     

局部地区对流层大气垂直干延迟的模型改正

干延迟的精确确定对GPS气象中解算可降水分含量有很重要的作用。根据武汉和探空站Kingspark的探空资料,计算了这两地的实际干延迟量。在这些资料的基础上,用回归分析的方法对这两地的干延迟算式进行了建模和分析,发现该算式的精度优于其他模型。     

4种对流层模型在南极地区的适用性分析

GPS信号传播过程中穿过对流层时受到大气折射的影响,其信号发生弯曲和延迟,因此,对流层延迟是GPS测量的主要误差源之一。对流层延迟模型改正算法的选择关系着GPS探测大气水汽的精度。介绍了Saastamoinen、Hopfield、UNB3及EGNOS等4种国际上常用的对流层延迟模型,以南极戴维斯站(DAV1)为例,计算了4种对流层模型在南极地区的天顶总延迟(ZTD)、天顶干延迟(ZHD)和天顶湿延迟(ZWD),与探空数据进行比较,得到了适合南极地区的对流层延迟模型。     

天线相位中心改正模型对南极GPS基线解算的影响

针对南极地区全球定位系统(GPS)数据解算结果精度较差的问题,该文通过选取合适的解算策略来得到高精度的解算结果。采用GAMIT软件对我国南极地区的长城站、中山站及周边的11个IGS站进行数据处理,对比分析了不使用天线相位中心改正模型以及相对和绝对天线相位中心改正模型对基线解算的影响。结果表明,在南极地区进行高精度GPS数据处理时应考虑天线相位中心的影响,绝对相位中心改正模型比相对相位中心改正模型得到的结果更为精确。     

机载DGPS与飞控系统GPS辅助空中三角测量精度对比分析

在同一架次飞行作业时,分别由机载差分GPS设备与无人机飞行控制系统GPS模块获取两组相机曝光时刻摄站点三维坐标。首先对比分析了两组摄站点坐标精度,然后运用两组摄站点坐标分别进行辅助空中三角测量,并对比分析不同控制点个数情况下两组数据辅助空三加密成果精度。结果表明,机载差分GPS获取的摄站点坐标与无人机飞控系统GPS模块获取的摄站点平面点位平均差值为4.606 m,高程平均差值为6.383 m;摄站点坐标精度对GPS辅助空三加密精度有较大影响,特别是在平面位置精度上;在无控制点和较少控制点参与情况下,差分GPS辅助空三加密成果精度远优于飞控系统GPS辅助空三加密成果;随着控制点的增加,两种GPS辅助空三加密成果精度均显著提高,两种空三加密成果精度迅速逼近。     

南极四种在线GPS定位服务系统的精度比较与分析

针对使用在线GPS定位服务系统处理南极地区GPS数据精度的问题,介绍4种常用在线GPS定位服务系统APPS、CSRS-PPP、gaps以及magicGNSS,分别使用4种在线GPS服务系统对南极地区长期连续(7d)观测数据进行处理,分析其精度与稳定性。将处理结果与相同框架下真值进行比较与分析,发现4种在线GPS服务系统在南极地区解算精度都能达到dm量级,其中APPS与CSRS-PPP两种服务系统在南极地区解算结果的精度与稳定性优于gaps与magicGNSS,可达cm量级。另外,使用4种在线GPS服务系统处理短期(1d以内)观测数据,对得到的解算结果进行分析可以发现3h以上观测时长的数据可以保证稳定的解算精度。     

GPS可降水汽含量在强降雨过程中的特征分析

针对水汽在大气中易于变化,高时空分辨率水汽资料的欠缺,造成强降雨短时临近的预报水平不高的问题,探讨分析了GPS水汽反演的精度。利用香港CORS数据,通过GAMIT软件解算获得各测站1 h大气可降水量时间序列,将其与探空数据获得的液态水含量（PWV）和实际降水量进行比较分析。结果表明,GPS／PWV与Radio／PWV在整体变化趋势上具有很好的一致性,其相关系数大于0.9;GPS／PWV与Radio／PWV精度相当,两者平均偏差小于1 mm,均方根误差小于3 mm;GPS反演的大气可降水量与实际降水量具有较好的对应关系,能够精确地监测到水汽变化的过程,可以用于水汽的监测和预报研究。      

GPS/PWV在台风"玛莉亚"袭闽期间的变化特征研究

可降水量（PWV）表征大气中的水汽含量，本文利用福建省卫星导航定位基准服务系统（FJCORS）的GPS观测资料反演得到可降水量（GPS/PWV），通过与实测的高精度探空PWV资料进行对比发现，其相关系数达到0.98，与探空结果具有较好的一致性；平均偏差在1.10 mm以内，表明GPS/PWV资料具有较高的精度。在此基础上分析2018年第8号台风“玛莉亚”登陆福建前后的GPS/PWV变化特征及其与实际降水量的关系，结果表明，GPS/PWV资料能够很好地反映台风期间水汽的时空动态传输过程，并与降水之间具有良好的对应关系。     

Remote sensing of water vapor content using ground-based GPS data

Spatial and temporal resolution of water vapor content is useful in improving the accuracy of short-term weather prediction. Dense and continuously tracking regional GPS arrays will play an important role in remote sensing atmospheric water vapor content. In this study, a piecewise linear solution method was proposed to estimate the precipitable water vapor (PWV) content from ground-based GPS observations in Hong Kong. To evaluate the solution accuracy of the water vapor content sensed by GPS, the upper air sounding data (radiosonde) that are collected locally was used to calculate the precipitable water vapor during the same period. One-month results of PWV from both ground-based GPS sensing technique and radiosonde method are in agreement within 1–2 mm. This encouraging result will motivate the GPS meteorology application based on the establishment of a dense GPS array in Hong Kong.     

区域GPS网对夏季降雨过程中大气可降水量的探测

利用GPS网的观测资料,通过GAMIT软件求得5个测站对流层天顶总延迟,进而求出各测站对流层湿延迟;利用湿延迟与大气可降水量之间的转换关系得到各测站的大气可降水量。将所得GPS-PWV值与同时段探空资料所得的大气可降水量以及地表实际降水量进行对比分析,结果表明:GPS-PWV值与探空资料所得的PWV值比较相符;在降水前后,GPS-PWV有比较明显的变化,降水一般出现在GPS-PWV值迅速增加的4-6h内;实际降水量峰值与GPS-PWV增量大小也有较强的相关性。     

Remote sensing of water vapor content using ground-based GPS data

Spatial and temporal resolution of water vapor content is useful in improving the accuracy of short-term weather prediction.Dense and continuously tracking regional GPS arrays will play an important role in remote sensing atmospheric water vapor content.In this study,a piecewise linear solution method was proposed to estimate the precipitable water vapor (PWV) content from ground-based GPS observations in Hong Kong.To evaluate the solution accuracy of the water vapor content sensed by GPS,the upper air sounding data (radiosonde) that are collected locally was used to calculate the precipitable water vapor during the same period.One-month results of PWV from both ground-based GPS sensing technique and radiosonde method are in agreement within 1～2 mm.This encouraging result will motivate the GPS meteorology application based on the establishment of a dense GPS array in Hong Kong.     

利用GPS/BDS/GLONASS/Galileo组合PPP反演大气可降水量

为进一步改善精密单点定位（PPP）探测大气可降水量（PWV）的性能，本文提出采用GPS/BDS/GLONASS/Galileo组合PPP进行PWV反演的方法，并利用国内3个MGEX（multi-GNSS experiment）观测站的实测数据，对GPS/BDS/GLONASS/Galileo组合PPP在大气水汽探测方面的性能进行了评估。试验结果表明：相较于GPS PPP、GPS/BDS组合PPP和GPS/GLONASS组合PPP，GPS/BDS/GLONASS/Galileo组合PPP估计天顶对流层延迟（ZTD）的初始化时间分别缩短了33%、26%、20%，且能获得更高精度的ZTD估值和PWV信息，在大气水汽探测方面的性能更优。     

Experiment on driving precipitable water vapor from ground-based GPS network in Chengdu Plain

The estimates of total zenith delay are derived using Bernese GPS Software V4. 2 based on GPS data every 30 s from the first measurement experiment of a ground-based GPS network in Chengdu Plain of Southwest China during the period from July to September 2004. Then the estimates of 0.5 hourly precipitable water vapor (PWV) derived from global positioning system (GPS) are obtained using meteorological data from automatic weather stations (AWS). The comparison of PWV derived from GPS and those from radiosonde observations is given for the Chengdu station, with RMS (root mean square) differences of 3.09m. The consistency of precipitable water vapor derived from GPS to those from radiosonde is good. It is concluded that Bevis’ empirical formula for estimating the weighted atmospheric mean temperature can be applicable in Chengdu area because the relationship of GPS PWV with Bevis’ formula and GPS PWV with radiosonde method shows a high correlation. The result of this GPS measurement experiment is helpful both for accumulating the study of precipitable water vapor derived from GPS in Chengdu areas located at the eastern side of the Tibetan Plateau and for studying spatial-temporal variations of regional atmospheric water vapor through many disciplines cooperatively.     

成都地区地基GPS观测网遥感大气可降水量的初步试验

利用首个成都地区地基GPS观测网2004年7～9月30s间隔的测量数据，通过Bernese GPS SoftwareV4．2解算出30min间隔的天顶总延迟量，结合自动气象站获得的气象资料计算出30min间隔的GPS遥感的大气可降水量。与根据气象探空站探测资料算出的可降水量进行统计对比，确定出本次GPS遥感可降水量试验的精度为3．09mm，两种可降水量时间序列呈现高度的一致性。同时验证了计算对流层加权平均温度的Bevis经验公式在成都地区的适用性。     

Experiment on Driving Precipitable Water Vapor from Ground-Based GPS Network in Chengdu Plain

The estimates of total zenith delay are derived using Bernese GPS Software V4. 2 based on GPS data every 30 s from the first measurement experiment of a ground-based GPS network in Chengdu Plain of Southwest China during the period from July to September 2004. Then the estimates of 0.5 hourly precipitable water vapor (PWV) derived from global positioning system (GPS) are obtained using meteorological data from automatic weather stations (AWS). The comparison of PWV derived from GPS and those from radiosonde observations is given for the Chengdu station, with RMS (root mean square) differences of 3.09m. The consis- tency of precipitable water vapor derived from GPS to those from radiosonde is good. It is concluded that Bevis’ empirical formula for estimating the weighted atmospheric mean temperature can be applicable in Chengdu area because the relationship of GPS PWV with Bevis’ formula and GPS PWV with radiosonde method shows a high correlation. The result of this GPS measurement experiment is helpful both for accumu- lating the study of precipitable water vapor derived from GPS in Chengdu areas located at the eastern side of the Tibetan Plateau and for studying spatial-temporal variations of regional atmospheric water vapor through many disciplines cooperatively.