利用ECMWF和GPS估计大气可降水量

河南连续运行参考系统(Continuously Operating Reference Stations,CORS)有63个测站,但仅有6个测站安装有气象传感器,而且数据极其不完整,而气象数据对于(Global Positioning System,GPS)反演水汽十分重要.针对这一问题,研究了利用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)的再分析资料插值河南测站的气象参数和大气可降水量(Precipitable Water Vapor,PWV).研究结果表明:插值的气压平均偏差和均方根误差在1 hpa以内,气温平均偏差和均方根误差在5 K左右;针对气温插值结果偏差稍大的问题,对插值温度进行改正,能提高50％左右的精度;将实测气象参数的GPS/PWV和无线电探空的Radio/PWV作为真值,证明了利用插值的气象参数估计河南地区GPS/PWV的精度完全满足需求,进一步提高河南CORS系统在气象方面的应用价值.     

利用GPAS解算不同气象模型反演大气降水精度检验

针对GNSS气象学中大气可降水量在局域不同气象模型的差异,该文选取香港12个CORS站2017—2018年两年的观测数据,借助中国测绘科学研究院自主研发的高精度GNSS数据处理软件(GPAS),分别采用实测气象数据、GPT模型以及标准海平面气象模型进行大气可降水量(PWV)反演,探究各个模型精度。以探空数据为参考,对3种方案解算的GPS/PWV进行年、季度、月综合对比和精度分析。结果表明:香港地区PWV值呈现出夏季大、冬季小的特征;3种方案的GPS/PWV与RAD/PWV具有很好的相关性,相关系数均超过0.97;其中利用实测气象数据精度最高,标准海平面模型精度最低,尤其当天气状况比较复杂时候(PWV60 mm)精度相差较大;GPT模型和实测数据的平均偏差都小于1 mm,均方差均小于1.9 mm,在缺少地面气象数据的时间段或没有地面气象数据的测站上,利用GPT模型数据能够取得较为理想的PWV反演结果。     

地基GPS气象学技术在南极地区的应用研究

利用地基GPS气象学技术,对南极地区的气象进行研究,比较了GPS/PWV和用探空方式得到的Radio/PWV,画出了两者的PWV时间序列图,显示具有较好的一致性,验证了GPS遥感大气的精度和准确性,为以后南极气象研究提供参考。     

利用北斗CORS反演大气可降水量的精度分析

为探究BDS反演大气可降水量(PWV)的精度,该文采用辽宁省连续运行参考站的BDS/GPS观测数据,选择辽宁省中部地区4个代表站,通过GAMIT软件进行单系统解算,并以ECMWF再分析资料为参考的真值进行了分析比对.研究表明,BDS解算的PWV平均误差、均方根误差在4 mm以内,比GPS反演结果精度稍低;而PWV因其与实际降水有较好的相关性,可作为短期临近天气预报的参考:当PWV开始累积超过6h时,降水的可能性较大,大规模的降雨一般伴随着迅速的水汽聚集与释放.     

GPS7水汽反演的双向滤波结果分析

针对利用精密单点定位(PPP)技术进行GPS水汽反演时,存在相位模糊度的收敛而导致水汽收敛的问题。该文引入PPP双向滤波处理方法,利用香港卫星定位参考站(HKSC)连续30d的GPS观测数据,分别进行PPP单、双向滤波处理。对PPP单向滤波大气可降水量(PWV)的收敛时间及对应的高程误差进行了统计;以ECMWF提供的ERA-Interim再分析资料和附近探空站观测数据为参考,对PPP单、双向滤波处理结果进行了比较和精度分析。结果表明:PPP单向滤波PWV的平均收敛时间约为30min,对应的平均高程误差为11cm;PPP双向滤波可以克服单向滤波初期的水汽收敛问题,且双向滤波PWV结果明显优于单向滤波,相对于ECMWF的平均偏差和均方根误差(RMS)分别减小25%和10%;相对于探空数据的平均偏差和RMS分别降低15%和7%。     

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。     

GPT／2模型用于 GPS 大气可降水汽反演的精度分析

气象参数(温度T、气压P)是GPS大气可降水汽(PWV)反演中必不可少的数据,也是PWV反演的重要误差源之一。文中主要对GPT/2(GPT、GPT2)模型用于PWV反演的精度进行验证和分析。基于非差精密单点定位(PPP)技术,选取SuomiNet网9个测站的观测数据,借助研制的PPP软件,分别采用GPT模型、改进的GPT2模型以及测站实测气象数据进行大气可降水汽(PWV)反演。以实测气象数据处理结果为参考,对两种模型解算的PWV进行了对比和精度分析。结果表明:改进的GPT2模型优于GPT模型,尤其是当测站的高程较大时,GPT2模型的稳定性更优、适用性更广;采用GPT2模型解算的PWV偏差均值小于±1.0mm,精度(RMS)优于±1.5mm。在缺少实测气象数据的情况下,利用GPT2模型数据仍然能够取得较为理想的PWV反演结果。     

地基GPS准实时反演三峡地区大气可降水量的研究

探讨了利用地基GPS气象学原理反演大气可降水量（precipitable water vapor,PWV）及其变化的可行性。从理论上分析了在缺少地面气象资料时用模型估计气象元素对反演PWV的影响,分析了用IGS超快速星历代替IGS最终精密星历准实时计算PWV的可行性。利用三峡地区13个监测点连续48 h以上的跟踪数据联合国内的几个IGS站,使用GAMIT软件进行了数据处理。     

基于北斗三号的大气水汽探测性能初步分析

对我国刚布署完成的北斗三号卫星导航系统（BDS-3）的大气水汽探测性能作初步分析可更好地发挥BDS-3的气象探测潜能. 采用全球不同位置的台站进行几种手段的对比,探测结果具有代表性和说服力. 研究结果表明:将BDS-3/PWV（大气可降水量）与GPS/PWV对比,平均偏差（BIAS）优于1.0 mm,均方根误差（RMSE）优于2.0 mm,相关系数均在94%以上;BDS-3/PWV与GPS/PWV求差取绝对值后的平均值（MEAN）为1.1 mm,比北斗二号（BDS-2）降低了71%;BDS-3/PWV与GPS/PWV的RMSE为1.4 mm,比BDS-2降低了63%. 将BDS-3/PWV与ERA5/PWV对比, BIAS优于2.9 mm,RMSE优于2.8 mm,相关系数均在92%以上,BDS-3/PWV与ERA5/PWV的MEAN为2.1 mm,比BDS-2降低了48%;BDS-3/PWV与ERA5/PWV的RMSE为1.6 mm,比BDS-2降低了57%. BDS-3探测水汽性能明显优于BDS-2;BDS-3水汽探测结果与GPS、ERA5再分析资料有很好的一致性.      

再分析资料计算中国区域对流层延迟精度

针对欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的ERA-Interim气压分层再分析资料在中国区域对流层延迟解算的适用性问题,该文基于中国大陆构造环境监测网络(CMONOC)约260个GPS基准站,以GPS PPP事后精密处理结果作为参考,给出了相应的精度评估与时空分布特征分析,结果表明:再分析资料在中国区域对流层延迟的平均偏差和均方根误差分别为0.39cm和1.37cm,时空分布上存在明显差异,另外指出了再分析资料时间分辨率不足,难以反映对流层延迟日内变化的问题。为进一步研究对流层空间关系以及垂直变化特征,精化对流层改正模型提供参考。     

基于BERN5．0软件计算的北京地区GPS可降水量研究

收集了2002-2007年6年期间的北京房山站（BJFS）连续观测数据,利用BERN高精度GPS数据处理软件计算出该站的对流层延迟,再利用该站的气象观测资料分离干延迟获得2mm精度的湿延迟,计算出BJFS站的可降水量（PWV）,组成长达6年的时间序列,初步探讨北京地区的季节性降水量变化,特别是第三季度的可降水量影响,通过数据走势,预测计算不同季度的降水概率。     

顾及时变递减因子的中国大陆地区大气可降水量垂直改正模型

大气可降水量(PWV)在研究全球气候变化和数值天气预报中扮演着关键角色.然而,目前PWV的垂直改正主要依靠简单的经验改正模型,在一定程度上限制了多源水汽产品的高精度融合及不同水汽产品相互比较的可靠性.本文针对中国地区地形起伏大、气候多变等特点,利用2012—2017年欧洲中期天气预报中心提供的ERA 5再分析资料,按全国、地理分区方法分别构建了顾及时变递减因子的中国大陆地区PWV垂直改正模型(简称为C-PWVC1模型和C-PWVC2模型).以2017年中国地区86个探空站数据为参考值,分别将ERA 5和MERRA-2再分析资料格网数据插值到探空站来对新建立的模型进行精度评估.结果表明:①C-PWV C1和C-PWV C2模型在PWV垂直改正中的性能相当;②C-PWV C模型相比于未顾及垂直改正的情况,对ERA5和MERRA-2的修正精度(RMS值)整体分别提高了16％ 和8％,与常用的PWV垂直改正模型相比,对ERA5改善不够显著,而对MERRA-2则提高了12％;③C-PWV C模型在两种PWV高差较大时,表现出显著的优势,对MERRA-2的改正效果比ERA5更明显;④C-PWVC模型在不同空间分辨率的ERA5上,相比于常用的PWV垂直改正模型具有更好的插值精度和稳定性,尤其在中国南部和西部地区表现出显著的优势.因此,C-PWVC模型在中国大陆地区有较好的PWV垂直改正性能,可为中国区域的多源水汽产品比较、融合提供重要应用.     

CMONOC观测约束下的中国大陆地区MODIS PWV校正

基于CMONOC提供的GNSS观测和气象资料，开展中国大陆地区不同气候类型的MODIS PWV校正研究。首先依据不同气候类型，开展GNSS PWV与MODIS PWV的相关性分析；然后基于GNSS PWV构建不同气候类型的MODIS PWV校正模型；最后根据MODIS PWV、模型校正的MODIS PWV分别与GNSS PWV比较，开展模型改进效果检验。研究表明：不同气候类型的MODIS PWV校正模型，均能有效改善MODIS PWV精度，提高MODIS PWV在短期天气预报和InSAR大气校正的应用。     

利用ECMWF和GPS估计区域PWV的研究

我国大部分CORS站没有安装气象传感器,这导致利用GPS技术估计PWV有一定的局限性。本文以香港CORS网为例,利用ECMWF的全球格网数据,在平面上进行反距离加权插值得到GPS测站的地表气象数据,在时间域上进行拉格朗日插值得到每小时的气象数据,最后利用插值的气象数据进行PWV的估计。结果表明GPS站地面气压插值的RMSE为1.14 hPa,地面温度插值的RMSE为2.04 K,由插值的气象数据估计PWV的RMSE为2.03 mm。这验证了利用ECMWF数据结合反距离加权插值和拉格朗日插值方法估计GPS站的气象数据和PWV的可行性和可靠性。     

GPS中长基线观测值随机特性分析

探讨了中长基线GPS观测值随机特性的评估方法,先采用历元间高次差分的高通滤波算法有效地消除低频系统误差,只保留高频噪声;然后建立评估中长基线观测值精度、交叉相关性和时间相关性的数学模型。实测数据计算分析了GPS观测值的精度与高度角的关系、不同类型观测值的交叉相关性以及各类观测值的时间相关性。     

区域连续性强降水过程中GPS/PWV的特征分析

针对2015年5月9~11日香港地区的一次连续性强降水,利用GAMIT软件反演了降水过程中各站逐时GPS/PWV资料,详细分析了GPS/PWV的变化特征。结果表明:单CORS站GPS/PWV大小与其局域实际降水量大小无直接的关系;3 h GPS/PWV等值线变化图可以从整体上很好地反映实际降水过程中GPS/PWV的演变过程;区域GPS/PWV分布因其特殊的地理环境而呈现一定的规律性;GPS/PWV在达到峰值以后的下降过程中,当RH值激增至高值稳定区时发生强降水的可能性非常大。     

地基GPS天顶对流层延迟与暴雨的相关性研究

以香港CORS网提供的GPS测站观测数据,利用GAMIT高精度数据处理软件解算出天顶对流层延迟,通过实验对比分析表明:天顶对流层延迟ZTD与大气可降水量PWV的相关性较高,同时天顶对流层延迟与暴雨之间也存在着较好的相关性,在缺少实测的气象资料的情况下利用天顶对流层延迟可代替PWV进行暴雨监测分析,并且对天顶对流层延迟用于暴雨监测的可行性进行了实验研究,取得了较为理想的结果。     

Klobuchar模型和NeQuick模型在中国地区的精度评估

将CODE以及GPS广播星历提供的8个系数分别作为Klobuchar模型的输入参数,利用Klobuchar模型及NeQuick模型计算得到中国地壳运动观测网15个GPS基准站上2000～2008年的电离层VTEC序列,以欧洲定轨中心CODE提供的事后电离层产品作为参考标准,得到了两个模型在中国地区的精度评估结果。     

ERA-Interim资料计算对流层天顶延迟方法及精度分析

利用CDDIS提供的6个IGS站点2018年高精度对流层天顶延迟(ZTD)参考值,对利用ERA-Interim资料计算的ZTD值进行了精度评估.结果显示,ERA-Interim资料计算的ZTD与IGS提供的ZTD产品相比误差在cm级,不同纬度的计算ZTD及其偏差有不同的季节特征.IGS ZTD和ERA-Interim ZTD分别用于GNSS单点定位改正,伪距结果显示两者改正偏差的差异在亚毫米级,且结果在各个方向都得到了改善,U方向最明显,能达到0.5 m左右.     

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。