台风对卫星导航对流层延迟的影响

为研究台风时期对流层延迟的演变,基于ERA5再分析数据,计算西北太平洋1822号台风“山竹”、1622号台风“海马”以及西北大西洋1709号飓风(台风)“厄玛”时期各高度层可降水量及对应的对流层延迟。结果表明,计算得到的对流层延迟与IGS对流层延迟产品存在明显时空差异,台风对测站影响越强,两者一致性越差。进一步分析表明,台风过境会引起可降水量及各高度层水汽分布比例发生变化,两者均会影响对流层延迟,其中,可降水量的变化占主导。在可降水量一定、850～500 hPa高度层中水汽含量占比最大时,对流层延迟最大。台风使分布于对流层低层的水汽增多,使用传统对流层延迟模型估算对流层延迟,可能会产生额外误差。     

基于FFT和小波变换的台风天气GNSSZTD周期特征分析北大核心CSCD

利用中国内地构造环境监测网络GNSS观测数据,结合台风事件资料,开展台风事件对中国内地地区水汽变化周期影响研究。分析发现,在台风影响下,GNSS天顶对流层延迟(zenith tropospheric delay,ZTD)水汽变化周期与正常天气相比会缩短,同时降水增加。通过与降雨进行对比发现,台风过程中降雨发生之前ZTD会发生较为剧烈的变化,并保持在一个峰值。通过选取台风中心不同距离的GNSS站点进行对比分析发现,台风最先经过的区域站点ZTD产生波动要比之后经过的站点早,且台风先经过区域的降水量比后经过区域的降水量大。本文研究可为台风轨迹预报和气象部门的台风灾害及极端降水等预警提供参考。     

长三角地区GNSS可降水量直接转换模型研究

为简化GNSS大气可降水量(PWV)的计算过程,提高GNSS-PWV实时解算效率,利用2017~2018年长三角地区7个GNSS测站数据,分析GNSS-PWV与对流层延迟(ZTD)、地面气温(T)、地面气压(P)之间的线性关系,通过线性拟合建立PWV直接转换区域模型。实验结果表明：1）PWV与ZTD、P和T之间具有良好的相关性,相关系数分别为0.99、-0.74和0.73;2）基于ZTD的全年单因子PWV模型的RMS为3.07 mm,基于ZTD和T的全年双因子PWV模型RMS为2.35 mm,基于ZTD和P的全年双因子PWV模型RMS为1.18 mm,基于ZTD、T和P的全年多因子PWV模型RMS为0.47 mm,基于ZTD、T和P的分季节多因子PWV模型的平均RMS为0.28 mm,后者预测精度略优。     

连续台风时期香港区域的水汽变化分析

利用香港卫星定位参考站网GNSS观测数据,提取强热带风暴"塔拉斯"与热带风暴"洛克"影响期间各测站天顶方向对流层延迟,反演香港区域大气可降水量;根据香港区域49个天文台气象站提供的实测降雨量数据,分析大气可降水量与实际降雨量的相关性,以及两次台风对香港区域水汽时空分布的不同影响。结果表明,大气可降水量在台风影响前期均上升,在大量降雨后回落,但在连续台风的间歇期间,仍高于台风来临前的水平;水汽累积是大量降雨的前提条件,当水汽累积量相近时,水汽累积时长与累积降雨量呈正相关;台风期间大气可降水量值超过65 mm的区域面积与台风等级相关,台风路径对局部水汽分布有一定的影响。     

基于GPS水汽反演和GPS-IR技术的降水分析及降水判定研究

利用GPS水汽反演技术和GPS-IR技术进行降水分析及降水判定研究。首先,考虑到降水发生前后大气水汽含量、地面反射特性、GPS对流层延迟、信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)振幅(A)会发生变化,分析GPS-PWV和SNR-A与降水的相关性,并联合两者进行降水判定。结果表明,降水量与GPS-PWV正相关,与SNR-A负相关;加入SNR-A数据可提高降水判定的预报率和正确率。基于SNR-A序列的波谷和GPS-PWV序列的波峰进行降水判定,判定降水的预报率约为70%~82%,正确率约为50%~60%。     

中国东南沿海地区PWV直接转换模型研究

针对东南沿海地区GNSS大气可降水量(PWV)计算过程参数多、数据量大、效率不高且易产生累积误差等问题,本文基于中国东南沿海地区2017~2018年18个CORS站的GNSS数据,分析GNSS-PWV与对流层延迟(ZTD)、地面气温(T_s)和地面大气压(P_s)之间的线性关系,并利用多元线性拟合方法建立多因子GNSS-PWV直接转换模型,为研究区提供简捷高效的PWV计算方法。结果表明,GNSS-PWV与ZTD、P_s和T_s之间具有良好的相关性,相关系数分别为0.98、－0.65和0.78;基于ZTD、P_s和T_s的多因子PWV模型RMS为0.33 mm,精度最高,明显优于基于ZTD的单因子PWV模型（4.66 mm）,而基于ZTD和P_s的双因子PWV模型RMS为0.50 mm。     

基于地基GNSS观测数据的贵州高原地区水汽层析精度分析

利用精密单点定位(PPP)技术处理贵州地基GNSS观测数据,获得高精度天顶对流层延迟(ZTD),进而开展水汽反演获得大气可降水量(PWV)产品。基于斜路径可降水量(SWV),使用自适应联合代数重构算法进行三维水汽层析,空间分辨率优于30 km×30 km,时间分辨率为5 min。以无线电探空数据为参考评估ZTD和PWV精度,其RMS分别为3.55 mm和1.03 mm。以ERA5再分析资料为参考评估三维层析精度,无暴雨发生时,三维层析相对误差不超过10%,偏差最大值为1.03 g/m³。以无线电探空数据为参考评估三维层析精度,层析结果与无线电探空数据的相关系数在0.97以上,具有较好的一致性。贵阳站和威宁站的平均RMS分别优于0.5 g/m³和1.2 g/m³。     

基于再分析资料ERA5的对流层延迟估计方法及精度评估

提出基于再分析资料ERA5的天顶对流层延迟计算方法,使用中国大陆构造环境监测网络提供的26个GNSS测站2017年全年数据,评估由该方法计算的天顶对流层延迟的精度,并与前一代再分析资料ERA-Interim的计算结果进行对比分析。结果显示,ERA5计算的天顶对流层延迟均方根误差比ERA-Interim计算结果低,表明新一代产品的精度有明显提升。     

基于实测气象参数的InSAR大气校正及其应用研究

针对传统InSAR技术在监测地表形变时受对流层延迟影响的问题,利用地面实测气象参数和NCEP气象再分析资料建立大气校正模型,对生成的鄞州区干涉图进行对流层延迟校正,获取鄞州区2018～2020年高精度地表形变分布。为分析不同大气校正模型对对流层延迟效应的削弱效果,将监测结果与同期实测水准数据作对比。结果发现,地面气象信息模型、NCEP气象再分析资料模型和未加大气校正的InSAR监测结果的均方根误差RMSE分别为2.78 mm、3.86 mm、5.62 mm,表明利用地面气象信息模型校正大气相位误差具有更高的监测精度,能有效削弱对流层延迟对干涉测量结果的影响。     

沿海GPS/GLONASS提取天顶对流层延迟方法研究

基于中国沿海GNSS观测网20个测站31 d的数据，从数据处理模式、系统组合和卫星截止高度角等方面研究沿海地区GPS/GLONASS数据提取天顶对流层延迟的方法，以CODE提供的对流层产品和探空数据资料作为标准值来评价对流层延迟的精度。结果表明，截止高度角为10°时，采用双差网解GPS/GLONASS组合系统提取的天顶对流层延迟精度略优于双差网解GPS单系统和精密单点定位GPS/GLONASS组合系统，各方法提取结果不存在明显的系统偏差；截止高度角设置对天顶对流层精度影响较大，截止高度角为30°时，采用双差网解GPS单系统提取的结果精度最优，但其精度较低截止高度角时明显降低。     

GPS监测水汽与水汽辐射计数据的对比研究

针对水汽辐射计观测数据和并址的GPS观测数据,用GAMIT软件求解了台站的天顶总延迟和湿项延迟。运用湿项延迟与水汽含量之间的转换关系,对GPS监测的大气可降水量与水汽辐射计观测的水汽含量进行了对比研究,得出结果：由GAMIT解算出的水汽含量与WVR观测值的差值平均值为0．02mm,均方差为0．02mm,由气象文件求出的水汽含量与WVR观测值的差值平均值为0．03mm,均方差为0．02mm。表明用地面GPS监测大气水汽含量是完全可行的。     

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基于GPT3模型的ZTD及PWV反演精度分析

使用亚洲区域18个IGS测站和中国区域内16个探空站2016~2018年的数据,研究GPT3模型反演天顶对流层延迟（ZTD）和大气可降水量（PWV）的精度,并与其他GPT系列模型进行对比。结果表明,GPT3-1模型估计的ZTD的bias均值和最大值均最小,分别为1.34 mm和14.06 mm;GPT3模型整体精度略优于GPT2w模型,优于GPT2模型。探空站处GPT3模型反演的PWV的bias和RMSE均表现出较强的季节性特征;由GPT3模型反演的PWV的月均值可知,GPT3-1模型比GPT3-5模型具有更高的精度和稳定性。     

对流层经验模型在中国VLBI站上的优化分析

利用2010~2012年的IGS天顶对流层延迟(ZTD)序列、ERA5格网数据积分ZTD序列,在中国4个VLBI站点上对目前常用的经验模型进行优化,分别建立Local_ERA和Local_ZTD模型。基于2013~2014年IGS并址站点ZTD数据,将改进后的2种模型与全球GPT2w模型、SHAO-Gm模型进行对比。结果表明,改进后的Local_ERA、Local_ZTD模型精度相近,相对于GPT2w、SHAO-Gm模型平均精度在4个VLBI站点上都有提高,尤其在水汽季节性变化较强的北京站改进效果明显;其中Local_ERA平均精度略高于Local_ZTD,比GPT2w模型精度提高7.90%,比SHAO-Gm模型精度提高21.26%。     

基于地基GPS的新疆地区大气可降水量时空分布特征

利用中国大陆构造环境监测网络的GPS观测资料，结合ERA-Interim模型气压和温度，解算2016年新疆地区GPS测站的大气可降水量，分析该地区大气可降水量的空间分布和季节性变化。结果表明：1）GPS和探空观测获取的大气可降水量具有较好的一致性，均方根误差约为2.7 mm；2）新疆地区全年平均大气可降水量在7.0~13.0 mm之间，且海拔每升高1 km，其含量减少约1.4 mm，当测站海拔相近时，大气可降水量随纬度的升高而减少；3）大气可降水量季节性变化明显，夏季为12.0~23.2 mm，冬季为1.4~5.5 mm，春、秋季大气可降水量差异不大且变化范围介于夏、冬季之间。
     

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对流层延迟与可降水量直接转换模型研究

采用线性回归和最小二乘法拟合建立无线电探空可降水量（RS-PWV）与GPS对流层延迟（GPS-ZTD）、地面温度及大气压之间的直接转换模型，并将直接转换模型得到的PWV分别与RS-PWV及GPS反演得到的可降水量（GPS-PWV）进行比较。结果表明，RS-PWV与GPS-ZTD之间存在良好的线性关系，相关系数达0.927 6；RS-PWV与4阶拟合温度和大气压呈现较好的相关性，相关系数分别为0.640 1和－0.626 3；基于ZTD的单阶单因子模型PWV与GPS-PWV的相关系数达到0.969 9；基于ZTD、温度及大气压的单阶多因子模型PWV比基于ZTD的单阶单因子模型PWV精度明显提高，RMS从4.3 mm提高到3.3 mm。