基于湖南CORS网的PWV时空变化分析及其在暴雨落区预报中的应用

针对2017-05-22~05-23湖南地区的一次暴雨过程，结合气温、气压等大气热动力条件，分析此次降雨过程的大气可降水量(precipitable water vapor，PWV)时空分布及其动态变化特征。研究表明，在水汽条件充足的情况下，降雨的形成需要强烈的水汽辐合上升作用，可以结合热动力条件来预判降水时间和强度；PWV与实际降雨量平面分布图的对比分析表明，PWV高值区和实际降雨落区基本重合，PWV时空变化分析对预测暴雨落区有一定的指示意义。     

利用小波变换对暴雨过程中GNSS气象要素的初步探索

利用小波分解对地基GNSS获取的可降水量(PWV)、气压和对流层延迟(ZTD)等时序进行处理和分析,以暴雨的实际降水量作为判别依据。研究结果表明,1 h间隔PWV与ZTD的小波高频分解系数接近,均能够从中提取暴雨预报特征信息,可用高频ZTD代替PWV进行小波分析;频率在30 min-1h之间的ZTD,预报时间信息应在第1~3层级进行搜寻,30 min以下频率的应在第3~5层级进行搜寻;db4小波分解PWV的暴雨预报阈值可设为-1.2,db4小波分解ZTD的暴雨预报阈值可设置为-0.007,db2小波分解ZTD的暴雨预报阈值可设为-0.01。     

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。     

北斗CORS探测的大气可降水量与重庆降雨的关系

通过分析2018年2次典型降雨过程中大气可降水量(precipitable water vapor,PWV)的分布特征及其与实际降水量的关系,探讨PWV在预测降雨中的应用。结果表明,在降雨过程中,PWV的分布与实际降水量具有很好的相关性。PWV对降雨的发生具有一定的指示作用,在降雨发生前6~12 h,PWV开始增加;在降雨发生前1~2 h内PWV迅速上升;当PWV显著增加并保持高值时,预示强降雨的发生。PWV变化越快,降雨概率和降水量就越大。滑动平均处理结果进一步证明,强降雨发生前后,PWV会出现快速聚集和释放的现象,PWV可作为短期临近预报及天气分析等研究和应用的序列资料,为传统气象手段提供有力补充。     

广东阳江夏季降水的气候特征分析

为解阳江夏季降水的气候特征,进一步做好阳江气候降水预测,利用Motlet小波分析理论、Mann-Kendal检验和滑动t检验等方法对阳江单站57年(1953-2009年)6月到8月逐日降水资料进行分析,结果表明:阳江夏季降水经历了3个阶段,由降水逐渐增加时期变化到相对干旱时期,再到现阶段降水年际变化大;主要的降水周期为7-8年,1963年是降水的突变点;小雨量级降水为主要降水类型,在1980年以来阳江夏季大雨和暴雨降水日数逐渐增多,而大雨和暴雨量级降水是降水量的主要构成。     

GPS/PWV资料在两次台风袭港期间的特征分析

应用GPS探测的可降水资料PWV对香港地区2013年遭遇的两次台风中水汽变化特征进行对比分析表明,GPS/PWV资料在一定程度上能反映出不同距离台风影响强度,尤其是气压变化。远距离台风,PWV呈现明显的震荡性变化,波动性更强,且震荡程度与降雨强度有很好的对应关系|近距离台风,PWV呈明显的单峰结构变化,增湿过程与台风影响时间及距离存在某种关系,PWV短时间内急升变化幅度能较好地反映降水强度。     

基于FY-4A AGRI数据研究2023-02-06土耳其地震水汽异常变化北大核心CSCD

首先利用探空数据对风云四号气象卫星A星(FY-4A)先进的静止轨道辐射成像仪(AGRI)提供的水汽产品进行精度验证;然后利用AGRI获取2023-02-06土耳其地震震中区域水汽、陆表温度和降水估计的时间序列,并对水汽异常变化特征进行分析。结果表明:1) AGRI水汽和探空水汽的相关系数为0.90,RMSE和平均bias分别为2.51 mm和-0.06 mm;2)临震时,AGRI水汽方差上升至0.029-0.156 mm,波动加剧;震后,AGRI水汽出现一个明显的陡升-陡降过程;3)基于AGRI陆表温度和降水估计,推断出现水汽异常变化的原因可能是地震后地面热作用增加使得水汽上升,在峰值时形成降水,导致水汽急剧下降。     

基于FJCORS资料探测大气可降水量的研究

本文采用超快速预报星历处理福建省连续运行卫星定位服务系统(FJCORS)资料得到大气可降水量(PWV),分别与同期采用最终精密星历和探空资料获得的PWV进行对比,结果表明:采用不同星历反演的PWV偏差在0.25 mm以内,并与探空结果具有较好的一致性,相关系数达到0.92,因此采用预报星历可以近实时反演PWV。对2015年"苏迪罗"台风登陆福建前后的PWV动态分析研究,表明PWV资料可以很好地监测水汽时空分布和变化,有助于分析强降雨天气的水汽传输过程,对预报强降水具有重要的指示作用。     

新疆呼图壁地下储气库的InSAR形变监测与模拟

利用TerraSAR-X卫星2013-08~2014-08的17景雷达影像,采用小基线集（small baseline subset,SBAS）InSAR技术获取呼图壁(HTB)地下储气库（underground gas storage,UGS）运行期间的地表形变序列,并结合UGS注（采）气井口的压力数据,采用多点源Mogi模型,对HTB UGS的形变场进行模拟。结果表明,整个UGS区域的形变特征为非连续分布,形变与注（采）气压力变化具有较好的相关性;注（采）气期间沿卫星视线向(LOS)的形变峰值分别为10 mm和-8 mm;采用自适应前向搜索法,基于多点源Mogi模型初步模拟注（采）气期间的形变过程,当UGS的注（采）气平均气压为18 MPa和15 MPa时,LOS的形变可达7 mm和-4 mm,地表形变的大小与注（采）气井口密度有关;UGS的储气分布呈非均匀状态,即地下气库结构复杂多变。     

利用MERRA-2地表温压资料进行中国区域GNSS水汽反演的精度分析北大核心CSCD

为分析美国宇航局发布的最新MERRA-2再分析资料地表温压产品在中国区域进行GNSS水汽反演的精度,联合中国区域609个地面气象站实测温度和气压数据、48个GNSS站及并址探空站资料,评估MERRA-2温压产品及其在GNSS PWV反演中的精度。结果表明:1)MERRA-2气压和温度年均bias分别为-0.01 hPa和0.38 K,年均RMSE分别为1.08 hPa和2.66 K,MERRA-2再分析资料温压产品在中国区域具有较高的精度;2)MERRA-2再分析资料温压产品在中国大部分地区呈现负偏差,精度从高到低依次为南方地区、北方地区、西北地区和青藏高原地区;3)将MERRA-2温压产品的PWV反演结果与并址探空站实测PWV进行对比可知,MERRA-2再分析资料温压产品反演的GNSS PWV平均RMSE为2.16 mm,能较好地反映PWV的日变化。因此,MERRA-2地表温压产品在中国区域的气象研究及GNSS水汽监测中具有重要意义。     

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。     

基于探空资料的湖南地区加权平均温度

利用湖南地区长沙、怀化、郴州3个探空站数据,将数值积分法计算的Tm作为参考值,并基于最小二乘法建立湖南地区Tm本地化模型。研究结果表明,Bevis模型计算的Tm值在湖南地区存在2.51 K的系统偏差;湖南本地化模型Tm值与地面温度Ts之间的相关系数达到0.942 5,模型平均偏差1.60 K,内符合精度1.41 K;基于本地化Tm模型计算的GPS PWV与利用探空数据计算的PWV相比,平均偏差为0.52 mm,标准差为2.21 mm,RMS为2.45 mm。总体而言,本地化Tm模型的精度优于Bevis模型,更适用于湖南地区的GPS气象研究及业务应用。     

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用地基GPS资料分析大气可降水汽总量

利用“中国地壳运动监测网络”和三峡监测网的地基GPS资料，通过Bernese软件以及根据Bevis等和Rocken等水汽解算原理编制的水汽解算软件。获得了武汉、巴东、兴山、泸州等长江流域测站大气可降水汽总量分布和时间间隔为2小时的GPS遥感大气可降水汽序列，并与站点雨量及区域面雨量进行对比分析，结果表明：地基GPS遥感水汽量变化与地面降水有很好的相关性。而且GPS遥感水汽变化序列峰值对应于强降水提前了8～22小时。有助于强降水特别是突发性强降水的预测；多个站点的GPS遥感水汽总量联合分析，对于区域水汽总量变化研究有一定意义。     

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。     

地震后水汽异常变化初探

研究东日本地震、汶川地震和玉树地震震中及其附近区域在地震前后的水汽时间序列变化。首先分析震中MODIS水汽序列和震中附近探空站点水汽序列在地震前后的变化；然后基于GNSS ZTD与水汽之间的高相关性，以GNSS ZTD代替GNSS水汽，讨论震源区周围IGS站点的ZTD序列变化。研究发现，震后震中及其附近区域水汽值变化出现异常，且距离越近所受影响越大；水汽不断聚积，达到峰值后发生降水。