基于超快速星历反演大气可降水量的精度分析

水汽是预报某些灾害性天气的重要依据,因此及时获得高分辨率的水汽产品对精准预报天气具有至关重要的意义．针对最终精密星历更新速度较慢、时延较长,无法满足实时反演大气可降水量的要求,提出一种利用超快速星历代替最终精密星历反演大气可降水量的方法:基于地基GNSS反演大气可降水量的原理,利用GAMIT软件,根据国际GNSS服务(IGS)网站提供的不同精度的星历产品获得大气可降水量,并与气象探空站所获得的大气可降水量对比分析．研究结果表明,利用超快速星历所获得的大气可将水量与最终精密星历一致,二者平均差值优于0.1 mm,且与探空站测得的大气可降水量值非常一致,其精度可以满足天气预报的需求．      

IGF/IGR/IGU星历产品反演大气可降水量可行性分析

利用快速精密星历(IGR)和超快速精密星历(IGU)产品对香港地区连续运行参考站(HKCORS)数据进行地基GNSS PWV反演的可行性进行实验,并对结果进行精度评估.实验结果表明3种方案基线解算的NRMS值均小于0.3,同一天观测数据3种解算方案的NRMS值基本一致,证实了使用IGR和IGU产品替代IGF产品进行基线...     

基于组合超快星历GPS数据的实时可降水量反演

针对静态模式下GPS水汽反演存在的实时性不强、时间分辨率较低、反演代表性较差等问题,利用组合超快星历GPS数据进行实时动态可降水量反演研究。根据组合超快星历,利用假设检验法识别和剔除预报星历中的粗差卫星,采用动态模糊度分解方法基于单历元实时反演获得可降水量;对比实验结果显示,动态模式偏差值约为1.5 mm,精度约下降40%,在反演允许范围内。该方法在恶劣天气短临预报中有一定实际应用价值。     

利用超快速星历进行数值天气预报的可行性研究

实时获取高时空分辨率的大气水汽是制约数值天气预报准确性的关键问题。基于地基GPS遥感大气水汽原理,结合香港CORS网的实测数据进行处理,对由IGU超快速星历、IGS精密星历和探空资料解算的大气可降水量(Precipitable Water Vapor,PWV)序列进行比较分析。实验结果表明,利用超快速星历估计PWV用于数值天气预报是切实可行的。     

HNGICS反演大气可降水量的应用前景

本文首先介绍了GPS反演大气可降水量的原理方法,并对GPS反演大气可降水量的流程做了重点介绍。然后介绍了河南省地质信息连续采集运行系统,（HNGICS）,最后重点介绍了如何利用HNGICS进行大气可降水量的反演及其在各个领域的应用前景。      

基于GAMIT软件利用不同星历反演PWV的研究

首先简单介绍了GAMIT软件,然后基于GAMIT利用最终精密星历和预报精密星历分别解算相同的测站数据,得到测站天顶方向的对流层总延迟,再通过SAASTAMOINEN模型计算干延迟,提取出湿延迟后,结合地面气象数据反演大气可降水量。通过比较2种星历反演结果得到,最终精密星历和预报精密星历在解算结果上精度相当,预报精密星历在实时的水汽监测中满足要求,能够为降水的预报、预警提供帮助。     

利用BDS数据反演大气可降水量及其精度分析

随着GAMIT软件版本的不断更新,对BDS数据基线解算已成为可能。本文提出了一种基于GAMIT软件的BDS大气可降水量反演方法,并对利用探空数据计算得到的大气可降水量与GPS数据反演结果进行精度验证。结果表明,通过BDS反演得到的大气可降水量与探空数据计算结果之间的平均相对误差、均方根误差均小于2 mm,相关系数大于0.98;与GPS反演结果之间的平均相对误差、均方根误差均小于3 mm,相关系数大于0.96。BDS反演结果精度较高,基本能够满足气象需要。     

地基GPS资料反演大气可降水量理论进展

概述了地基GPS资料反演大气可降水量的基本原理,简单介绍了数据处理的应用软件和基本流程,系统地分析了国内外研究及应用方面的现状和最新理论进展,最后简述了当前的研究热点。     

利用地基GPS获取实时可降水量

利用PBO观测网络的17个连续运行参考站GPS观测数据采用双差的方法估算对流层,并对初始精确坐标加以紧约束,对影响测站位移的形变等加以改正,采用组合超快星历,每60s计算一次得到近实时的可降水量。根据与静态计算结果比较显示,两者吻合性高度一致,大部分站点相差不到2mm,其内符合精度可达1mm,延迟少于4min,可以满足实时数值天气预报的要求。根据基线的长度对以上结果分析得到地基GPS反演降水量的可行性区域范围,并探讨了测站间高差大小对获取可降水量精度的影响。     

不同IGS星历产品对地基GPS反演水汽的影响北大核心CSCD

为了研究不同国际GNSS服务(IGS)星历产品对地基GPS反演可降水汽精度的影响,评估超快星历用于实时水汽反演的精度,该文借助Bernese5.2软件获取不同IGS星历产品解算的IGS跟踪站天顶总延迟,结合GPT2模型估算的气象参数反演得到大气可降水,最后与探空站资料计算的大气可降水进行对比分析。结果表明,利用超快速星历预报部分反演大气可降水结果的RMS在±8mm内波动,优于1cm,有助于实时探测大气可降水量的变化,进一步有效促进地基GPS在短临天气预报中的应用。     

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.     

GPS天顶对流层延迟与可降水量的相关性

针对水汽含量在短时间内变化快、影响因素多,目前精确测定其含量仍是一个难点的现状,该文采用GAMIT软件,利用两次暴雨发生过程中香港地区6个连续运行参考站系统参考站数据,计算天顶对流层总延迟(ZTD)和大气可降水量(PWV),并与实际降雨量进行对比。研究结果表明,暴雨发生前后的1~2h或者更长时间内,天顶对流层延迟、大气可降水量和实际降水量一直保持着较好的对应关系,天顶对流层延迟和大气可降水量会出现骤增和骤降现象,而且天顶对流层延迟和可降水量的变化速度越快,说明大气环境越不稳定,降水概率也就越高。     

基于MGEX站多系统GNSS反演大气可降水量精度评估

2020年6月北斗卫星导航系统(BDS)完成全面组网,为分析其解算水汽信息的精度,选用15个MGEX (Multi-GNSS Experiment)测站2021年10月至11月的观测数据进行水汽反演. 利用GAMIT软件分别解算BDS、GPS、Galileo和GLONASS的观测数据,将得到的对流层天顶延迟(ZTD)与国际GNSS服务(IGS)发布的结果进行对比,并将解算的大气可降水量(PWV)分别与探空数据、ERA5数据计算得到的PWV对比. 实验结果表明:截止高度角设置为5°时,4个卫星系统估计的ZTD均方根 (RMS)均小于13 mm,GPS-PWV、BDS-PWV、Galileo-PWV、GLONASS-PWV与无线电探空可降水量(RS-PWV)相比,RMS平均值分别为2.25 mm、2.46 mm、2.52 mm和2.84 mm,RMS均小于3 mm;与ERA5-PWV相比,RMS平均值分别为1.63 mm、1.86 mm、1.76 mm和1.99 mm,RMS均小于2 mm. GPS探测水汽的精度最高,BDS探测水汽的精度低于GPS和Galileo,高于GLONASS,均满足气象学应用需求.      

基于BDS精密星历产品的水汽探测性能分析

研究北斗卫星导航系统（BDS）反演大气可降水量的性能有利于推动BDS在数值天气预报、气象学研究等方面的应用. 基于武汉大学发布的BDS最终精密星历产品(WUM)、快速精密星历产品(WHR)和超快速精密星历产品(WHU),利用MGEX站和单基站连续运行参考站（CORS）提供的全球卫星导航系统（GNSS）多模观测数据,在验证三种BDS精密星历产品解算对流层天顶延迟的精度达到要求后,将基于三种BDS精密星历产品解算的大气可降水量分别与GPS水汽探测结果、ERA-5再分析资料和探空站数据进行对比,分析基于三种精密星历产品的BDS水汽探测性能. 实验结果表明:基于BDS最终精密星历产品的大气水汽探测精度高于快速星历产品和超快速星历产品,三种BDS星历产品反演大气可降水量的相对精度和可靠性与GPS相当,满足中小尺度数值天气预报和气象学研究等要求.      

不同饱和水汽压模型对GNSS反演可降水量的影响分析

地基全球卫星导航系统（GNSS）水汽反演过程中需要大气加权平均温度T_m的参与,而饱和水汽压E_s作为T_m计算过程中的一个重要变量影响着T_m,因此E_s将会间接地影响大气可降水量（PWV）的反演精度.针对目前地基GNSS水汽反演研究中普遍采用的三种不同的饱和水汽压模型（Magnus-Tetens模型、BUCK模型、Goff-Gratch模型）,本文就不同的饱和水汽压模型参与反演是否会引起水汽反演结果的差异进行了研究.以香港为研究区域,利用GAMIT解算了2016年旱雨两季（2、7月）的天顶湿延迟（ZWD）,同时利用king's park探空站的探空数据通过数值积分计算得到旱雨两季（2、7月）的T_m,然后严格参照反演步骤编程模拟计算旱雨两季（2、7月）每天的PWV.最后对比并分析了不同饱和水汽压模型参与计算对T_m和PWV的影响及原因,结果表明:三种饱和水汽压模型参与计算得到的PWV与真值（探空站计算得到的PWV）之间不存在具有统计意义的显著性差异,因此均可被用来提供计算T_m时所用到的饱和水汽压E_s,但是通过对比分析发现部分研究人员将BUCK模型中的变量T当作露点温度而非大气温度进行计算会使T_m产生较大的误差,进而对该误差进行了不合理性分析.本文的分析将会对后续地基GNSS水汽反演研究中的处理提供一定的参考.      

利用珠海CORS监测大气可降水量

依托珠海城市连续运行参考站（continuously operating reference stations,CORS）系统,采用地基全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）反演大气可降水量（precipitable water vapor,PWV）,展开大气可降水量监测系统的应用研究。系统采用精密单点定位（Precise Point Positioning,PPP）技术与IGS(International GNSS Service)轨道、钟差产品实时或事后估计CORS站点上的大气可降水量,可实时更新发布水汽监测数据。通过对监测系统的内符合精度与外符合精度的测试,表明本大气可降水量监测系统对PWV的估计精度优于2 mm,能实现对珠海北斗CORS(ZHBDCORS)网中站点间小区域的水汽监测,区分各站之间的水汽变化,能满足实时对流层水汽监测及其他气象应用需求,有效地拓展ZHBDCORS系统的服务领域。     

天顶静力延迟模型对GPS可降水量反演的影响分析及改进

利用地基GPS遥感大气可降水量(PWV,precipitable water vapor)过程中,天顶静力延迟(ZHD,zenith hydrostatic delay)模型精度直接影响PWV反演精度。文中将常用天顶静力延迟模型(Black模型、Hopfield模型和Saastamoinen模型)计算所得ZHD与基于湖南省2016-04-01—2017-03-31高空气象探测秒级数据计算所得探空ZHD进行对比,发现模型存在较明显系统偏差,其中Black模型ZHD平均偏低40mm以上。利用探空实测ZHD对天顶静力延迟模型进行回归建模,订正模型系数后可明显减小模型系统偏差和均方误差。改进后的ZHD模型可明显减小GPSPWV反演的系统偏差,并略微降低均方误差,其中采用改进后SA模型反演所得GPSPWV与探空PWV相比,平均偏低不超过0.230 7mm,反演准确性有较显著改善。     

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。     

GPS反演的可降水量与降水的对比分析研究

本文以秦皇岛为例,分析GPS可降水量与降水实况的关系。2007年5月~8月期间发生16次降水过程,每次水汽的增加,都对应着一次降水过程和降水峰值的出现;16次降水事件中,GPS可降水量序列峰值超前降水发生时间1h和2h分别各为6次,两者占到总降水次数的75%,也就是说GPS可降水量序列峰值超前降水发生时间约为1~2h;降水出现的时间一般发生在大气可降水量迅速增加之后,在2h或3h的大气可降水量的增幅迅速增加达到5mm后,2h内出现降水占68.75%,3~4h出现降水占18.75%,5~6 h出现降水占6.25%;而大气可降水量迅速增加前2h内出现降水的仅占6.25%,即GPS可降水量迅速增加后4h内出现降水的比率占到87.5%。GPS可降水量可作为降水短期预报的指标之一。