一次暴雨过程中GPS三维层析水汽场的变化特征

在已有的全球导航卫星系统水汽反演技术中,能够利用的观测值是完整穿过整个层析区域的卫星射线。由于卫星、接收机几何位置分布以及层析区域选择的特定性,许多卫星射线是从层析区域侧面穿出,这些射线通常当作无效信息被剔除,降低了层析结果的精度。针对该缺点,提出并实现了一种附加辅助层析区域提高射线利用率的水汽反演方法,使从研究区域侧面穿出的信号信息也可以被利用。基于美国得克萨斯州（Texas）地区的连续运行参考站（Continuously Operation Reference Stations,CORS）网的实测数据,结合层析区域内的无线电探空仪数据进行实验,结果表明,该方法能够提高水汽反演结果的精度,其均方根误差的改善率为14.6%。     

附加辅助层析区域提高射线利用率的水汽反演方法

代数重构算法在对流层三维水汽反演中具有一定的优势, 系统研究了加法代数重构、乘法代数重构、联合代数重构这3种算法, 并发展了自适应代数重构算法。该算法针对3种传统算法中误差分配的不足进行了改正, 提出了顾及体素块水汽密度变化对全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)斜路径水汽含量影响的动态误差分配原则。此外, 将基于GNSS信号的高度角定权模型引入到该算法中, 使层析结果更靠近高精度的观测值。利用2016年7月徐州连续运行基准站系统的GNSS实测数据和探空站数据对该算法进行分析, 试验结果表明, 3种自适应算法反演的水汽密度的均方根误差、标准差、平均绝对偏差都低于传统算法, 其中, 均方根误差分别降低了25.91%、15.81%和24.64%。在小雨、中雨、大雨3种天气条件下, 自适应代数重构算法的水汽廓线分布均优于传统算法的结果, 其中, 自适应联合代数重构算法反演的水汽廓线与探空廓线最一致。     

附加虚拟信号精化水汽层析模型的方法

在全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）水汽层析中,受卫星星座和接收机几何分布的影响,穿过层析区域的射线条数有限。针对该问题,设计并实现了一种附加虚拟倾斜路径信号精化水汽层析模型的方法,该方法能够增加穿过研究区域的射线条数和射线穿过的网格数,使层析结果更加逼近真值。利用香港卫星定位参考站网2015年5月共31 d的GPS网实测数据和气象数据进行实验,并结合无线电探空数据验证该方法的可行性及精度。结果表明,该方法能够提高层析结果的精度,与传统层析方法相比,该方法在均方根（root mean square,RMS）、水汽密度廓线和误差分布上均优于传统方法。     

基于水汽密度比例因子的三维水汽层析算法

针对传统水汽密度层析方法的缺点,设计并实现了一种基于水汽密度比例因子的三维水汽层析算法,提高了观测数据的利用率。利用香港CORS网的实测GPS和气象数据,并结合研究区域内45004探空站的探空数据,验证了该算法用于实测数据的可行性及精度,并分析了不同天气对层析新算法的影响。试验结果表明:该算法在观测数据的利用率上远大于传统层析方法,以探空数据为参考基准,RMS、水汽廓线相关系数和误差分布均优于传统方法。此外,降水天气对层析结果影响要比无降水天气的影响大。     

利用ECMWF改善射线利用率的三维水汽层析算法

针对传统水汽层析技术只能利用完整穿过研究区域射线重构三维水汽的缺陷,提出了一种利用欧洲中尺度天气预报中心格网产品改善三维水汽反演射线利用率的方法。该方法通过引入比例因子,计算出侧面穿出射线在层析区域内的水汽含量,并参与观测方程的建立。利用香港卫星定位参考站网的实测全球定位系统和气象数据,结合该区域的无线电探空站45004和ECMWF格网点数据,对该方法的可行性及精度进行验证。试验结果表明：相对于传统方法,该方法的射线利用率和网格覆盖率分别提高了55.16%和16.46%;分别以探空数据和ECMWF格网数据为参考基准,发现提出的方法其均方根误差、平均绝对偏差和相对误差等均优于传统方法。     

地基GPS反演大气水汽含量实践

随着地基GPS技术日益完善以及GPS在气象学中应用的不断深化,地基GPS探测技术已经成为一种有效的大气水汽探测手段,总结了地基GPS反演大气水汽含量的原理和方法,并通过实例分析了其误差产生的原因,验证了GPS反演大气水汽含量的可行性。     

顾及层析区域外测站的GNSS水汽层析建模方法

针对传统水汽层析技术无法利用层析区域外GNSS测站数据的现状,提出一种顾及层析区域外测站数据的三维水汽建模方法.基于GPT2w模型计算层析区域的水汽密度初始场,首先,引入比例系数并联合水汽密度初值确定该比例系数表达式;然后,估计层析区域外测站信号在区域内的水汽含量;最后,构建顾及层析区域外测站数据的水汽观测方程.本文方法能够有效利用层析区域外的测站数据,改善层析结果的精度和可靠性,但仅能利用层析区域外一定范围内的测站.选取浙江CORS网中24个GNSS测站和一个无线电探空站共23 d的数据进行验证.试验结果表明,相对于传统层析方法,本文方法的射线利用率和有射线穿过的体素数分别提高了26.8％ 和14.9％;以探空数据为参考基准,本文方法计算的IWV和水汽密度均优于传统方法.     

顾及边界入射信号的多模水汽层析方法

利用GNSS三维水汽层析技术全天候地获取高时空采样率的水汽垂直分布信息,已成为GNSS气象学中一大研究热点。当前,基于单一导航系统的传统层析方法存在观测数据利用率低、观测分布不均等不足。本文设计和实现了一种顾及边界入射信号的多模水汽层析方法,采用香港CORS网观测数据和无线电探空产品进行精度验证,并详细分析边界入射信号和多模层顶信号的引入对层析水汽结果的改善程度。结果表明:相较于传统GPS层析方法,本文采用的融合两类多模层顶信号和边界入射信号的新水汽层析方法,兼备边界入射信号和多模层顶信号的优点,可得到更高精度和更可靠的三维水汽信息。     

台站处北斗/GNSS实时大气水汽反演及试验分析

针对当前GNSS水汽反演的业务系统中普遍采用准实时、集中式的解算模式的现状,该文提出一种台站处分布式北斗/GNSS实时水汽解算模式,基于实时精密单点定位(PPP)技术获取高精度水汽结果以满足短期天气预报与气象研究的需求。在中国3个典型区域进行了连续观测试验,并以中国气象局准实时水汽产品与无线电探空结果为参考对本产品的结果进行了评估和分析。结果表明,实时水汽产品的平均RMS在5 mm以内,与准实时水汽产品和无线电探空结果的相关系数均达到0.95,且能反映水汽的日变化特征。     

地基GPS水汽反演中区域大气加权平均温度模型

利用地基GPS反演可降水量,需要准确求得水汽转换参数。为了提高区域GPS大气水汽反演的精度,分析了大气加权平均温度的时空特性及其与地面温度之间的函数关系;利用江苏地区2003—2011年的气象探空数据建立了适用于江苏地区的局地大气加权平均温度计算模型。比较江苏模型、Bevis模型和李建国模型求得的大气加权平均温度值,江苏模型的精度较Bevis模型和李建国模型分别提高33.14%和9.28%。由江苏模型得到的可降水量内符合精度约为11.12 mm,较GAMIT软件结果精度提高约7.91%。     

利用选权拟合法进行GPS水汽层析解算

附加约束条件的层析解算方法是克服GPS水汽层析观测方程不适定性的主要方法,为了避免该方法中水平约束方程权阵的选取不当对水汽层析结果产生的不良影响,将选权拟合法应用到对流层水汽参数反演中。首先利用水汽参数在空间的分布规律构建参数权矩阵,并利用L曲线法确定正则化参数,然后利用模拟实验对该方法在水汽层析解算中的应用进行了验证。结果表明,该方法可以有效地克服观测方程的不适定性,反演得到符合客观实际的结果。     

GPS技术在大气探测中的应用

介绍了GPS遥感大气水汽含量技术的类型、实时GPS遥感水汽技术的研究现状以及地基GPS大气探测的基本原理.提出了用非差精密单点定位模式进行实时GPS遥感水汽探测的基本构想和需要解决的关键问题,并对非差精密单点定位的主要误差源进行了简要分析和评述.     

GPS技术在大气探测中的应用

介绍了GPS遥感大气水汽含量技术的类型、实时GPS遥感水汽技术的研究现状以及地基GPS大气探测的基本原理。提出了用非差精密单点定位模式进行实时GPS遥感水汽探测的基本构想和需要解决的关键问题,并对非差精密单点定位的主要误差源进行了简要分析和评述。     

利用GPS技术遥感哈尔滨地区大气可降水量的分析

利用2004年6月哈尔滨GPS跟踪站的观测资料和气象资料,对哈尔滨地区的大气综合水汽含量进行反演,根据反演结果得出GPS反演的水汽含量与实际降水以及地面气象元素的对应关系。并对利用GPS技术遥感大气综合水汽含量时应注意的事项提出建议。     

提高手持GPS面积测量精度的一种有效方法

通过用手持GPS对长春市城区25块街区的测量面积与1:500地形图上同名地块面积的比较,得出当地块面积大于10万m2时,手持GPS一次测量的面积精度为0.32%～0.56%,平均为0.51%;通过回归分析技术对手持GPS测量的面积进行改正,所测面积的平均精度可提高到0.3%.     

一种面向大区域不规则河道的水流仿真方法

从3D GIS的需求出发,实现了一种适合在大区域范围内仿真不规则河道中水流的方法。该方法综合研究了在大区域环境下仿真水流的LOD方案、场景数据组织与调度、水面建模方法以及水面反射、波浪、动态高光等现象的模拟方法。在金沙江下游梯级水电站水文泥沙数据库及信息管理分析系统中的应用证明了该方法的可行性。