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。     

顾及边界信号及垂直约束的GNSS水汽层析方法

利用GNSS三维水汽层析技术获取大气水汽分布信息,具有全天候、高时空分辨率、高精度和经济实用的优势.但目前只考虑层顶信号的层析模型,存在观测数据利用率低、网格空格率大的问题,此外采用的垂直约束方程与实际水汽分布符合程度也较低.本文基于探空信息拟合的函数建立垂直约束,设计并实现了一种顾及边界信号的层析方法,利用香港CORS网数据和无线电探空产品进行精度验证,详细分析了边界信号对层析结果的改善程度,同时分析了垂直约束方程对层析结果的影响.研究结果表明:边界信号的加入使得观测量提高了51.9％,网格空格率大幅降低,解算结果的平均均方根误差降低了12.1％;相对于基于垂直方向上水汽分布呈指数递减特性建立的传统约束方程,本文采用的垂直约束解算结果的平均均方根误差降低了5.7％.     

GNSS/MODIS信号紧耦合水汽层析算法

GNSS水汽层析技术凭借高精度、高时空分辨率及全天候监测等优点,已成为探测大气水汽最具潜力的技术之一.目前,融合多源大气遥感数据逐步成为弥补传统层析模型GNSS信号几何缺陷的研究热点.本文利用Terra卫星上的中分辨率成像光谱仪(moderate resolution maging spectrorad ometer,...     

GNSS对流层水汽监测研究进展与展望EI北大核心CSCD

对流层是近地空间环境中与人类活动联系最为密切的大气层,而水汽是低层大气圈中最重要的组成部分之一。尽管水汽在对流层中所占比例较小,但在一系列天气和多种气候变化中都扮演着重要角色。随着全球导航卫星系统(GNSS)的快速发展,GNSS对流层水汽监测成为重要的研究和应用方向。本文系统介绍了GNSS多维水汽监测及其在相关方面应用的研究现状和进展。GNSS水汽监测研究方面,当前主要集中在二维大气可降水量监测和三维湿折射率/水汽密度廓线反演两部分;GNSS水汽应用研究方面,当前主要包括定位、短临降雨及旱涝监测、数值同化预报等。     

GNSS水汽层析的自适应非均匀指数分层方法

GNSS水汽层析技术在中小尺度灾害性天气的监测和预警中发挥着重要作用。常见的GNSS水汽层析技术在垂直分层时采用均匀分层,不符合大气水汽在垂直方向上的实际分布情况。本文以大气水汽密度为依据,提出一种自适应非均匀指数分层方法。该方法大大降低了各层之间的水汽密度差异,提高了水汽层析模型分层精度,且能够实现对任意给定层析区域的自适应分层建模。利用2019年8月香港CORS实测数据和探空数据对该方法进行试验与分析,与传统均匀分层相比,自适应非均匀指数分层的均方根误差和平均绝对误差分别降低了0.401 g/m³和0.223 g/m³,在低海拔处和恶劣天气下层析结果的精度和质量显著提高。     

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。     

上海GPS网层析水汽三维分布改善数值预报湿度场

全球导航卫星系统（GNSS）水汽层析反演技术是目前获取对流层水汽三维分布的重要方法。考虑到代数重构算法在迭代反演中具有节省计算机内存且计算稳定度高的优点,对代数重构算法在GNSS水汽层析中的应用进行了研究。研究结果表明,受水汽在对流层中的分布情况的影响,传统的加法代数重构算法在实际的层析解算中,会出现较大的重构误差,而乘法代数重构算法和调整了松弛参数向量的加法代数重构算法则大大提高了层析解算的精度;代数重构算法较附加约束条件的层析解算方法更易受到观测值误差的影响,但采用乘法代数重构算法可以获得优于加法代数重构算法的结果。     

中国大陆GNSS连续站观测噪声的时空分布

为了全面分析我国大陆及其周边GNSS连续站噪声的空间分布规律,该文基于陆态网络260个GNSS连续站和周边区域10个IGS站的观测数据,利用GAMIT/GLOBK软件进行解算,得到各站的坐标值及其N、E、U 3分量误差值,制定筛选标准,依据该标准剔除质量差的测站,剔除异常值;利用Matlab软件,按照东向(E分量)、北向(N分量)、垂向(U分量)3个方向进行拟合,并提取各测站单日解的最大误差值出现的年积日,绘制其在我国大陆的空间分布图,得到中国大陆GNSS连续站最大单日误差值的时空分布特性图。发现大部分GNSS连续站单日最大误差值集中在夏季(7月居多)并分析了原因。     

基于水汽垂直指数分布特征的PWV快速层析方法

GNSS水汽层析技术可以反演对流层水汽三维时空变化情况,但该技术比较复杂、运算量大,需要消耗一定的时间.故本文提出了一种利用地基GNSS反演的大气可降水量(precipitable water vapor, PWV)结合水汽在垂直方向上的指数分布特性来计算大气水汽三维分布的快速层析方法.该方法利用香港地区2022年8月的GNSS数据开展试验,与传统GNSS水汽层析方法进行对比.试验结果表明：两种方法的层析解算结果与探空数据均具有良好的一致性.虽然快速层析方法的解算结果在底层区域缺少一些水汽变化的细节信息,精度略逊于传统层析方法,但是在中、高层时精度会有所提升,层析解算结果良好.而且本文提出的快速层析方法无需构建和解算复杂的层析方程组,可以在大量GNSS测站参与水汽层析时减少计算复杂度,提升运算能力,同时可以更快地得到任意高度层的水汽密度,是一种简便、高效的层析方法.     

基于中尺度气象模式（MM5）计算GNSS对流层水汽延时

基于中尺度气象模式MM5得到的三维气象场数据,建立了渤海湾地区的湿折射率场。采用切比雪夫多项式和微积分等数学方法计算了GNSS卫星信号传播方向上的水汽延时。通过与Bernese软件处理的GNSS结果比较分析来看,二者天顶总延时相差最大不超过2cm,在1cm附近波动。得到的湿延偏差在7mm左右,最大相差10mm.MM5模式积分计算的水汽延时结果可信,具有较理想的精度。     

约束条件对匈牙利水汽层析的影响分析

水汽的监测,是GNSS应用中一个重要的方向。本文旨在分析不同的约束条件,对匈牙利地区水汽层析的影响。本文根据匈牙利地区的GNSS数据,分别采用4种不同的约束形式,对水汽的三维分布进行了重建实验。实验结果表明,4种约束形式中,水平约束的平均相对误差最小,约为1.9%,并且回归方程的拟合度也最好。因此,得出结论,匈牙利地区水平约束在水汽层析重建中的效果最好,可广泛应用于当地的水汽三维监测。     

天津地区大气水汽含量时空分布变化

大气中的水汽是大气中重要的组成部分,水汽含量在人类日常生活中扮演重要的角色,大气水汽含量探测工作对于水汽循环、水汽输送、人工降水以及水资源评估等气象研究具有重要意义。本文对高质量的欧洲中期数值预报中心(ECMWF)再分析资料的进展进行了介绍,并且利用该资料对天津地区水汽含量的时空变化进行了分析,研究发现水汽含量的变化具有明显的季节性,受季风的影响显著。在空间分布上,天津上空水汽含量呈现从东部沿海往西部内陆地区逐步均匀减少的趋势,并且其上空的水汽含量呈现逐年增加的趋势,水汽含量的增加可能和温室效应有关。     

约束条件对GPS水汽层析解算的影响分析

附加约束条件的层析解算是解决GPS水汽层析观测方程不适定性的主要方法之一。本文对水汽层析中用到的各种约束条件进行了详细阐述,并利用模拟的两个GPS网分析了约束条件对层析解算的影响。结果表明,当水汽在水平方向变化较为平缓时,水平约束方程的权阵对层析结果具有较大的影响。另外,当GPS网测站间的相对高差较小时,仅利用GPS技术很难实现对水汽的准确监测,且层析结果的可靠性在很大程度上依赖于先验信息的精度。但是,对于测站间相对高差较大的GPS网来说,层析结果对先验信息的依赖性明显减弱,即使不采用其它观测手段获取的先验信息,也能得到可靠的层析解。     

基于陆态网络的区域水汽变化分析

利用陆态网络基准站观测数据,计算站址上空的可降水汽量,为天气分析预报、数值天气预报、人工影响天气等领域提供基础信息。通过陆态网基准站试运行情况,选取华中某地区5个陆态网基准站观测资料,利用GAMIT 软件解算出天顶湿项延迟和大气可降水量计算结果,结合当地实际观测降水进行了比较分析。     

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%。     

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。     

由Saastamoinen和Hopfield模型推算水汽含量的比较与分析

详细介绍利用ＧＰＡ数据推算大气水汽含量的过程。根据Ｓａａｓｔａｍｏｉｎｅｎ和Ｈｏｐｆｉｅｌｄ两种模型利用实测数据对大气水汽含量进行了推算,并对其结果进行了比较和分析,得到了一些有益的结论。     

基于北斗卫星的水汽探测性能分析

本文利用北斗试验网的数据,结合探空观测,对北斗系统与GPS系统,北斗、GPS与探空系统之间进行详细的比较分析,对北斗水汽探测性能及精度给出初步分析结果。北斗系统与GPS系统及探空系统大气可降水量的探测结果较一致,很好地反映了大气可降水量的变化情况;北斗系统解算出的大气可降水量大于GPS系统,两个系统间存在2~3.3 mm的系统误差,水汽含量较低时,一致性更好;北斗系统与探空的系统误差和标准偏差较大,定位定轨模型有待优化,系统稳定性有待提高。     

利用GPS技术反演中国大陆水汽变化

利用中国地壳运动监测网络2004年的GPS数据,结合测站对应气象要素,计算出大气中的水汽。采用张性样条网格化法绘制中国大陆地区2004年各月份的水汽变化图,得到了水汽含量整体变化趋势与中国年降水量分布趋势相一致的结论。