基于地基GPS水汽资料对成都地区一次暴雨过程的分析

本文利用成都地区地基GPS得到的GPS-PWV对2008年一次暴雨过程进行了综合分析,得出了成都地区GPS-PWV的变化同实际降水间存在的相关性.结果表明：GPS-PWV对于空中水汽变化具有很高的敏感性,能及时反映大气中水汽的时空变化;降水强度的极大值滞后于可降水量的峰值,对降水有一定的提前性;强烈的上升运动有利于PWV的积累增长,并且上升运动的强度同GPS-PWV的大小有很强的相关性;GPS-PWV处于高值区时往往大气都处于不稳定的状态。     

北京“7〖DK〗·21”特大暴雨过程时空特征解析

利用高密度自动站观测记录和长序列气象站观测资料,对2012年7月21日北京地区特大暴雨过程的时空演化规律进行了分析。结果表明:"7·21"特大暴雨期间,全市累积降雨量大于100mm的站数达到211个,占全部测站数的92%,96个站累积雨量大于200mm,12个站大于300mm;多数地区降雨时长超过16h,密云大成子站降水时间最长,达到20h,强降雨时长在西南房山和门头沟最大;最大小时雨强中心出现在东北和西南区域,东北部最大雨强中心较突出;平均雨强高值阶段出现在21日18:00—21:00,其中19:00雨强最大,达到22mm/h,但最大雨强在70mm/h以上的高强度降雨发生在21日13:00—14:00(门头沟龙泉站)和19:00—22:00,20:00—21:00平谷挂甲峪站高达100.3mm/h;城区及其附近地带20mm以上量级的小时降雨强度较大,同时傍晚阶段平均累积雨量增长速率快,平均小时降水强度偏大;房山站21日雨量位居1961年以来逐年最大日降水量第2位,仅次于1979年7月18日降雨量,而全市15站平均21日雨量打破了1961年以来的最大日降水量记录,比处于第2位的1963年8月9日平均雨量高出43mm。     

地基GPS水汽资料在石家庄一次暴雨过程中的应用

利用石家庄市地基GPS可降水量和逐时高时间分辨率地面气象资料,对2006年8月14日发生在石家庄地区的一次暴雨天气过程进行了分析。结果表明:此次暴雨发生前高能高湿,可降水量有一个缓慢积累过程;暴雨期间可降水量达最大,且可降水量极大值出现时间与降水强度吻合;降水结束后可降水量迅速下降。     

地基GPS水汽资料在石家庄一次暴雨过程中的应用

利用石家庄市地基GPS可降水量和逐时高时间分辨率地面气象资料,对2006年8月14日发生在石家庄地区的一次暴雨天气过程进行了分析.结果表明:此次暴雨发生前高能高湿,可降水量有一个缓慢积累过程;暴雨期间可降水量达最大,且可降水量极大值出现时间与降水强度吻合;降水结束后可降水量迅速下降.     

地基GPS水汽资料在北京“7·10”暴雨过程研究中的应用

利用2004年7月9-11日北京房山地基GPS探测网逐30分钟柱积分水汽总量(PW,Precipitable Water Vapor)资料,通过分析和数值模拟研究了北京2004年7月10日暴雨天气过程。观测分析表明:地基GPS测站上空水汽总量值的时间变化趋势对暴雨的发生、发展以及过程降水量的分析和预报有一定指示意义。利用NCEP全球预报系统GSF分析场资料作为背景场,采用12/4km双向两层嵌套WRF模式及其三维变分系统,通过同化7月9日1200 UTC地基GPS水汽总量等观测资料进行了36小时数值对比试验。数值研究表明:地基GPS水汽总量数据资料的初值同化明显增强模式初始场湿度,明显提高模式对该暴雨过程降水时段、落区和强度的预报水平。     

地基GPS水汽资料在1709“纳沙”台风暴雨过程中的应用分析

利用赣州市地基全球定位系统(GPS)观测网反演后得到的大气可降水量(GPS PW),分析了2017年7月31日"纳沙"台风暴雨过程,发现GPS PW与实际降水有相关性,对降水时间和强降水的预报预警有重要的指示意义。研究结果表明,GPS PW能有效反映出大气中的水汽变化,当GPS PW持续增长或下降1～4h后,实际降水则开始或结束,当GPS PW达到最大值时,则强降水发生;不同海拔高度的站点GPS PW阈值是不同的,海拔高度在200m以上的站点,随海拔高度增加,阈值减小;上升运动越强越有助于GPS PW增长;根据GPS PW提供的精确的水汽变化,再结合热力、动力条件,发现过程结束后GPS PW的显著减小,主要是由于降水导致的。     

引入地基GPS可降水量资料对一次西南涡暴雨水汽场的初步分析

利用成都地区4个地基GPS站遥感的大气可降水量(GPS-PWV)数据,结合自动气象站雨量和NCEP再分析等资料,对2008年7月20～22日一次由高原涡诱生西南涡引发的四川盆地暴雨过程的水汽变化进行了分析。结果表明,降水开始前GPS-PWV有一个急升过程,且与过程1h最大雨量有较好的对应关系,GPS-PWV的增幅和所达到的最大值可以较好地反映西南暖湿气流对四川盆地水汽的影响程度;而GPS-PWV的骤降则预示降水即将结束。西南涡在GPS-PWV急速上升之后形成于盆地;在其发展强盛时段,盆地处于低空水汽通量大值区和水汽辐合中心,随着西南涡的东移,GPS-PWV逐渐减小至最低水平。     

地基GPS不同水汽反演方法的误差分析

利用湖北宜昌2007年观测的GPS对流层天顶延迟数据,对采用不同水汽反演方法计算的对流层可降水量PW的正确度和精密度进行对比分析。结果显示：不同天顶干延迟计算模型对GPSPW的精密度影响不大,但对其正确度有明显的影响,与探空PW相比,Hopfield模型计算的GPs册的平均偏差最小,Saastamoinen模型的平均偏差次之,而Black模型的平均偏差最大;大气加权平均温度对GPS PW的正确度有重要影响,对其进行本地化订正可以明显减小GPS PW与探空尸形的偏差,但对GPSPW的精密度影响不大;GPS PW与探空PW的相关性受大气水汽含量的影响,当大气水汽含量较低（PW≤65mm）时,两者的相关系数可达0．92,两者的平均偏差为3．8mm,偏差的均方差为6．4mm,而当大气水汽含量较大时,GPS PW与探空PW的偏差会增大,两者的相关系数会变小,这可能与GPS水汽反演方法有关;GPS PW比探空PW偏小,这可能是由两种探测方法的不同所造成的系统偏差。     

川西高原地基GPS遥测可降水量特征

利用JICA项目在川西高原建设的地基GPS站观测资料,分析了川西高原可降水量特征。与探空站资料计算的可降水量比较,地基GPS遥测的可降水量平均误差0.17mm,精度可满足气象应用需求。全年可降水量川西高原北部为3289.6mm,川西高原南部为8164.4mm。川西高原夜间可降水量略大于日间;夏季最多,秋季次之,冬季最少,四季干湿分明,冬夏差异显著;月变化明显,昼夜月变化趋势基本相同。     

云南地基GPS观测大气可降水量变化特征

利用2007年云南地基GPS站点观测资料,分析GPS反演的大气可降水量(PWV)变化特征,并用探空、实际降水量资料和GPS反演结果进行比较。结果表明:GPS/PWV能反映云南降水的季节变化特征,海拔较低的测站普遍比同期海拔较高的测站测得的GPS/PWV值高;GPS/PWV值与探空得到的大气水汽总量随时间演变趋势基本一致,其相关系数均达0.89;GPS/PWV变化周期和实际降水发生的周期基本相同,降水大多为GPS/PWV值连续增加达到峰值(或从峰值开始下降)后开始;GPS/PWV上升幅度较大或位于高位可作为连续性强降水过程出现的预报指标,但使用GPS/PWV峰值作预报指标时,还应考虑季节因素。     

地基GPS反演大气可降水量方法的改进

利用地基GPS反演大气可降水量（PW,precipitable water）的方法中,GPS PW的准确度依赖于天顶静力延迟（ZHD,zenith hydrostatic delay）的计算模型和转换系数П。分析Saastamoinen模型、Hopfield模型、Black模型计算的ZHD误差发现,其计算的ZHD与探空ZHD相比具有模型偏差,这些模型偏差换算成对GPS PW的影响约为4～10 mm。通过回归建模,对Saastamoinen模型、Hopfield模型和Black模型中的系数进行修正后,可明显减小这些模型偏差,且不影响这些模型的精度。转换系数П是大气加权平均温度（Tm,atmospheric weighted mean temperature）的函数,Tm与地面温度（Ts）高度相关,根据这一特性,利用9个探空站数据通过回归建模得到的Tm本地化模型可很好地拟合Tm,其模型均方差为2.8 K,对应的相对误差为1.0%。对地基GPS反演PW的方法进行改进后,求得的GPS PW的系统偏差明显减小,其中,采用改进的Hopfield模型和Tm本地化模型求得的GPS PW,与探空廓线计算的PW相比,其偏差为-1.6 mm,而与微波辐射计廓线计算的PW相比,其偏差为-1.2 mm。     

地基GPS水汽监测技术及气象业务化应用系统的研究

本研究建立了川渝地区地基GPS（global positioning system,全球定位系统）遥感水汽的本地化计算模型,开发出GPS遥感水汽的计算软件包,开展了局域地基GPS观测网遥感大气水汽的试验及业务应用,反演出30 min间隔的高时间分辨率GPS可降水量序列。评估了反演精度,研究了GPS水汽产品在气象业务应用的可行性。研发了可搭建在MICAPS（meteorological information comprehensive analysis and process system）平台上的地基GPS水汽监测业务化应用系统,实现了局域地基GPS观测网数据的实时传输、数据解算、可降水量反演和GPS水汽产品的可视化,并在气象业务部门试运行,在强降水、暴雪等灾害性天气预报中发挥了独特作用。本项目组系统性研究了GPS可降水量的时间变化、水平分布,分析了GPS可降水量与气温、气压、比湿、辐射和降雨量等地面气象要素以及与局地环流、水汽输送和循环等大气过程及地形的对应关系。研究了GPS水汽产品在几类典型灾害性天气（西南暴雨、持续性降水、冰冻雨雪、大雾）以及人工增雨中的演变特征,揭示了GPS探测水汽技术及其产品在天气预报业务中的应用方法。进行了GPS可降水量的日循环合成分析,GPS可降水量在华北暴雨、西南暴雨、华西秋雨、四川盆地夜雨等方面的应用研究,以及不同云系降雨过程、不同类型降雨过程中GPS可降水量的对比分析。例如,对不同类型降雨过程中GPS-PWV（precipitable water vapor by GPS,GPS可降水量）的比较表明,在夏季暴雨发生前5～10h,GPS-PWV的激增可很好地预示其后的强降雨天气;而对于类似秋绵雨的一般性持续降雨来说,GPS-PWV的连续大幅递增或递减并超过平均值可作为降雨开始或结束的预报依据;对于不同类型降雨天气过程GPS-PWV具有不同的日变化特点,它能及时反映水汽的局地变化特征,作为水汽异常输送中的强信号,GPS-PWV在降雨天气分析及预报中具有重要的指示意义。     

华北地区地基GPS水汽反演中加权平均温度模型研究

运用几种不同的加权平均温度的算法,计算了华北地区张家口、北京和邢台的加权平均温度。结果表明,对于华北地区而言,常规的计算模型普遍存在一定的系统误差。在对加权平均温度与地面各气象要素的关系分析基础上,分别建立了华北地区基于地面气象要素的单因子和多因子回归方程,较好地满足了GPS遥感水汽总量实时性和高精度的要求。     

华北三站地基GPS反演的大气可降水量及其特征

利用2005年4月-2006年10月石家庄、秦皇岛和张家口三个地基GPS站的观测资料和地面气象资料,根据GPS反演可降水量的原理以及可降水量与地面水汽压的线性对应关系,对不同站点、不同时次的大气可降水量进行了解算和补算,并对河北省GPS可降水量的时空分布特征进行了分析.结果表明:可降水量在时间上先升后降,7、8月达到最大值;在空间上由北向南递增;可降水量的日变化特征不十分显著,仅表现为小幅度波动.     

基于地基GPS大气可降水量的福建水汽资源时空分布特征分析

利用福建省2010—2019年地基GPS站大气可降水量资料、地面气象观测资料和探空数据及ERA-Interim再分析资料,分析福建水汽资源的季节、月、日变化特征,并采用EOF、Mann-Kendall和滑动t检验等方法对近10 a水汽资源的时空分布和变化特征进行分析.结果表明:相较于ERA-Interim再分析资料,福...     

海口地区GPS反演大气可降水量中加权平均温度模型构建及其应用

地基GPS反演大气可降水量(precipitable water,PW)中,加权平均温度(T_m)是一个非常重要的参数。为提高海南岛PW反演的精度和可靠性,基于海口站2008—2010年探空数据计算的T_m,分析T_m时间变化特征及其与地面气象要素的关系,在此基础上利用2008—2012年数据建立T_m单因子、多因子回归模型和加入年积日的回归模型,并利用2013—2014年数据对模型进行检验。进一步基于2012年5—10月数据对基于T_m单因子和多因子模型的GPS反演PW进行检验。结果表明：本地化单因子、两因子T_m模型均方根误差分别为2.000和1.978 K,与Bevis公式、常数法相比,本地模型误差较小,与探空资料计算的T_m有良好的一致性。与Bevis模型相比,基于本地单因子和多因子T_m模型的GPS反演PW与探空资料计算的PW相关性更高,偏差更小;与多因子线性模型相比,基于加入年积日的T_m模型的G...     

四川盆地一次强降水过程水汽特征

利用WRF模式、地基GPS资料以及常规气象观测资料,结合模式输出资料的高空间分辨率(10km)和GPS大气可降水量(GPS-PWV)资料的高时间分辨率(30min)的优点,对2008年7月20—22日四川盆地一次暴雨过程的水汽变化特征及各物理量与大气可降水量的关系进行综合分析。结果表明:此次降雨过程是由高原涡和西南涡共同作用引起,WRF模式能够较好地模拟出降雨落区和强度。GPS-PWV反映的大气可降水量增减趋势与WRF模拟的较为一致。水汽密度垂直分布反映了大气可降水量分布,水汽密度随高度增加而递减,降雨初期,水汽密度随高度减小迅速,降雨强盛时期,水汽密度随高度减小的速度减慢。水汽辐合使得水汽密度和大气可降水量增大,风的散度项与水汽通量散度的变化一致,而水汽平流项对水汽辐合贡献较小,水汽的辐合主要由风场辐合造成。     

2017—2018年辽宁地区三次降雪天气的GPS水汽变化特征

利用欧洲中心（European Center for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF） ERA-interim再分析资料、常规气象观测资料及GPS （Global Position System）系统探测的大气可降水量（Precipitable Water Vapor,PWV）资料,对2017—2018年辽宁地区三次中雪及以上量级的降雪过程中大气可降水量的演变特征进行分析。结果表明：三次降雪过程中PWV均呈现单峰式结构,其与小时降雪量之间存在较好的时间对应关系,降雪时段对应PWV高值阶段;在降雪出现前6—15 h,PWV迅速增加,且PWV总增长量与降雪强度存在较好的正相关关系。     

大连地区地基GPS水汽自动处理系统设计

简要概述基于GAMIT开发的大连地区地基GPS水汽自动处理系统的总体结构,设计思路,以及具体实现过程;还对系统反演的水汽资料进行精度检验以及误差分析,并介绍了系统反演水汽的质量控制方法,运行中常见故障的处理方法和日常业务中应用情况.初步应用结果表明:系统可用于解算地基GPS观测数据,获取高时空分辨率的水汽资料,用于天气分析和预报.系统具有解算精度高、运行稳定、自动化程度高等特点,具有很好的推广价值和业务使用价值.     

地基GPS/PWV在降水过程中的突变与缓变性特征

用江苏省2009-2011年57个地基GPS/MET监测网获取的逐时大气可降水量(PWV)和同期降水及JMA(Japan Meteorological Agency)再分析资料,探讨了PWV的日际和逐时变化与不同时间尺度和强度的降水间的关系。结果表明:PWV日际变化与降水日变化具有显著相似的形态特征和演变趋势,两者存在较为一致的同步性,总体呈单峰分布,强降水集中期对应着PWV最大时段;PWV在入梅和梅汛期内强降水过程中存在明显突变现象,并提炼了以GPS/PWV突变事件为依据的入梅和梅雨期暴雨预报指标;在不同强度的降水过程中,PWV值域局限在一个特定量值区间,其中20 mm/h以下各级强度降水对应PWV区别明显,GPS/PWV值对应的特定量值随降水强度增大而增大,但20 mm/h以上的各级强降水对应PWV特定量值区别较小;在短时强降水的预报中,除充分的水汽条件外,其强度将取决于天气系统对周边水汽的辐合能力和将入流水汽抬升而成云致雨的动力条件;降水发生前存在水汽的连续、缓变蓄积过程,蓄积过程至少可推前12 h。