GPS掩星观测的发展及其在气象业务中的应用现状

GPS无线电掩星探测技术已经发展成为一种强有力的、相对经济的观测全球大气的方法.多年对GPS/MET概念卫星、CHAMP和SAC-C等GPS掩星观测的研究表明,GPS掩星观测资料与其他卫星资料相比具有很高的观测精度和垂直分辨率等优点,并且GPS掩星观测不受天气状况的影响,因此对其在天气预报及气候的应用有独特的优势.GP...     

地空基GPS探测应用研究进展

GPS大气探测(GPS气象学)目前已成为国际GPS应用的热点问题，可分为地基和空基应用两个方向。目前，地基的研究和应用技术已基本成熟，并从技术研究走向业务应用；在空基探测方面，国际上很多国家和地区都实施并发射了GPS应用气象小卫星，美国国家极轨环境卫星(NPOES)和欧盟极轨气象卫星系列(METOP)也都将搭载星载的GPS接收机，用于对地的掩星探测。GPS气象学已成为卫星气象学的一部分，它所获得的稳定的覆盖全球的对流层和平流层温度、气压、水汽和空间电子浓度的廓线资料，对气象预报、气候变化和空间天气的研究业务应用具有重要的应用价值。     

中尺度气象学研究与中国气象科学研究院

近50年来, 中尺度气象学研究一直是中国气象科学研究院的首要课题。早在1963年, 中国气象科学研究院就开始参与主持国内首次长江三角洲地区中尺度气象学试验。此后, 又先后主持了“京津冀灾害性天气监测和超短期预报基地” (1986—1990年)、“海峡两岸及邻近地区暴雨试验研究” (1997—2003年)、“我国重大天气灾害形成机理与预测研究” (1998—2003年) 以及“我国南方致洪暴雨监测与预测的理论和方法研究” (2004—2009年) 等国家重大科技项目。在这些项目中, 中国气象科学研究院与有关单位密切合作, 独立自主地完成了数字天气雷达系统、多普勒天气雷达系统、车载多普勒天气雷达系统、风廓线雷达系统、全自动扫描双通道微波辐射计、自动气象站网、中尺度气象资料自动收集、处理、分析及显示集成系统等研制工作, 并且研制发展了中尺度非静力大气数值预报模式。利用现代中尺度大气探测网, 组织实施了多次中尺度暴雨等大气综合观测试验, 取得了丰富的中尺度观测资料, 为我国中尺度气象发展奠定重要的科学与技术基础, 做出了重大贡献, 先后获得了16项国家科技奖励。     

利用LAPS系统同化地基GPS水汽资料的应用研究

介绍了武汉暴雨研究所引进的LAPS系统(Local Analysis and Prediction System)在水汽分析中应用GPS水汽资料的方法。设计三种试验方案与实况进行对比分析,并结合WRF模式模拟,研究GPS水汽资料在LAPS系统中的作用以及对预报的影响。结果表明,LAPS同化GPS水汽资料后,对湿度场产生较大调整;对比各方案LAPS输出的可降水量后发现,GPS水汽资料的作用比雷达资料大一个量级;从模式模拟试验结果比较看出,LAPS对GPS水汽的同化能改善GPS测站分布区域降水预报,并对下游暴雨的预报也有正效果,能提高暴雨量级的Ts降水评分。     

水汽导风在GRAPES模式中的同化应用

分析探讨了水汽导风（AMV-WV）资料的分布、质量,并使用国家气象中心准业务数值预报系统GRAPES_GFS₁-4-2-3版本进行了2013年5月1个月的数值预报影响试验。观测资料从国家信息中心的要素库中获取。结果显示:AMV-WV资料的主要分布在700hPa以上高度,云区QI（质量标识）大于80的AMV-WV其观测误差和红外导风相当;对数值预报影响试验表明云区AMV-WV资料对500¹00hPa高度上的风场分析是有改善的,分析的均方差略有减小,对6天预报500hPa高度距平相关系数提高0.02;晴空区AMV-WV的观测质量在700hPa以上相对较差,对分析和预报没有改进。     

多功能高精度GPS探空仪系统

该项目目标是研制具有国际先进水平的无线电数字探空仪系统，为天气气候分析预报提供更加准确的高空观测资料。多功能高精度GPS探空仪系统由GPS信号接收处理模块、电子探空仪、地面跟踪接收设备和系统资料接收处理软件4部分组成。为实现研制目标，开发研制工作细化为以下内容。     

GPS气象观测应用的研究进展与展望

GPS(Global Position System)是美国第二代卫星导航系统。它的出现带来了当今世界上军事、民用导航技术的全面革新,在许多科学研究领域得到了极为重要的应用。同样地,在气象科学研究和业务应用方面也展示了广阔的前景。地基和空基的GPS气象探测已被看成为支持21世纪WMO计划的一种新的全球综合高空观测系统。美国气象学会第78届年会有不少相关研究报告,集中反映了欧美GPS气象应用的开发研究最新进展,可概括为以下3方面:(1)由UCAR(University Corporation for Atmospheric Research)主持的GPS/气象学(GPS/MET)计划已经取得了成功。1995年4月3日发射了一颗低轨卫星(ML-1),利用低轨卫星对GPS卫星进行掩星观测,可以获得5～45km高度范围内高分辨率的温度廓线(误差1～2℃)以及在5km高度以下大气层的温度分布已知的条件下(精确到2℃),确定这一层中水汽压垂直分布。更具吸引力的应用是将大气折射率或射线偏转角这些基本物理量直接同化到高分辨率的全球或中尺度天气预报模式中去,以提高预报的准确性。只要发射8颗低轨卫星,总费用约1亿美元,便可以为天气业务预报？     

GPS水汽探测原理及应用

随着地基GPS技术日益完善以及GPS气象学研究的迅速发展,地基GPS探测技术已经成为一种有效的大气水汽探测手段,可提供高精度、高容量、快速变化的水汽信息。介绍地基GPS遥感大气可降水量的基本原理,分析国内地基GPS水汽探测取得的主要成果及应用现状,展望GPS水汽探测的发展及潜在应用。     

地基GPS/MET研究回顾与展望

GPS气象学（GPS/MET）是20世纪90年代兴起的一种大气遥感技术。经过近10多年的发展,GPS/MET技术正逐步从科研走向业务应用。介绍了地基GPS/MET遥感大气水汽含量的基本原理,简单回顾了地基GPS/MET的发展历程,并根据其发展现状,对地基GPS/MET应用前景和发展趋势进行了展望。认为,未来地基GPS/MET的发展主要体现在加强中尺度站网建设、发展和完善斜路径基础上的层析技术,以及资料产品在天气预报（尤其是临近预报）、气候监测和评估、中尺度数值模式等方面的应用。     

基于内容的气象影视检索方法

GPS系统在气象中的应用,为探测大气有关气象要素提供了一个新的技术方法。山西省观象台正在建设中的GPS/MET、GPS控空将使山西省气象探测技术提高到一个新水平。GPS/MET、GPS探空项目的建设,将为拓宽气象服务领域创造一个良好的条件。     

江西省GPS/MET水汽监测系统设计

GPS/MET水汽监测是20世纪90年代后兴起的一种大气水汽含量遥感方法。在介绍了GPS测量水汽的原理的基础上,对江西省GPS/MET水汽监测站网布局的原则及其结构功能进行了探讨。探测系统主要包括GPS基准站子系统、数据通信子系统、控制中心子系统、数据中心子系统。     

GPS水汽资料在江西强对流天气预报中的初步应用

利用GPS/MET 水汽监测资料,对2009-2011 年江西省8 次具有代表性的强天气过程的GPS 可降水量变化进行分析和研究,并重点对2011 年6 月10-15 日的降水过程进行分析.结果表明,在每次强天气的发展过程中,水汽含量其增长率均表现为不均匀,但均呈现剧烈增长;6 次强天气过程的初始GPS 可降水量高于6...     

地基GPS遥感大气水汽含量及在气象上的应用

简单介绍了地基GPS遥感大气水汽含量的原理以及GPS反演水汽信息的种类,比较了两种GPS数据解算水汽策略,分析了在解算过程中影响GPS水汽精度的因子。最后简述了GPS水汽在气象上应用的进展,并提出了以后需努力的方向。     

A PRELIMINARY STUDY ON THE QUALITY CONTROL METHOD FOR GUANGDONG GPS/PWV DATA AND ITS EFFECTS ON PRECIPITATION FORECASTS IN ITS ANNUALLY FIRST RAINING SEASON

We first analyzed GPS precipitable water vapor (GPS/PWV) available from a ground-based GPS observation network in Guangdong from 1 August 2009 to 27 August 2012 and then developed a method of quality control before GPS/PWV data is assimilated into the GRAPES 3DVAR system. This method can reject the outliers effectively. After establishing the criterion for quality control, we did three numerical experiments to investigate the impact on the precipitation forecast with and without the quality-controlled GPS/PWV data before they are assimilated into the system. In the numerical experiments, two precipitation cases (on 6 to 7 May, 2010 and 27 to 28 April, 2012 respectively) that occurred in the annually first raining season of Guangdong were selected. The results indicated that after quality control, only the GPS/PWV data that deviates little from the NCEP/PWV data can be assimilated into the system, has reasonable adjustment of the initial water vapor above Guangdong, and eventually improves the intensity and location of 24-h precipitation forecast significantly.     

Parallel Computing of a Variational Data Assimilation Model for GPS／MET Observation Using the Ray-Tracing Method

The Spectral Statistical Interpolation (SSI) analysis system of NCEP is used to assimilate me-teorological data from the Global Positioning Satellite System (GPS/MET) refraction angles with thevariational technique. Verified by radiosonde, including GPS/ME% observations into the analysis makesan overall improvement to the analysis variables of temperature, winds, and water vapor. However, thevariational model with the ray-tracing method is quite expensive for numerical weather prediction andclimate research. For example, about 4 000 GPS/MET refraction a;~gles need to be assimilated to producean ideal global analysis. Just one iteration of minimization will take more than 24 hours CPU time onthe NCEP‘s Cray C90 computer. Although efforts have been taken to reduce the computational cost, it isstill prohibitive for operational data assimilation. In this paper, a parallel version of the three-dimensional variational data assimilation model of GPS/MET occultation measurement suitable for massive parallelprocessors architectures is developed. The divide-and-conquer strategy is used to achieve parallelism and isimplemented by message passing. The authors present the principles for the code‘s design and examine theperformance on the state-of-the-art parallel computers in China. The results show that this parallel modelscales favorably as the number of processors is increased. With the Memory-IO technique implemented bythe author, the wall clock time per iteration used for assimilating 1420 refraction angles is reduced from45 s to 12 s using 1420 processors. This suggests that the new parallelized code has the potential to beuseful in numerical weather prediction (NWP) and climate studies.     

济南地区大气可降水量三种观测反演资料的对比分析

大气可降水量在研究大气辐射和吸收,以及全球的热量输送,尤其是暴雨的预报预测等方面都发挥着重要作用。应用2015年章丘站GPS/MET、微波辐射计和L波段探空3种设备反演的大气可降水量数据,比较了三者之间的偏差特征。结果表明：GPS/MET、微波辐射计和L波段探空3种设备反演的大气可降水量变化趋势一致,但也存在明显的系统偏差,量值从大到小分别是GPS/MET、微波辐射计、L波段探空。三者之间的偏差在春夏秋冬四季的差值都较为稳定;GPS/MET比微波辐射计偏大4.5 mm左右,不会因为季节的改变而明显地增大或减小。但标准差最大是夏季,其次是秋季,冬季最小。由于12：00 UTC水汽含量大于00：00 UTC,造成3种探测手段反演的大气可降水量在12：00 UTC的标准差几乎总是大于00：00 UTC,而相对偏差小于等于00：00 UTC。     

不同云天条件下水汽含量特征及其变化分析

大气中水汽含量的探测，是人工影响天气的基础条件之一，我们利用2002年6月18日到28日期问，安徽屯溪站的GPS水汽监测数据分析了该站出现不同云天条件下的水汽含量的特征，提出了适合人工影响天气作业的云天条件。以及分析该时段内水汽含量时间变化序列，发现发生降水前，水汽含量会有一个跃变，一般会达到60mm以上，这是实施人工增雨作业的最佳时问。     

阻塞动力学研究进展与展望

简介了大气阻塞动力学在多平衡态理论和外源强迫的共振理论、孤立子及偶极子理论、强迫耗散ＫＤＶ动力学以及天气扰动的激发等几方面理论研究的进展。并对阻塞动力学的研究进行了展望。