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。     

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。     

地基GPS反演大气水汽总量的初步试验

1998年5~6月的“海峡两岸及邻近地区暴雨试验”(HUAMEX) 期间, 同时进行了小规模的地基GPS长时间连续估测大气水汽总量的外场试验。试验中应用探空和地面降水资料与GPS反演结果进行了比较分析。地基GPS反演的大气水汽总量与探空得到的大气水汽总量, 两者随时间演变的趋势一致, 两者估算的水汽总量平均偏低6.5 mm, 两者偏差的均方差为4.3 mm。GPS反演的大气水汽总量随时间明显的呈周期性变化, 平均周期为7.2天。从GPS反演的大气水汽总量随时间演变图上可以清楚地看出水汽的积累与释放过程, 并与地面降水存在一定的对应关系, 地面降水大多发生在GPS反演的水汽总量处于相对高值且变化率较大的时候。     

利用地基GPS/MET反演内蒙古中部地区大气水汽含量

利用内蒙古中部地区地基GPS/MET水汽监测网（三部双频GPS/MET)资料，用水汽解算原理和GAMIT数据解算程序，分析研究内蒙古中部地区大气水汽含量，结合气象探空和双通道微波辐射计资料进行对比分析。     

利用GPS技术推算大气水汽含量的原理和方法

本文简要介绍了GPS技术推算大气水汽含量的研究成果及应用前景，解释了利用GPS技术推算大气水汽含量的原理和方法，简要介绍了求解干延迟的三种经验公式，对GPS观测数据推算大气水汽总量Wp时存在的几种误差进行了分析。     

GPS定位与水汽反演中对流层干延迟的订正研究

根据美国Shreveport地区及中国徐州地区2006年的气象探空资料计算了GPS测量中的大气干延迟,将其作为真值与目前常用的普适模型计算的延迟值进行对比,结果表明,目前常用的几种普适模型在美国Shreveport地区的改正效果要明显好于中国徐州地区,直接反映出普适模型更适合北美地区.利用徐州地区2000-2006年的探空数据计算了大气干延迟值,在此基础上,根据地面气象要素建立了徐州地区大气干延迟的局地订正模型.分析表明,局地订正模型的改正效果好于普适模型.     

地基GPS技术在广东区域水汽分布研究中的应用

利用广东省连续运行卫星定位服务系统（GDCORS）观测资料,采用地基GPS／MET技术线路,用Bemese软件平台求解各参考站上的对流层天顶总延迟和湿延迟。通过推导湿延迟与大气可降水汽含量之间的转换关系得到GPS各测站大气水汽含量。试验结果表明,GPS／MET技术可获得覆盖广东省范围的高时空分辨率的大气水汽总含量分布图。     

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。     

GPS水汽遥感中的大气加权平均温度的变化特征及局地算式研究

根据广东清远1996～2001的气象探空资料,计算了大气加权平均温度,在此资料基础上,利用最优子集回归建立了GPS水汽遥感中的大气加权平均温度局地算式,该算式的精度优于目前广泛使用的Bevis算式。     

GPS水汽遥感中的大气干延迟局地订正模型研究

在GPS遥感水汽过程中,大气干延迟模型的精度直接影响水汽遥感的精度。根据广东清远站1995～2001年的气象探空资料,计算了GPS水汽测量中的实际大气干延迟。在此资料基础上,利用地面气象要素建立了大气干延迟的年和分月局地订正模型。分析结果表明,年模型的精度优于目前广泛使用的普适模型;月模型与年模型相比,效果不是很明显,建立局地分月订正模型意义不大;在对高度角的敏感程度上,局地模型略大些;当高度角小于75时,大气干延迟弯曲路径与直线路径之差ΔS随天顶角增大而迅速增大。     

利用GAMIT对江西省GPS可降水量的反演应用

GAMIT是由麻省理工学院(MIT)和斯克里普斯海洋学院(SIO)开发的拥有高精度的GPS专业处理软件。针对GAMIT软件在Linux操作系统上的安装、GPS观测站的参数表文件和配置文件的编辑、天顶对流层总延迟的解算,以及可降水量的反演的方法和流程进行了探讨,总结了GAMIT软件的一些使用经验和注意事项。同时,利用南昌站每日2次的探空资料所计算的大气可降水量对同时刻运用GAMIT反演的南昌站GPS大气可降水量进行了对比分析,发现运用GAMIT反演的GPS大气可降水量具有较高的精度。     

利用地面GPS技术绝对测定湿大气含量的可能性

从理论和实测资料处理两方面对单基线模式下利用地面GPS技术绝对测定湿大气含量的可能性进行了探讨。由于短基线模式下测定湿大气含量之间的相关性很强,其测定的湿大气含量值必然有较大的相关误差,当用具有相同测段的不同资料组处理时表现为测定参数的不稳定性。在假设卫星的分布是连续而且均匀的情况下,可以从理论上研究相关系数随基线长度和截止高度角的变化,理论的结果和实际情况一致性较好。     

GPS可降水量资料应用于MM5模式的变分同化试验

利用建立在长江三角洲地区GPS观测网中13个站点的资料对2002年6月27~28日影响长江三角洲地区的降水过程进行了MM5背景误差调节和可降水量资料的三维变分同化试验。试验结果表明:背景误差对三维变分同化的效果起着关键作用,模式变量(u,v,T,p和q)误差的水平尺度与NMC方法的平均时间长度有直接的关系。利用NMC方法重新构建的背景误差更接近实际的背景误差。三维变分技术能有效地同化GPS可降水量资料。GPS可降水量资料的同化使用不仅能调整模式初始湿度场,而且也能相应地调整模式初始气压场、温度场和风场。GPS可降水量资料的同化有利于减小模式初始场对可降水量的分析误差,并且有利于减小模式积分初期(3~6 h)可降水量的预报误差。与没有进行GPS可降水量同化相比,通过GPS可降水量资料的三维变分同化,使MM5模式6 h和24 h累计降水能力得到提高,改善了MM5模式降水预报性能。总体上,GPS可降水量资料的变分同化有利于模式降水预报能力的提高。     

地基GPS水汽资料在江西一次大暴雨过程的应用分析

利用江西省54个地基GPS站的逐时GPS PW、降雨资料和NCEP 1°×1°的fnl分析资料,综合分析了2012年5月12日江西中北部地区的大暴雨过程。结果表明,所有地基GPS站的降雨都出现在GPS可降水量(PW)持续增长4—21 h后,其中72.2%的测站的降雨出现在GPS PW持续增长4—12 h后,降雨都结束于GPSPW明显减小至某一稳定值(55 mm左右)时。降雨出现时GPS PW均大于某一值(阈值),且不同GPS站的阈值不相同,阈值会随海拔高度的增大而减小,特别是海拔高度大于200 m后,阈值随海拔高度的增加而减小的趋势更加明显。GPS PW的迅速增长是由低层(850 hPa)暖湿西南风急流加强东移至江西地区造成的。GPS PW的明显减小,是由于之前的强降雨消耗了空气的水汽所致。     

基于GPS/Pwv资料的上海地区2004年一次夏末暴雨的水汽输送分析

本文应用GPS探测的可降水水汽资料Pwv对上海地区2004年一次夏末暴雨的水汽输送特征进行了分析。结果表明:此次暴雨过程的水汽输送路径有两条,一条是西南水汽输送路径,一条是东南水汽输送路径。指出边界层的偏东急流是此次暴雨过程的主要增雨机制。分析还表明:每30 min一次的GPS/Pwv资料能直观地、及时地反映大气中水汽的时间变化和空间变化;GPS/Pwv资料随时间的演变特征与降水有较好的对应关系;GPS/Pwv的散度资料可以反映大气中水汽的辐合、辐散分布情况。     

区域GPS网对流层延迟直接推算可降水量研究

针对武汉地区GPS气象网资料进行GPS对流层延迟直接推算可降水量的研究。推导了对流层延迟直接推算可降水量的模型,并对模型结果进行检验。从武汉东湖站GPS对流层延迟与无线电探空可降水量的比较中可知,两者具有很好的相关性,相关系数达到0.931;由该站对流层延迟转换的可降水量与无线电探空可降水量的比较可得,均方根为4.45 mm,相关系数为0.905,对流层延迟转换的可降水量与GPS可降水量的均方根为2.23 mm,相关系数为0.988。说明在没有气象数据的地区,对流层延迟直接推算的可降水量可以作为气象短期预报的参考依据。     

GPS观测资料应用于中尺度数值预报模式的初步研究

利用建立在长江三角洲地区GPS观测网中 11个站点的可降水量资料 ,对 2 0 0 2年 6月 2 3～ 2 4日影响长江三角洲地区的降水过程进行了MM5模式初始湿度场调整和Nudging同化试验。试验表明 :利用GPS测量的可降水量对模式初始湿度场进行调整能明显增强模式初始场描述水汽分布的能力 ,从而有效地控制模式积分初期对可降水量预报的误差 ,并对模式 6h累积降水量预报有较明显的改善作用。利用Nudging技术同化GPS可降水量资料对MM5预报效果改善较小 ,并且Nudging系数的增加对预报效果的影响不大。总体上 ,利用GPS可降水量资料调整模式初始湿度场对模式 6h累积降水预报效果的改善明显好于连续Nudging同化。试验还表明 :GPS资料对模式初始湿度场调整改善模式对累积降水量的预报主要是通过改善网格降水预报来实现的 ,而Nudging同化主要是通过改善次网格降水而提高模式降水预报能力的。     

THE APPROACH TO REMOTE SENSING OF WATER VAPOR BASED ON GPS AND LINEAR REGRESSION Tm IN EASTERN REGION OF CHINA

The approach to remote sensing of water vapor by using global positioning systems(GPS) isdiscussed.In order to retrieve the vertical integrated water vapor(IWV) or the precipitable water(PW),the weighted "mean temperature" of the atmosphere,T_m would be estimated to the specificarea and season.T_m depends on surface temperature,tropospheric temperature profile,and thevertical distribution of water vapor.The surface temperature dependence is borne out by acomparison of T_m and the values of surface temperature T_s using radiosonde profiles of BeijingStation(No.54511) throughout 1992.The analysis of radiosonde profiles spanning a one-yearinterval(1992) from sites in eastern region of China with a latitude range of 20-50°N and alongitude range of 100-130°E yields the coefficients a and b of a linear regression equation T_m=a+bT_s.     

准实时地基GPS可降水量的解算方案与可靠性研究

对准实时地基GPS可降水量的解算方案与可靠性的探讨,围绕三个方面展开:准实时GPS对流层延迟解算的最佳方案的确定;GPS可降水量与无线电探空资料的比较;GPS可降水量与水汽辐射计数据的比较。为了实时应用于气象领域,准实时对流层延迟的最佳方案为快速预报星历松弛解。在快速预报星历松弛解GPS可降水量与无线电探空数据的比较中,两者的相关性为0.88,绝对值均值为5.4 mm。GPS可降水量与水汽辐射计资料比较得到两者差值的均方根为1.68 mm。最后得到了最佳的准实时地基GPS可降水量的解算方案和在气象领域可降水量的反演的可行性的结论。