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。     

北京地区GPS水汽变化与雾霾的相关性

针对北京地区雾霾频发的现状,该文基于雾霾与GPS水汽共有的影响因素,以具体季节为背景,对北京地区2014年1—11月对流层干延迟ZHD、GPS可降水量与大气中PM2.5含量的一致性做了分析。研究结果表明:雾霾过程中盛夏季节表现为大气中PM2.5含量与GPS可降水量具有很好的正相关性,而在冬季则表现为大气中的PM2.5含量与对流层干延迟含量具有很好的正相关性,并发现结合两者的变化在一定程度上可用于雾霾天气的监测与预警。     

北京房山雾霾与GNSS水汽相关性分析

伴随着我国社会经济的高速发展,近年各地来雾霾事件频发,严重的影响了人民的日常生活。本文分析了北京房山2014到2017年空气质量影响因子(PM2.5、PM10和AQI)与大气可降水量的相关性,在此基础上本文对GNSS技术探测雾霾发生的可行性进行了研究。本文基于对北京房山站的分析结果,表明PM2.5、PM10含量、AQI与大气中可降水量PWV具有较强的正相关性,且大气中PM2.5、PM10含量、AQI与可降水量PWV都表现出明显的季节性特征,以上结论表明GNSS技术可用于雾霾的预测。     

基于小波相干的雾霾与GNSS对流层延迟相关性分析

为了进一步揭示雾霾与对流层延迟相关性的细部特征,基于小波相干算法构建雾霾与天顶对流层延迟（zenith tropospheric delay,ZTD）相关性分析的新方法,有效地分析了雾霾与ZTD相关性的时频空间分布特征及成因。首先,通过分析IGS（internet GNSS service）北京站2014-2017年每个月的ZTD与量化评定雾霾的空气质量指数（air quality index,AQI）的相关系数,发现两者在月尺度上相关系数绝对值大于0.4的比率占29.17%,宏观上显示了两者具有相关性。其次,采用小波相干的方法分析了北京2014-2017年期间年度ZTD与AQI的相关性,发现ZTD与AQI在一定的时频域上具有很强的相关性,并且通过了95%置信度检验。最后,由北京、长春部分时域的ZTD与AQI相关性分析可知,北京3月份ZTD与AQI总体上呈现正相关,并且AQI与温度、气压、湿度和风速具有较好的相关性;在研究时域内秸秆燃烧加剧了北京、长春的雾霾,进而影响对流层延迟。     

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。     

基于LWR-Pettitt算法的GNSS变形信息的识别与预警

针对GNSS变形监测的数据通常无特定的分布特性,不利于建立具有普遍性的统计量,本文引入非参数检验中的Pettitt检验方法建立统计量,进行GNSS监测序列中变形信息的识别与预警.同时,针对Pettitt检验方法中存在统计量振幅波动较大,并且只能识别单个变形信息的问题,基于局部加权回归法LWR,对Pettitt检验中统计...     

基于GNSS/传感器高铁沿线地震早期预警系统的设计

高铁沿线地震早期预警系统融合了GNSS、传感器、软件开发、网络传输、计算机、地震监测等先进技术。土耳其地处北安纳托利亚断层带,地质构造不稳定,地震是土耳其最频繁的自然灾害之一。在土耳其铁路的头号敌人就是地震,由于地震导致铁轨偏移、下沉,都给高铁的运行带来了极大的隐患。根据土耳其实际地质情况,建设高铁沿线地震预警系统,维护高铁安全运行,符合了土耳其希望加强自身三大洲枢纽地位的发展方向。同时,该设计为实现土耳其高铁沿线地表监测信息采集内外业一体化提供了理论与技术基础。     

船载GNSS探测海洋水汽信息的影响因子分析

利用船载全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）方式探测海洋水汽含量,可丰富海洋水汽观测量和观测密度。利用印度洋航次试验实测数据,基于精密单点定位技术对海洋上空可降水份探测的精度问题进行了研究,主要分析了GNSS高程与可降水份之间存在的耦合关系,标定了动态GNSS的高程精度,分析了不同算法对可降水份估值的影响。结果显示:①固定解与浮点解、多系统与单系统对可降水份估算的影响不大,而不同软件、不同卫星星历和钟差产品对可降水份估算的影响较大,量级为2~4 mm;②高程与可降水份之间存在耦合关系,经初步估算,高程的均方根误差每增加24mm,则可降水份估值的均方根误差相应增加约1mm;③惯性测量单元垂荡值与精密单点定位高程结果之间的相关系数高达99%,二者的互差优于30mm,满足动态GNSS海洋水汽估计对高程精度的要求。     

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。     

GNSS数据处理时空参数的相关性

卫星轨道、钟差以及测站坐标等是全球导航卫星系统定位（global navigation satellite system,GNSS）的核心参数,构成了卫星导航系统数据处理的时空基准。通过比较国际GNSS服务（International GNSS Service,IGS）不同数据分析中心提供的GNSS精密时空产品发现,各分析中心的轨道、钟差存在明显差异,并且轨道、钟差的相对偏差存在很强的相关性。针对该问题,讨论了GNSS卫星轨道、钟差的相关性问题,分析了轨道、钟差相对偏差的周期特性,并提取了周期项模型参数;建立改正模型,提高了不同分析中心产品的一致性;对时空基准周期性误差的原因进行了分析,并以参数降相关为出发点,对GNSS时空基准精度提升的方法提出了建议。     

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,...     

基于北斗三号的大气水汽探测性能初步分析

对我国刚布署完成的北斗三号卫星导航系统(BDS-3)的大气水汽探测性能作初步分析可更好地发挥BDS-3的气象探测潜能.采用全球不同位置的台站进行几种手段的对比,探测结果具有代表性和说服力.研究结果表明:将BDS-3/PWV(大气可降水量)与GPS/PWV对比,平均偏差(BIAS)优于1.0 mm,均方根误差(RMSE)...     

GRACE卫星的冰川消融与水储量变化探讨

针对青藏高原地区的冰川消融会影响发源于该地区的长江流域水储量变化这一情况,该文对二者的相关性进行深入研究。基于GRACE卫星2004—2010年重力数据,联合水文模型,利用水量平衡法,计算得到青藏高原地区冰川消融的平均速率为0.369cm/a,表明青藏高原冰川正在以较大速率消融;进而反演建立青藏高原和长江流域两个区域质量变迁的时间序列,计算得到两个区域的平均变化速率分别为-0.095cm/a和0.381cm/a,表明青藏高原地区的质量在以缓慢的速率减少,而长江流域水储量具有逐年增加的趋势且变化速率更大;最后通过分析计算结果,得出青藏高原地区冰川消融对长江流域水储量变化的贡献占其整个水量变化的20%。     

利用BDS数据反演大气可降水量及其精度分析

随着GAMIT软件版本的不断更新,对BDS数据基线解算已成为可能。本文提出了一种基于GAMIT软件的BDS大气可降水量反演方法,并对利用探空数据计算得到的大气可降水量与GPS数据反演结果进行精度验证。结果表明,通过BDS反演得到的大气可降水量与探空数据计算结果之间的平均相对误差、均方根误差均小于2 mm,相关系数大于0.98;与GPS反演结果之间的平均相对误差、均方根误差均小于3 mm,相关系数大于0.96。BDS反演结果精度较高,基本能够满足气象需要。     

基于GNSS/传感器铁道施工维护人员安全监测与预警系统的设计

铁道施工维护人员安全监测与预警系统集成了GNSS CORS、雷达、网络传输、计算机等先进技术,实现了铁路快速预警。根据实际情况,既能提高工作效率、增加经济效益,又能保障维护人员的安全,以实现高铁维护的智能化、网络化、实时化和精准化的监测和预警。     

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。     

GNSS在变形监测中的应用研究

随着GNSS技术的快速发展以及变形监测的需求日益增加,GNSS在变形监测中的应用越来越广泛,更新了变形监测手段,弥补了单一系统的不足,提高了监测效率与精度,为变形体的稳定性监测与安全运营提供了保障。本文探讨了GNSS的变形监测方案及数据处理方式,并结合盐水沟隧道工程的实例详细说明了GNSS在变形监测中的应用,最终通过实例验证GNSS能满足变形监测的精度等要求。