水汽层析代数重构算法

讨论了代数重构算法在水汽层析应用中的各种问题,包括约束条件的构造、层析初值的选择、松弛因子的计算、终止条件的确定等,给出了计算最优松弛因子的黄金分割搜索法和确定终止条件的NCP规则,对比分析了Kaczmarz、Randkaczmarz、Symkaczmarz、SART、Landweber、Cimmino、CAV、DROP等8种常见的代数重构算法,并以香港SatRef的观测数据进行了试验。试验结果表明,以上8种代数重构技术都能够满足水汽层析的要求;迭代终止条件比松弛因子更为重要;采用文中计算最优松弛因子的黄金分割搜索法和NCP迭代终止条件,CAV算法结果最优,其次为Cimmino算法。     

加权距离排序的水汽层析算法

针对代数重构算法中投影顺序对迭代收敛速度及精度的影响,该文提出了基于加权距离排序的算法。该算法可以优化新选择的投影与先前所用的投影序列之间的角距离,同时能够使得投影分布均匀,从而减小相邻投影之间的相关性;同时对层析方程组按照精度高低进行分组,保证了最终解更接近于实际观测数据;并在所有的实验中使用了非负约束,使得结果符合水汽密度的非负特征。基于香港卫星定位参考站网数据的实验结果表明:加权距离排序算法能够提高代数重构算法的收敛速度与精度。     

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。     

地基GPS网层析水汽三维分布数值积分新方法

针对传统层析方法的缺点,本文结合数值积分参数化方法,设计并实现了一种顾及地球曲率的水平与垂直方向分开插值的地基GPS网层析湿折射率三维分布方法,明显简化了垂直插值的运算,减少了层析实际观测方程中零系数参数的比例。利用美国Dallas地区CORS网实测GPS数据与气象数据,结合位于该区域的FWD探空站探空数据提供的湿折射率垂直轮廓线,验证分析了该方法用于实测数据的可行性及其精度。结果表明：相对于传统层析方法,新方法能够明显提高层析湿折射率垂直轮廓线的精度,与探空结果相比,新方法的RMS、误差分布均优于传统方法,而且垂直内插方法的精度也略高于复杂的三次样条垂直内插方法。     

地基GPS联合COSMIC掩星数据的水汽三维层析研究

利用精密单点定位方法求取对流层斜路径方向的水汽含量,并用COSMIC掩星数据反算出的水汽密度值作为层析迭代的初始值,联合高斯加权距离拟合法进行三维水汽反演。对香港地区3d的GPS数据及相应的掩星数据进行试算,得到的水汽斜路径含量反演值与实测值差值小于0.87mm。将层析得到的水汽密度值与Radiosonde探空数据进行比较,二者差值的RMS小于1.1g.m-3,从而验证了该水汽三维层析方法的可行性。     

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,...     

顾及抗差方差分量的地基GPS层析水汽空间分布算法研究

针对附加约束条件的地基GPS层析水汽算法中存在的异类观测值定权问题,以及低高度角GPS信号受底层大气折射影响误差偏大等问题,对顾及抗差方差分量的地基GPS层析水汽算法进行了定量的研究分析.实验结果证实,该算法用于地基GPS层析水汽中调整异类观测值权重和抵制粗差具有有效性和可靠性.     

基于水汽密度比例因子的三维水汽层析算法

针对传统水汽密度层析方法的缺点,设计并实现了一种基于水汽密度比例因子的三维水汽层析算法,提高了观测数据的利用率。利用香港CORS网的实测GPS和气象数据,并结合研究区域内45004探空站的探空数据,验证了该算法用于实测数据的可行性及精度,并分析了不同天气对层析新算法的影响。试验结果表明:该算法在观测数据的利用率上远大于传统层析方法,以探空数据为参考基准,RMS、水汽廓线相关系数和误差分布均优于传统方法。此外,降水天气对层析结果影响要比无降水天气的影响大。     

附加辅助层析区域提高射线利用率的水汽反演方法

代数重构算法在对流层三维水汽反演中具有一定的优势, 系统研究了加法代数重构、乘法代数重构、联合代数重构这3种算法, 并发展了自适应代数重构算法。该算法针对3种传统算法中误差分配的不足进行了改正, 提出了顾及体素块水汽密度变化对全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)斜路径水汽含量影响的动态误差分配原则。此外, 将基于GNSS信号的高度角定权模型引入到该算法中, 使层析结果更靠近高精度的观测值。利用2016年7月徐州连续运行基准站系统的GNSS实测数据和探空站数据对该算法进行分析, 试验结果表明, 3种自适应算法反演的水汽密度的均方根误差、标准差、平均绝对偏差都低于传统算法, 其中, 均方根误差分别降低了25.91%、15.81%和24.64%。在小雨、中雨、大雨3种天气条件下, 自适应代数重构算法的水汽廓线分布均优于传统算法的结果, 其中, 自适应联合代数重构算法反演的水汽廓线与探空廓线最一致。     

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。     

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。     

基于GPS和MODIS数据的大气可降水量反演算法研究

基于高精度的PWVGPS与MODIS近红外三通道比值透射率间的关系建立MODIS大气可降水量新反演算法以提高反演精度。利用美国Kansas州和Oklahoma州2009年4月～9月间17期的MODIS数据和对应的SuomiNet网PWVGPS数据进行研究,发现Kaufman和Gao Bo-Cai算法反演的PWVMODIS系统性地偏低于PWVGPS,存在较大的反演误差。以高精度的PWVGPS为标准水汽值,研究PWVGPS与MODIS近红外第19波段的三通道比值透射率间的关系,建立了MODIS大气可降水量新反演算法,并利用研究区数据进行试验验证,结果表明新算法可大幅提高PWVMODIS的反演精度。     

利用星载GPS无线电掩星数据分析全球水汽分布

水汽是大气成分中重要的组成部分,了解全球水汽分布规律及其形成机制对于未来全球气候至关重要。并且,GPS无线电掩星技术用于GPS气象学,为研究者提供了高精度、全球性、连续性的数据资料,特别是海洋及无人区的数据。本研究主要利用GPS无线电掩星数据反演全球水汽所对应的绝对湿度值,从而得到较为精确和全面的全球水汽分布情况,为进一步提升气象预报、未来气候分析的准确性及未来的大气研究提供精确的参考数据。     

地基GPS遥感天顶水汽含量方法研究

利用IGS提供的精密星历及精密钟差,分别采用卡尔曼滤波法、双差法对天顶对流层延迟进行估计,并与IGS提供的测站天顶延迟进行对比。根据所解算的天顶对流层延迟,利用经验模型求解天顶干延迟,最后分离出天顶湿延迟,进行大气可降水分的求解。     

利用GPS技术遥感大气对流层水汽含量的研究

讨论了利用 GPS系统探测大气对流层水汽含量的原理和数学模型 ,对利用 GPS遥感大气对流层水汽的加权平均温度、水汽含量随时间的变化等一些关键问题进行了探讨。通过对我国沿海地区大连、青岛、闸坡、坎门、厦门 5个测站的实验数据的解算 ,获得了较为满意的结果。