轨道误差对近实时GPS遥感水汽的影响研究

利用GPS技术近实时探测水汽对于气象预报、气候研究具有重要的应用价值，而近实时探测需要使用GPS卫星的预报星历，预报星历的误差会直接影响到实时水汽探测的精度。利用从IGS资料处理中心下载的精密预报星历和最终星历，对2000年北京GPS水汽试验中的资料进行了解算，并结合探空资料计算的水汽进行了分析。结果表明：以探空为标准，使用精密预报星历计算的水汽总量均方根误差为0．31cm，最终星历为0．30cm，二者差别不大，为0．01cm，证明使用精密预报星历可以满足近实时探测水汽的要求。     

GPS水汽监测中卫星轨道处理分析

轨道误差是GPS水汽监测的重要误差来源,对轨道误差对水汽监测的影响进行分析,并研究Neville算法在预报精密星历轨道插值上的可行性,实现近实时水汽监测的轨道插值处理,为水汽监测奠定基础.     

IGS超快星历对GPS近实时反演水汽精度的影响研究

将IGS发布的超快星历与最终星历中卫星的坐标及钟差进行对比,初步验证IGS超快星历的精度。在此基础上,以美国国家海洋和大气局ARM实验中GPS连续运行参考站一周的观测数据作为实验对象,利用Bernese软件分别使用IGS最终星历以及超快星历进行GPS反演大气水汽含量的数据解算,将得到的基线精度以及对流层延迟值进行对比,结果表明采用最终星历和超快星历得到的基线精度基本相同,但对流层延迟值相差较大,并且差值较大的时刻一般出现在超快星历的外推时刻,并随着外推时间的增加逐渐增大。为此,本文设计了滑动式动态星历选择方案,通过实验验证,该优化方案能有效的提高近实时对流层延迟解算精度,满足GPS近实时反演大气水汽的精度要求。     

基于智能手机GNSS双频原始观测值的电离层延迟提取与分析

基于智能手机GNSS（全球导航卫星系统）观测值的研究主要集中于观测值质量分析和定位算法,在大气应用方面关注度则较为有限.本文基于全球首款支持GNSS双频信号的小米8智能手机和超短基线的Trimble Alloy测地型接收机,利用原始GNSS双频载波相位观测值,考虑连续历元间电离层变化较小从而进行观测值质量控制策略,评估了小米8智能手机电离层提取精度.研究结果表明：卫星高度角或载噪比较高的条件下,智能手机观测值可能依然是无效的,设置卫星高度角或载噪比阈值的方法进行质量控制不再适用.小米8提取的电离层延迟与测地型接收机呈现了很好的一致性,但其波动幅度略高于测地型接收机,提取精度优于0.2 TECU,表明智能手机GNSS观测值用于大气应用是可行的.     

北京地区单双频地基GPS大气水汽遥测试验与研究

该文对北京地区单双频地基GPS大气水汽监测网布网依据、单频与双频地基GPS测量数据解算技术应用、GAMIT和Bernese地基GPS数据分析处理软件应用、远程遥控GPS数据采集与通讯系统、资料分析与数值同化应用等方面的工作进展进行简要介绍,重点讨论了单双频地基GPS大气水汽资料的解算技术及其应用效果。结果表明:在北京天气敏感区通过单双频地基GPS接收机合理组网布局,可构建并利用高分辨率电离层延迟订正技术将单频接收机的大气水汽监测精度提高到实用水平,为强降水天气预报提供有价值的产品。     

不同观测误差确定方法对地基GNSS-ZTD资料同化预报效果影响的对比分析

利用2016年6—8月华北—东北地区的地基全球卫星导航系统的天顶总延迟（GNSS-ZTD）观测资料、东北区域中尺度数值预报系统,以2016年6—8月的13 d强降水为例,开展基于Desroziers等（2005）理论的Des方法和传统方法进行观测误差确定的天顶总延迟资料同化对比试验研究,探讨Des方法相对于传统观测误差确定方法对天顶总延迟资料同化预报效果的影响,并以未做天顶总延迟资料同化的试验为对照试验,考察天顶总延迟资料在数值模式中的同化应用效果。结果表明:（1）Des方法得到的天顶总延迟观测误差诊断值较为合理,诊断值站点间差别较大,说明逐站进行观测误差诊断的必要性;（2）天顶总延迟资料同化使强降水的强度、落区预报性能得到提高,使温、湿、风等要素的预报与观测接近,Des方案同化分析、预报效果优于传统方案;（3）对2016年7月25日华北—东北强降水过程进行了同化预报分析,整体而言,天顶总延迟资料同化有效增强了对流层中低层初始湿度场,修正了积分初期水凝物含量与位置,进而改善了降水预报效果,修正了对照试验对辽宁东部地区强降水的明显漏报,且通过降水的反馈作用改进了温度与风场预报效果。基于Des方法逐站诊断观测误差相比传统方法得到的观测误差更为合理,因此能够提高天顶总延迟资料的同化预报效果,同化天顶总延迟资料能够提高降水及温、湿、风等气象要素的预报水平。      

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。     

雷达反射率反演水汽和温度同化技术在一次飑线过程中的应用研究

针对2020年5月4日发生在江南的一次飑线过程,在逐15 min快速更新循环同化预报系统中,探讨了利用3 DVAR方法同化雷达径向风、反射率和反演观测对短时降水、大风和冰雹等灾害天气的预报影响,同时研究了不同冷启动时刻对降水预报的影响.结果表明:冷启动时刻同化反演水汽和云内温度观测,观测强回波区的水汽和降水回波区内位温...     

兰州市空气质量统计预报模型设计

引　言目前 ,城市空气污染预报主要利用 3种方法进行预报集成 ,即气象形势潜势预报、要素统计模型预报和污染模式预报。通过对 3种结果的经验集成 ,综合得出预报产品进行分发服务。为了配合兰州市 4月 1日按时开展空气质量试预报 ,我们设计了一个利用实时资料和数值资料相结合并直接用于业务应用的要素统计模型。1　污染观测及污染资料现状兰州空气质量监测点设在西固兰炼宾馆 ,污染物主要来自于兰州当地工厂排放和生活废气排污。兰州市地形是一个东西狭长河谷 ,盛行风向对观测值有较大的影响 ,因此 ,观测的污染值并不具备很好的代表性。文…     

基于GNSS的空间环境参数反演平台及精度评估

基于全球和区域全球导航卫星系统（GNSS）参考站网进行对流层和电离层参数反演实现空间环境变化监测具有成本低、精度高、实时性好等优点,得到了广泛应用.本文基于南京信息工程大学的北斗/GNSS空间环境监测平台Xsensing,以国际GNSS服务组织提供的对流层产品为参考,评估了不同气象条件下对流层参数反演精度,在此基础上采用固定非差模糊度的精密单点定位技术（PPP）实现高精度电离层参数反演.实验结果表明,基于全球参考站的对流层估计误差偏差为0.05 mm,对应的标准差为5.6 mm,在平稳和剧烈的气象条件下均能反映水汽变化趋势特征.基于短基线进行电离层延迟反演精度评估,结果表明浮点解PPP反演电离层延迟误差的平均偏差为-0.09 TECU,精度为0.38 TECU,采用非差模糊度固定技术对电离层延迟提取精度提高达84.2％;静态模拟动态解算模式下电离层估计精度与静态相当.上述结果表明该平台可实现高精度空间环境参数反演,下一步将融合机载、船载等多种平台观测实现中小尺度空间变化监测.     

利用地基GPS测量大气水汽廓线的方法

GPS倾斜路径的湿延迟反映了大气中水汽的三维非均匀分布,通过准确确定空间各卫星对地面各接收机的倾斜路径湿延迟,就可以利用断层扫描技术,确定大气层中水汽的三维分布和变化,从而增加目前还相对缺乏的大气水汽探测。文章就这方面介绍了国际上利用地基GPS测量倾斜路径大气湿延迟的两类方法(单点定位方法和双差定位方法)以及应用断层扫描技术利用这些观测进行水汽廓线遥感探测的两类方法(附加约束法和卡尔曼滤波法),并对这些方法的优缺点进行了初步的比较和探讨。     

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。     

利用GPS的倾斜路径观测暴雨过程中的水汽空间分布

介绍了地基全球定位系统 (GPS) 沿倾斜路径方向观测水汽总量 (SWV) 的原理和方法; 不同时间和不同地点的GPS SWV与微波辐射计反演的SWV符合较好, 误差在3 mm左右, 表明GPS可以较高的精度探测SWV.计算了区域GPS观测网在一次暴雨过程中不同空间方位上的水汽观测结果, 为消除不同路径对SWV的影响, 把SWV转化为天顶方向的值VSWV; 分析了同一GPS站点对不同卫星方向VSWV的变化情况, 以及不同GPS站点对同一个卫星方向VSWV的关系.结果表明, 区域GPS观测网中倾斜路径观测可较好地探测不同方位上水汽的分布和变化; SWV相对于天顶方向的大气水汽总量PW而言, 能更好地代表真实大气水汽分布; 在探空或卫星观测等传统观测手段无法探测的情况下, GPS SWV数据可提供中小尺度暴雨结构中水汽分布和变化状况等有用信息.     

Estimation of surface heat and momentum fluxes using the flux-variance method above uniform and non-uniform terrain

Eddy-correlation measurements above an uneven-aged forest, a uniform-irrigated bare soil field, and within a grass-covered forest clearing were used to investigate the usefulness of the fluxvariance method above uniform and non-uniform terrain. For this purpose, the Monin and Obukhov (1954) variance similarity functions were compared with direct measurements. Such comparisons were in close agreement for momentum and heat but not for water vapor. Deviations between measured and predicted similarity functions for water vapor were attributed to three factors: 1) the active role of temperature in surface-layer turbulence, 2) dissimilarity between sources and sinks of heat and water vapor at the ground surface, and 3) the non-uniformity in water vapor sources and sinks. It was demonstrated that the latter non-uniformity contributed to horizontal gradients that do not scale with the vertical flux. These three factors resulted in a turbulence regime that appeared more efficient in transporting heat than water vapor for the dynamic convective sublayer but not for the dynamic sublayer. The agreement between eddy-correlation measured and flux-variance predicted sensible heat flux was better than that for latent heat flux at all three sites. The flux-variance method systematically overestimated the latent heat flux when compared to eddy-correlation measurements. It was demonstrated that the non-uniformity in water vapor sources reduced the surface flux when compared to an equivalent uniform terrain subjected to identical shear stress, sensible heat flux, and atmospheric water vapor variance. Finally, the correlation between the temperature and water vapor fluctuations was related to the relative efficiency of surface-layer turbulence in removing heat and water vapor. These relations were used to assess critical assumptions in the derivation of the flux-variance formulation.     

利用地基北斗站反演大气水汽总量的精度检验

采用上海市气象局建立的北斗气象站的2014年观测数据和我国自主研发的精密导航数据处理软件PANDA (position and navigation data analysist) 实现了基于北斗数据的大气水汽总量 (precipitable water vapor,PWV) 反演,并将利用北斗卫星信号解算的大气水汽总量 (W_BD) 结果与目前较为成熟的GPS卫星反演结果 (W_GPS) 和无线电探空反演结果 (W_Radio) 进行对比,研究表明:反演的W_BD与W_GPS的均方根误差均低于3.5 mm,反演的W_BD与W_Radio的均方根误差为3.6 mm,两种对比方式的相关系数均在0.95以上,反演方法以及地理位置的差异对于反演结果有一定影响;反演的W_BD能够很好地反映出大气中水汽的变化特征,对于气象短时临近预报、气候分析有指示作用。     

Estimation of Turbulent Fluxes Using the Flux-Variance Method over an Alpine Meadow Surface in the Eastern Tibetan Plateau

The flux-variance similarity relation and the vertical transfer of scalars exhibit dissimilarity over different types of surfaces,resulting in different parameterization approaches of relative transport efficiency among scalars to estimate turbulent fluxes using the flux-variance method.We investigated these issues using eddycovariance measurements over an open,homogeneous and flat grassland in the eastern Tibetan Plateau in summer under intermediate hydrological conditions during rainy season.In unstable conditions,the temperature,water vapor,and CO2 followed the flux-variance similarity relation,but did not show in precisely the same way due to different roles(active or passive) of these scalars.Similarity constants of temperature,water vapor and CO2 were found to be 1.12,1.19 and 1.17,respectively.Heat transportation was more efficient than water vapor and CO2.Based on the estimated sensible heat flux,five parameterization methods of relative transport efficiency of heat to water vapor and CO2 were examined to estimate latent heat and CO2 fluxes.The strategy of local determination of flux-variance similarity relation is recommended for the estimation of latent heat and CO2 fluxes.This approach is better for representing the averaged relative transport efficiency,and technically easier to apply,compared to other more complex ones.