利用BERNESE 5.0解算地基GPS天顶湿延迟

地基GPS技术已被公认为观测大气水汽的最具潜力手段,而天顶湿延迟（ZWD）是地基GPS解算高精度水汽的关键量。瑞士伯尔尼大学天文研究所开发的BERNESE软件在解算天顶湿延迟方面独树一帜。以香港地基GPS连续运行参考站数据为解算实例,详细介绍了BERNESE软件解算ZWD的基本步骤和相关设置,并对有气象观测文件、数据跨天、跨周和定点解算ZWD情况的特殊设置进行了研究,结果表明BERNESE软件完全胜任ZWD解算工作。     

GPS水汽含量自动处理系统的研究及应用

随着北京全球定位系统(GPS)综合网的建设,以及地基GPS水汽反演技术的不断成熟,建立实时GPS数据下载和水汽自动处理系统,可提供气象科学研究所需的数据资料,为地基GPS气象学的业务化提供技术支持。本文介绍地基GPS反演水汽的基本原理及北京市GPS综合网的水汽含量自动处理系统,并利用该系统对2004年7月10日北京的一次强降水过程的大气水汽含量进行了反演。结果表明:在暴雨发生前3~4小时左右,GPS测量的气柱水汽含量在两小时内突增了6-7mm,很好地预示了其后的降水过程。可见该系统反演的全天候大气水汽场,可为准确监测和预报突发性强降水提供有意义的指标。     

地基GNSS遥感探测气象应用

全球导航卫星系统（GNSS）给定位、导航和授时服务带来了革命性变化,同时其L波段（1160～1610MHz）微波信号可用于全球覆盖、高时间分辨率的大气、海洋和陆表参数遥感探测。基于信号类型,GNSS遥感可分为折射信号遥感和反射信号遥感两大类;基于探测平台,GNSS遥感可分为地基GNSS遥感、空基GNSS遥感和天基GNSS遥感三大类。随着我国自主建设的北斗卫星导航系统全面建成,GNSS遥感将迎来新的发展机遇和挑战。本文回顾近20年地基GNSS遥感探测在气象领域的应用进展,展望其在气象领域下一步可能的应用。     

长江三角洲地区近30年非雾天能见度特征分析

利用地面能见度观测数据和中分辨率成像光谱仪(简称M(ODIS)所提供的气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)资料,分析了中国长江三角洲地区近30年的能见度变化特征。结果表明,该地区1980—2009年能见度年均值为19.5±1.8km,其中最高值为21.9km,在1984年,最低值为16.1km在2007年。近30年能见度呈下降趋势,平均年递减率为-0.20±0.013km/a,近几年能见度趋于稳定。该地区能见度:夏季能见度最好,秋、春季次之,冬季最差;沿海地区能见度好于内陆地区,沿江(河)两岸能见度较差;沿江(河、海)地区能见度的下降速度大于其他地区,在浙江东南部沿海地区尤为明显。利用EOF方法分析长三角地区能见度,结果表明第一模态的特征向量均为正值,说明全区能见度均呈下降趋势。利用MO-DIS AOD数据分析区域性及长期能见度变化趋势与利用地面观测数据方法分析结论相一致。     

导航卫星信号湿延迟参数化模型和数值模式的比较

对高精度导航卫星处理软件(GAMIT)确定的卫星信号湿延迟和香港天文台中尺度数值模式(ORSM)所计算的湿延迟进行了比较,发现二者相关系数为0.99,偏差为3mm,平均绝对偏差为26.7mm,基本不存在系统性的偏差。卫星在天顶时,两者偏差最小,随着卫星仰角的降低,偏差增大,在天顶角70-80°时,两者确定信号湿延迟平均绝对偏差可达30mm。     

L波段探空观测偏差分析及订正算法研究

为了探讨探空观测的水汽可降水量资料的可靠性,本文以GNSS/MET遥感的大气可降水量为参照标准,对广东汕头站2013年以及西藏那曲站2016年6月至2017年5月的两种可降水量观测结果进行对比分析和偏差订正。经过研究分析表明:两个站探空可降水量相比地基GNSS可降水量偏干,偏差分别为7. 4%和9. 8%。探空可降水量的偏差显示具有季节变化和日变化的特征,其中夏季偏差较明显,00时比12时明显。太阳辐射加热引起的地面气温的日变化和季节变化是造成偏差的重要原因。本文根据太阳辐射偏差订正经验公式,对两个站的探空可降水量进行偏差订正,订正后偏差明显减少。     

利用北斗/GNSS观测数据分析“21·7”河南极端暴雨过程

2021年7月,受台风“烟花”和“查帕卡”影响,河南省发生罕见的极端暴雨事件,造成了重大人员伤亡和巨额经济损失.极端暴雨的产生过程极为复杂,大气可降水含量(PWV)是产生降雨的主要因素之一.分析暴雨的发生过程与PWV之间的关系,对于暴雨发生的短时临近预报具有重要意义.本文利用河南省220个连续运行的北斗/GNSS站观测数据,采用精密单点定位(PPP)和克里金插值方法,获取了本次极端暴雨发生期间河南省高时空分辨率的PWV空间格网数据;同时结合省内116个气象站降雨量数据,分别从时间和空间上分析了PWV变化与极端降雨之间的关系.结果表明,通过PPP获取的北斗/GNSS站PWV与国际权威的全球气象再分析资料ERA5反演的测站结果互差均方根(RMS)为3.2 mm;进一步通过克里金插值获取的PWV空间格网数据与探空仪实测结果的互差RMS为4.6 mm,与ERA5反演的格网数据互差RMS为4.4 mm,表明本文的PWV数据精度符合气象学研究要求.通过分析北斗/GNSS站与并址气象站的PWV和小时降雨量的时间序列,发现暴雨期间并址站上空的PWV达到高数值水平,并且在极端降雨发生前1~3小时PWV多表现出陡增现象.通过分析PWV与小时降雨量的空间分布关系,发现本次极端暴雨中高数值PWV地区,其降雨强度也普遍较高,与实际受灾情况相符.     

FY-2G云量产品与地面观测云量对比分析

为推动地面云观测自动化,利用2015 2016年全国范围内不同时段FY-2G卫星观测云覆盖率和总云量反演产品与同时段地面气象站人工观测总云量资料进行对比分析,评估卫星观测与地面人工观测的一致性和偏差。结果表明,FY-2G卫星观测云产品较地面观测偏低,总云量较云覆盖率偏低明显。定义晴天、少云、多云、阴天四种不同云量等级,进一步分析卫星数据,结果显示不同云量等级下云覆盖率与总云量与地面人工观测的一致性和偏差有所不同,晴天和少云状态下总云量产品一致性较好,阴天时云覆盖率一致性较好。从分布上分析发现西部和西南部观测偏差较大,且根据云量等级呈现不同的状态。因此在云观测自动化布局中,卫星观测不能完全替代地面云量观测。地面观测应在西部和西南部,以及天气状况较为复杂的区域加强观测。     

GNSS遥感研究与应用进展和展望

全球导航卫星系统遥感(GNSS remote sensing)属卫星导航应用与遥感的一个交叉学科范畴。GNSS系统除传统的导航、定位、授时等功能外,可免费提供全球覆盖、高时间分辨率的L波段(1—2 GHz)微波信号用于遥感探测。继GNSS折射信号被率先用于地震、大气水汽等的探测以来,利用GNSS反射信号进行海洋、陆表参数估算,近年来成为国际GNSS应用研究前沿热点。随着中国自主北斗导航系统的蓬勃发展,将会为GNSS遥感带来新的发展契机和空间。本文从GNSS遥感的两个重要学科分支,即GNSS折射信号遥感(GNSS refractometry)和GNSS反射信号遥感GNSS-R(GNSS Reflectometry),回顾在这一交叉学科领域近几十年的发展,并简要分析GNSS遥感发展面临的机遇与挑战。     

COSMIC掩星数据与L波段探空数据的对比分析

COSMIC(Constellation Observation System for Meteorology,Ionosphere and Climate)每天可以提供全球2000～3000条从40 km高空到近地面的大气温、压、湿的廓线资料,有效地弥补了常规探空资料在时间和空间上分辨率的不足。通过对2008年5月20日至2008年11月26日COSMIC资料与L波段探空秒数据进行比对,结果表明,在10 km高度以下,COSMIC反演的湿廓线资料与L波段探空数据偏差较小,温度偏差为-0.5℃,均方根误差为1.5℃;折射率偏差为1.4N,均方根误差为5.9N;气压偏差为2.0 hPa,均方根误差为4.7 hPa;水汽压偏差为0.1 hPa,均方根误差为1.1 hPa。COSMIC干廓线资料与L波段探空相比,在10～30 km高度内,温度偏差为-0.3℃,均方根误差为1.9℃;折射率偏差为0.4N,均方根误差为0.9N;气压偏差为1.4 hPa,均方根误差为2.6 hPa。表明COSMIC资料既具有较高的时空分辨率,又具有较好的精度,在数值模式中具有重要的潜在应用。