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基于EGNOS模型的地基GPS水汽反演研究

杨娇  
【摘要】:大气可降水量是地球上大气的主要组成部分之一,自然界的很多灾害和天气变化均与之关系密切。因此如何准确地对水汽进行监测是气象学中的一个关键问题。然而普通的水汽探测方式有很多弊端,地基GPS技术拥有高时空分辨率等优势,和传统的探测手段相比,对于强对流天气的过程和特征分析更加准确和清晰。本文以我国香港地区为例,基于地基GPS资料,研究了香港地区的水汽时间和空间的分布情况。同时结合香港地区的几次不同等级的降水,分析降雨前后水汽的变化,研究水汽与降雨之间的关系。论文主要研究内容和结论如下:(1)对流层模型的选取。以探空资料计算的对流层延迟值作为真值对几种对流层延迟模型进行分析对比,包括三种气象参数模型(Saastamoinen模型、Hopfield模型和Black模型)以及两种非气象参数模型(UNB3模型和EGNOS模型),同时结合映射函数,计算出任意方向上的对流层延迟值。结果发现非气象参数模型EGNOS与探空值最接近,可以作为香港地区对流层延迟模型的选取。(2)大气加权平均温度模型的建立。大气加权平均温度是继对流层延迟后,本文研究的另外一个重点内容。通过对大气加权平均温度进行日均值处理、00时和12时两种方式分别进行单因子建模和多因子建模,发现单因子模型优于多因子模型。单因子模型中,Tm-Ts日均值模型拟合效果最好。通过与其他学者建立的大气加权平均温度模型进行比较与分析,发现本文所建立的Tm-Ts模型能够有效地消除一些误差,且精度最高。(3)香港地区GPS PWV的反演。利用GAMIT软件解算对流层天顶总延迟,在解算过程中加入均匀分布在香港周围的四个IGS站进行约束,在IGS站的选取过程中,不止加入一个国内站点,同时加入三个国外IGS站,目的是提高GAMIT解算精度。在解算出天顶总延迟后,经过一系列的工作得到香港地区的水汽值。将地基GPS PWV与计算的探空PWV进行精度分析与比较,发现地基GPS PWV在时间变化上与探空PWV变化一致,精度与探空相当。(4)GPS PWV在香港地区的降水特征分析。通过分析香港地区三次不同等级的降水前后地基GPS反演水汽的变化特点,可以发现无论何种降雨强度,在降雨开始前的一段时间内,大气可降水量开始大量增加,在降水开始后水汽量下降,降水结束后水汽值趋于稳定。通过地基GPS反演的PWV的变化趋势,可以研究水汽与降水之间的关系。


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