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地基GPS层析三维水汽场的变化特征研究

高小洁  
【摘要】:在整个大气成分中水汽所占比例很小,但水汽是大气中随时间变化最剧烈的部分。天气变化主要是水汽时空剧烈变化所造成的,因此,获取大气水汽随时空变化的分布情况对于天气预报和预防灾害性天气起到了非常重要的作用。地基GPS反演水汽技术是探测大气水汽的一种新的方法,该方法弥补了传统探测大气水汽技术的诸多不足之处。本文利用香港卫星定位参考站网(Sat Ref)的17个CORS站点以及引入周边4个辅助IGS站(International GNSS Service,IGS),分别为BJFS、PIMO、LHAZ和WUHN的数据联合进行水汽反演解算进行了GPS层析三维大气水汽的实验,以香港京士柏探空站(45004)的气象数据计算得出的水汽为真值进行结果精度对比分析,实验内容主要有:1、利用香港本地2014年~2018年5月份香港京士柏探空站(45004)的气象资料,得出了香港本地化的5月份大气加权平均温度_mT模型。研究对比后得出本地化模型求解出的5月份的大气加权平均温度_mT误差基本基本保证在3.4K之内,造成的大气可降水量误差能保证在1mm之内。2、本文利用香港参考站网(Sat Ref)17个测站的数据以及引入周边4个辅助国际GNSS服务站BJFS、PIMO、LHAZ和WUHN的数据联合进行大气的水汽反演解算;测站HKSC反演解算的大气可降水量与利用探空气象站数据计算得出的可降水量,两者结果对比良好,两者的平均偏差为0.82mm,均方根误差为1.04mm以及它们的相关系数为93%。通过对香港地区一次降水过程分析表明,大气可降水量的分布情况与香港当天降水量基本吻合,证明GPS反演地大气可降水量能可靠、准确地反映大气中的水汽状况。3、由地基GPS层析反演得到的大气水汽三维分布图和时间序列图,对比得出了大气水汽在暴雨天气条件下随时空分布情况。结合GPS三维层析水汽场给出小尺度水汽场在强对流过程(暴雨)中的变化过程,层析格网垂直方向上,大气水汽密度值与层析高度成反比,即高度越高大气水汽密度值越小。3km以下层析格网每层大气水汽密度平均值约为12.56g/m~3,占每层大气水汽总量的69.70%;层析格网水平方向上,每层大气水汽在水平方向的分布差别不会随高度的增加而减小。1-2km、2-3km和8-9km层水汽分布差别最为明显,分别为0.87g/m~3、0.94g/m~3和0.87g/m~3。


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