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地基GNSS反演大气可降水量的研究

尹恒毅  
【摘要】:与传统水汽探测手段相比,全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)反演水汽具有全天候、高精度、高实践分辨率、高空间分辨率等优点,索引利用地基GNSS反演水汽已经成为卫星导航定位与气象学研究的热门方向。国内外各地区先后建立了相关的连续运行参考站(Continuously Operating Reference Stations,CORS),CORS网不仅可以提供高精度的快速定位服务,也可以为区域水汽反演提供帮助。但是由于一系列原因,国内大多数观测站均未安装相关的气象设备,由于各站点缺少气象数据,导致无法直接求得水汽来帮助气象预报。本文针对这一现象,分析讨论了当无气象数据时,反演水汽的方法探究。而后又对利用我国自主研发的北斗卫星系统反演水汽的相关问题进行了一定的研究。本文的研究主要内容如下:(1)详细的叙述了利用探空数据探测水汽的原理,并且利用MATLAB将该方法实现。还说明了利用三种对流层模型计算静力学延迟和将湿延迟转化为水汽的计算方法,并且也将他们用MATLAB编程实现。(2)选取中国地区4个IGS观测站3年的观测数据进行GAMIT对流层总延迟的反演,并将CODE中心发布的对流层天顶总延迟(Zenith Total Delay,ZTD)结果作为基准进行对比,验证了利用GAMIT软件反演对流层总延迟具有较高的精度。(3)选取陕西地区3个含有气象仪的GNSS观测站和3个气象探空站进行实验。将利用PIVOT算得的水汽和利用GNSS结合气象数据反演的水汽分别与利用探空数据计算的水汽进行对比,验证了利用GAMIT反演水汽精度高于PIVOT,并与探空数据算得的较为接近。(4)选取陕西地区10个含有气象仪的GNSS观测站进行实验,进行了无气象数据时的水汽反演的探究。选用了GPT3+Saastamoinen、GPT3+Hopfield和UNB3m三种对流层组合分别进行无气象数据的水汽反演,并将GAMIT结合气象数据算得的水汽作为基准进行对比分析。得出了 GPT3+Saastamoinen组合模型计算出的水汽精度最高,可以为极端天气的预报提供帮助。(5)选取陕西地区3个含有北斗数据的GNSS观测站和3个探空站进行试验。利用武汉大学提供的三种不同北斗星历产品计算的水汽含量,将结果与探空数据探测的水汽值和利用全球定位系统(Global Position System,GPS)反演的水汽值进行对比。得出了利用三种星历都能获得较高精度的水汽值,并且利用超快速星历预报部分反演的水汽结果能为气象预报提供帮助。


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