水汽作為天氣變化的主要驅(qū)動力,是災(zāi)害天氣形成和演變的重要因子,也是大氣中最為活躍的組成部分。在GNSS氣象學(xué)中,對流層延遲與水汽的變化息息相關(guān),通過對流層垂直剖面延遲信息的精細(xì)變化分析,能夠在一定程度上反映出水汽的變化狀況,進(jìn)而可以為災(zāi)害天氣預(yù)警提供一種重要的參考依據(jù)。傳統(tǒng)對流層垂直剖面模型常采用單一的線性函數(shù),難以滿足區(qū)域性水汽垂直信息的精細(xì)化表達(dá)。中國區(qū)域因其南北跨度大、地形地貌復(fù)雜、多種氣候環(huán)境并存等特點,致使水汽信息在垂直方向上的變化尤為紊亂,傳統(tǒng)模型在該區(qū)域的適用性較低,為此亟需建立一種適用于中國地區(qū)的高精度對流層垂直剖面模型�；谝陨蠁栴},首先,本文在建模數(shù)據(jù)源的選取上,采用了目前時空分辨率較高的MERRA-2產(chǎn)品數(shù)據(jù);其次,在垂直方向建模方法上,分別基于高斯函數(shù)和指數(shù)函數(shù)進(jìn)行對流層垂直剖面模型的構(gòu)建;繼而,對這兩種函數(shù)模型中的各自系數(shù)進(jìn)行時間序列分析,加入了相應(yīng)的年周期與半年周期變化;最終,構(gòu)建了一種顧及時空變化特性的中國地區(qū)實時高精度對流層垂直剖面模型。主要步驟及結(jié)論如下:1、基于MERRA-2產(chǎn)品數(shù)據(jù),分別構(gòu)建了通過高斯函數(shù)和指數(shù)函數(shù)表達(dá)的中國地區(qū)對流層垂直剖面函數(shù)模... 

【文章來源】：桂林理工大學(xué)廣西壯族自治區(qū)

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

中國地區(qū)三個樣本點處ZHDgauss模型和ZHDexp模型殘差對比圖

桂林理工大學(xué)碩士學(xué)位論文波動范圍也較于ZWDexp模型更為穩(wěn)定；在中南地區(qū)的目標(biāo)點上，ZWDgauss模型相較于ZWDexp模型的BIAS、RMSE、MAE分別降低約35.7%、35.6%、24.8%，同時殘差波動范圍亦小于ZWDexp模型；在東北地區(qū)的目標(biāo)點上，ZWDgauss模型的BIAS較ZWDexp模型略大0.001mm，RMSE與MAE分別較ZWDexp模型降低87.7%和65.3%，且殘差波動更為穩(wěn)定。縱向?qū)Ρ缺?.2可知，ZWDexp模型在東北地區(qū)精度依次高于西北地區(qū)和中南地區(qū)，其中中南地區(qū)的殘差浮動最大。而ZWDgauss模型雖其適用性依舊明顯優(yōu)于ZWDexp模型，但其在中南地區(qū)目標(biāo)點的改進(jìn)程度不如ZHDgauss模型顯著，可能是該地區(qū)ZWD的變化程度較為劇烈，故而模型的適用性有所降低。圖3.2中國地區(qū)三個樣本點處ZWDgauss模型和ZWDexp模型殘差對比圖表3.2中國地區(qū)三個樣本點處ZWDgauss模型和ZWDexp模型精度分析表（單位，×104）點位所在區(qū)域BIASRMSEMAEMAXMIN高斯函數(shù)指數(shù)函數(shù)高斯函數(shù)指數(shù)函數(shù)高斯函數(shù)指數(shù)函數(shù)高斯函數(shù)指數(shù)函數(shù)高斯函數(shù)指數(shù)函數(shù)西北0.021.180.157.551.023.906190.281.37中南0.721.124.627.174.315.7315450.072.04東北0.060.050.43.260.521.503.326.750.0020.01綜上所述，在ZWD垂直剖面模型建模的過程中，首先對三個目標(biāo)點兩種模型的殘差對比可知，ZWDgauss模型計算的模型值相對于ZWDexp模型計算值在BIAS、RMSE和MAE整體上分別減少44.7%、73.8%和54.6%。同時，ZWDgauss模型的殘差波動范圍的24

桂林理工大學(xué)碩士學(xué)位論文也明顯優(yōu)于ZWDexp模型。再而，ZWDgauss模型相對于ZWDexp模型在西北地區(qū)目標(biāo)點的改進(jìn)程度更大，其余依次分別是東北地區(qū)目標(biāo)點和中南地區(qū)的目標(biāo)點。故而可知，在三個樣本點處ZWDgauss模型相較于ZWDexp模型具有更好的適應(yīng)性以及穩(wěn)定性，且在西北地區(qū)的應(yīng)用優(yōu)勢尤為明顯。ZWDgauss模型可以為該部分地區(qū)在區(qū)域性Tm和PWV等研究方面提供一種高精度的參考數(shù)據(jù)源。3.2.3ZTD垂直剖面模型的剖面殘差對比分析針對ZTD垂直剖面模型的構(gòu)建，本文提取MERRA-2資料中的ZTD分層數(shù)據(jù)以及對應(yīng)各層的位勢高信息，求解出高斯函數(shù)模型對應(yīng)的a0、a、b系數(shù)，以及指數(shù)函數(shù)模型對應(yīng)的a、b系數(shù)。繪制ZTDgauss模型和ZTDexp模型的殘差對比圖如圖3.3所示，具體精度信息見表3.3所示：圖3.3中國地區(qū)三個樣本點處ZTDgauss模型和ZTDexp模型殘差對比圖圖3.3（a）、（b）、（c）中橫坐標(biāo)為三個目標(biāo)點對應(yīng)的ZTD數(shù)值（單位，m），縱坐標(biāo)為分層高度（單位，km）。由圖可知，ZTD的垂直剖面變化類似于ZHD，且在10km以下隨著高程降低，斜率比ZHD略大，相同高差內(nèi)ZTD值的提升速度更快，可能是由于10km以下區(qū)間內(nèi)的ZWD數(shù)值疊加，使得ZTD隨著高程的減少，增長速度要略高于ZHD。圖3.3中（d）、（e）、（f），縱坐標(biāo)為高程數(shù)據(jù)（單位，km），橫坐標(biāo)為模型殘差數(shù)據(jù)（單位，cm）。由圖分析可得，在西北地區(qū)目標(biāo)點處，在高程區(qū)間為30-60km時，ZTDgauss模型和ZTDexp模型的計算殘差呈現(xiàn)出類螺旋結(jié)構(gòu)，兩者適用性相當(dāng)；在地表高度至30km的高程區(qū)間內(nèi)，ZTDgauss模型整體的精度以及穩(wěn)定性均優(yōu)于25

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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[2]GNSS對流層濕延遲及其加權(quán)平均溫度研究[D]. 丁茂華.東南大學(xué) 2018

碩士論文
[1]地基GNSS對流層天頂延遲改正模型與方法研究[D]. 黃良珂.桂林理工大學(xué) 2014



本文編號：3328748