水汽作為天氣變化的主要驅(qū)動(dòng)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(duì)流層延遲與水汽的變化息息相關(guān),通過(guò)對(duì)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(duì)流層垂直剖面模型常采用單一的線(xiàn)性函數(shù),難以滿(mǎn)足區(qū)域性水汽垂直信息的精細(xì)化表達(dá)。中國(guó)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(diǎn),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(guó)地區(qū)的高精度對(duì)流層垂直剖面模型�；谝陨蠁�(wèn)題,首先,本文在建模數(shù)據(jù)源的選取上,采用了目前時(shí)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(duì)流層垂直剖面模型的構(gòu)建;繼而,對(duì)這兩種函數(shù)模型中的各自系數(shù)進(jìn)行時(shí)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(shí)空變化特性的中國(guó)地區(qū)實(shí)時(shí)高精度對(duì)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(guò)高斯函數(shù)和指數(shù)函數(shù)表達(dá)的中國(guó)地區(qū)對(duì)流層垂直剖面函數(shù)模... 

【文章來(lái)源】：桂林理工大學(xué)廣西壯族自治區(qū)

【文章頁(yè)數(shù)】：65 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

中國(guó)地區(qū)三個(gè)樣本點(diǎn)處ZHDgauss模型和ZHDexp模型殘差對(duì)比圖

桂林理工大學(xué)碩士學(xué)位論文波動(dòng)范圍也較于ZWDexp模型更為穩(wěn)定；在中南地區(qū)的目標(biāo)點(diǎn)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(shí)殘差波動(dòng)范圍亦小于ZWDexp模型；在東北地區(qū)的目標(biāo)點(diǎn)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(dòng)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(dòng)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(diǎn)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(guó)地區(qū)三個(gè)樣本點(diǎn)處ZWDgauss模型和ZWDexp模型殘差對(duì)比圖表3.2中國(guó)地區(qū)三個(gè)樣本點(diǎn)處ZWDgauss模型和ZWDexp模型精度分析表（單位，×104）點(diǎn)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(guò)程中，首先對(duì)三個(gè)目標(biāo)點(diǎn)兩種模型的殘差對(duì)比可知，ZWDgauss模型計(jì)算的模型值相對(duì)于ZWDexp模型計(jì)算值在BIAS、RMSE和MAE整體上分別減少44.7%、73.8%和54.6%。同時(shí)，ZWDgauss模型的殘差波動(dòng)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(duì)于ZWDexp模型在西北地區(qū)目標(biāo)點(diǎn)的改進(jìn)程度更大，其余依次分別是東北地區(qū)目標(biāo)點(diǎn)和中南地區(qū)的目標(biāo)點(diǎn)。故而可知，在三個(gè)樣本點(diǎn)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(shì)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(duì)比分析針對(duì)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(duì)應(yīng)各層的位勢(shì)高信息，求解出高斯函數(shù)模型對(duì)應(yīng)的a0、a、b系數(shù)，以及指數(shù)函數(shù)模型對(duì)應(yīng)的a、b系數(shù)。繪制ZTDgauss模型和ZTDexp模型的殘差對(duì)比圖如圖3.3所示，具體精度信息見(jiàn)表3.3所示：圖3.3中國(guó)地區(qū)三個(gè)樣本點(diǎn)處ZTDgauss模型和ZTDexp模型殘差對(duì)比圖圖3.3（a）、（b）、（c）中橫坐標(biāo)為三個(gè)目標(biāo)點(diǎn)對(duì)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(lèi)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(zhǎng)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(diǎn)處，在高程區(qū)間為30-60km時(shí)，ZTDgauss模型和ZTDexp模型的計(jì)算殘差呈現(xiàn)出類(lèi)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)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]地基GNSS對(duì)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(hào)：3328748