【摘要】：水汽在大氣中含量極少,但它和降水的形成、氣候的變化有著密切的關(guān)系,作為全球氣候變化監(jiān)測的對(duì)象,它在大氣垂直穩(wěn)定度、地球氣候系統(tǒng)平衡等也起著關(guān)鍵的作用。GNSS氣象學(xué)作為一門新興的交叉學(xué)科,不僅提高了獲取大氣水汽含量的時(shí)空分辨率和精度,同時(shí)大大降低了觀測成本,具有非常好的應(yīng)用前景。研究利用地基GNSS反演大氣水汽含量的基本原理、方法,有利于推動(dòng)和加強(qiáng)該技術(shù)在氣候監(jiān)測、天氣預(yù)報(bào)等方面的應(yīng)用。本文分析了地基GNSS反演大氣水汽含量較傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢,然后基于GNSS遙感水汽的原理和計(jì)算方法,描述了地基GNSS實(shí)時(shí)反演大氣水汽含量的業(yè)務(wù)流程,并對(duì)影響地基GPS反演大氣水汽含量的因素進(jìn)行了分析。針對(duì)區(qū)域網(wǎng)的特點(diǎn),建立了區(qū)域大氣加權(quán)平均溫度模型,并給出了適合區(qū)域小網(wǎng)的解算方法和策略,分別利用精密單點(diǎn)定位方法和雙差最小二乘法反演水汽含量,并用探空值和實(shí)際降水量驗(yàn)證了結(jié)果�；赥RACK模塊驗(yàn)證了雙差kalman濾波方法用于地基GPS實(shí)時(shí)反演大氣水汽含量的可行性。利用BDS/GPS雙模數(shù)據(jù),基于北斗系統(tǒng)計(jì)算天頂對(duì)流層延遲并證明了北斗系統(tǒng)用于水汽監(jiān)測的可行性。主要工作包括以下幾個(gè)方面:(1)首先介紹了常規(guī)探測大氣水汽的方法以及地基GNSS技術(shù)的優(yōu)勢,GNSS氣象學(xué)的分類及其在國內(nèi)外的發(fā)展應(yīng)用情況,簡要闡述了本文的主要研究內(nèi)容。介紹了常用的對(duì)流層延遲模型和對(duì)流層參數(shù)估計(jì)方法,闡述了地基GNSS探測大氣可降水量的原理,結(jié)合國際高精度數(shù)據(jù)處理軟件GAMIT,描述了地基GNSS實(shí)時(shí)反演大氣水汽含量的業(yè)務(wù)流程。通過論述探空方法計(jì)算水汽的原理,給出了本文檢核地基GNSS反演PWV精度的方法,為下一步分析GNSS反演大氣可降水量的誤差奠定了基礎(chǔ)。(2)分析了影響地基GPS反演大氣可降水量的因素,利用探空技術(shù)檢驗(yàn)了GNSS-PWV精度。結(jié)合鄭州、武漢等地的探空值以及實(shí)際降水量,分別討論了遠(yuǎn)距離參考站數(shù)量、坐標(biāo)約束、數(shù)據(jù)處理方式、地面氣象要素、衛(wèi)星高度截止角、衛(wèi)星星歷、對(duì)流層參數(shù)個(gè)數(shù)、投影函數(shù)和梯度對(duì)地基GPS反演大氣可降水量的影響,總結(jié)了地基GPS精確計(jì)算大氣可降水量的經(jīng)驗(yàn)。(3)針對(duì)鄭州區(qū)域特點(diǎn),提出了適合鄭州地區(qū)的加權(quán)平均溫度模型。利用鄭州無線電探空資料,分別通過單因素(地面溫度Ts)線性回歸和多因素(Ts、地面水汽壓e、地面氣壓Ps)線性回歸兩種方式,得出鄭州地區(qū)兩種大氣加權(quán)平均溫度計(jì)算模型,比較區(qū)域模型與經(jīng)典的Bevis-Tm模型的擬合均方根誤差,發(fā)現(xiàn)區(qū)域模型的誤差更小,再將所得模型應(yīng)用到鄭州地區(qū)GPS可降水量計(jì)算中,與無線電探空實(shí)測結(jié)果對(duì)比分析,兩者均方根誤差約為2.2mm,并給出了鄭州地區(qū)的PWV二維分布。分析了雙差最小二乘方法與PPP方法解算ZTD的差異,結(jié)果表明偏差小于1cm。(4)對(duì)TRACK模塊進(jìn)行了介紹,提出了利用TRACK實(shí)時(shí)估計(jì)大氣水汽含量的數(shù)據(jù)處理方案。利用雙差動(dòng)態(tài)kalman濾波的方法,基于TRACK模塊,實(shí)現(xiàn)了區(qū)域網(wǎng)監(jiān)測站ZTD的實(shí)時(shí)獲取,通過與GAMIT靜態(tài)ZTD結(jié)果比較,發(fā)現(xiàn)兩者相差小于1cm,將TRAKC反演的PWV和探空值比較,驗(yàn)證了利用雙差動(dòng)態(tài)kalman濾波方法實(shí)時(shí)獲取精確PWV的可行性,其大氣可降水量精度在2mm左右。此外,通過分析中國雨季分布情況和目前數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的水平,闡述了GNSS氣象學(xué)在天氣預(yù)報(bào)的重要性,最后結(jié)合武漢一次暴雨實(shí)例,分析了PWV在暴雨前后的變化特征,驗(yàn)證了地基GNSS氣象學(xué)應(yīng)用于惡劣天氣預(yù)報(bào)的可行性。(5)利用BDS/GPS雙模數(shù)據(jù)進(jìn)行精密定軌,解算了全球18個(gè)測站的ZTD,比較了GPS和BDS不同系統(tǒng)解算測站天頂對(duì)流層延遲的精度差異,RMS小于1cm,并用CODE中心提供的ZTD參考值驗(yàn)證了該方法解算ZTD的精度,BIAS小于1cm,RMS優(yōu)于2cm,最后比較了精密定位方法和精密定軌方法解算ZTD的精度,為下一步利用BDS進(jìn)行實(shí)時(shí)可降水量反演奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

圖 1.1 探空氣球（2）水汽輻射計(jì)(WVR，Water Vapor Radiometer)水汽輻射計(jì)，又稱為微波輻射計(jì)，如圖 1.2，它利用兩個(gè)頻率，22.235GHz和 31.4GHz，來分別測量天空的亮溫，然后轉(zhuǎn)換為大氣不透明系數(shù)，再利用不透明系統(tǒng)與水汽之間函數(shù)關(guān)系來得到大氣水汽含量。水汽輻射計(jì)通常 5~8 分鐘觀測一次，相比無線電探空技術(shù)具有更高的時(shí)間分辨率，但地基微波輻射計(jì)在有濃云或是雨雪天氣時(shí)，觀測到的數(shù)據(jù)存在較大誤差，而且價(jià)格昂貴。

圖 1.1 探空氣球輻射計(jì)(WVR，Water Vapor Radiometer)計(jì)，又稱為微波輻射計(jì)，如圖 1.2，它利用兩個(gè)頻率，22.235GHz和空的亮溫，然后轉(zhuǎn)換為大氣不透明系數(shù)，再利用不透明系統(tǒng)與水氣水汽含量。計(jì)通常 5~8 分鐘觀測一次，相比無線電探空技術(shù)具有更高的時(shí)間計(jì)在有濃云或是雨雪天氣時(shí)，觀測到的數(shù)據(jù)存在較大誤差，而且
【學(xué)位授予單位】：解放軍信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN967.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2517900