极端天气条件下大气可降水量地基GPS反演研究

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地基GPS反演大气可降水量是GNSS遥感应用与数值天气预报领域研究的热点。与传统水汽探测手段相比,具有高时空分辨率、高精度、不受天气状况干扰、可实时监测等优点,备受关注。本文选取香港卫星参考站网数据,结合香港探空站数据资料,重点研究了四次台风影响下GPS水汽特征变化。  本研究主要内容包括:⑴阐述了GPS反演大气可降水量的基本理论,描述了大气垂直分层结构、地面气象参数特点,介绍了GPS对流层延迟原理,详述了地基GPS反演大气可降水量的基本步骤及影响因素。⑵对目前常用的三种静力学延迟模型进行了精度和适用性评估,包括Saastamoinen模型、Hopfield模型、Black模型。通过比较地面气象要素对静力学延迟模型的影响,归纳了应用 GPS水汽反演时气压、气温的处理方法。在此基础上,实验分析了相对湿度量在对流层延迟解算中的影响。另外,详细介绍了对流层映射函数NMF、VMF1、GMF,并比较研究了VMF1与GMF在极端天气条件下的适用性,结果表明精度基本相当。⑶利用香港探空站资料建立了香港地区加权平均温度模型,分析结果表明:利用探空站数据建立的区域加权平均温度模型,能有效地消除Bevis经验公式中的周期性误差影响,且同一地区的历史经验加权平均温度模型的长期实用性较好;同时,针对Bevis经验公式的误差与地面温度间的关系,提出一种分段线性改正方法,有效地消除了经验公式周期性误差影响,且精度与基于探空站资料建立的模型相当。⑷利用香港卫星参考站网数据探讨了四次台风影响期间的GPS水汽特征变化。研究结果表明,GPS大气可降水量反演具有较好的精度和可靠性,能够为台风的监测预报提供依据。同时考虑温度、气压、相对湿度等气象参数的特征变化,对台风的监测预报更具研究价值。
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