地基GPS層析水汽三維分布研究.pdf

1、水汽是大氣中最活躍的部分，而且水汽分布是動(dòng)態(tài)變化的，它和長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)性降水，熱帶氣旋，中緯度氣旋風(fēng)暴，雷電暴雨等氣象現(xiàn)象密切相關(guān)。這些災(zāi)害性的天氣現(xiàn)象可能給社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成巨大的損失。因此，獲得高精度的，高時(shí)空分辨率的水汽信息對(duì)氣象學(xué)和天氣預(yù)報(bào)具有非常重要的意義。本文使用四川區(qū)域的GPS數(shù)據(jù)對(duì)水汽三維分布展開了一系列的實(shí)驗(yàn)研究。主要內(nèi)容如下:
　　(1)西南交通大學(xué)徐韶光博士自主研發(fā)了精密定位與定軌軟件（PLAOD軟件），利用PLAOD

2、軟件解算得到的天頂總延遲精度較高，滿足水汽反演的精度要求。驗(yàn)證了PLAOD軟件作為本論文后續(xù)研究工作的解算軟件是可靠且可行的。
　　(2)實(shí)驗(yàn)對(duì)比了事后精密星歷和事后精密鐘差，快速精密星歷和快速精密鐘差，超快速預(yù)報(bào)星歷和快速精密鐘差三種組合方案均能達(dá)到水汽反演的精度，根據(jù)本文情況選擇了精度較高，時(shí)間延遲相對(duì)較小的快速精密星歷和快速精密鐘差的組合方案以滿足近實(shí)時(shí)的水汽三維層析的要求。結(jié)合本文實(shí)際情況，設(shè)置高度角為10°，采用NMF映

3、射函數(shù)，選擇投影法計(jì)算GPS斜路徑延遲，選擇Kalman濾波算法解算層析方程組。
　　(3)選擇四川地區(qū)的巴中、達(dá)縣、廣安、南江、營(yíng)山五個(gè)站點(diǎn)組成的GPS網(wǎng)絡(luò)作為研究區(qū)域，水平方向劃分為6×4=24個(gè)網(wǎng)格，分別以800m和1000m垂直分辨率的垂直均勻分層方法層析得到的水汽密度廓線與探空反演的水汽密度廓線很接近，初步表明，在相關(guān)系數(shù)都很高的情況下，兩種分辨率得到的層析結(jié)果近似。對(duì)于低層對(duì)流層水汽的研究，800m的垂直分辨率反映的水

4、汽特征更明顯。
　　(4)研究了垂直分層方式對(duì)層析結(jié)果的影響，依據(jù)大氣水汽隨著高程變化的特點(diǎn)，提出了一種垂直不均勻分層方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示垂直不均勻分層方式層析獲得的水汽密度廓線要好于垂直均勻分層方式，與探空計(jì)算的水汽密度廓線更吻合?？紤]到水汽主要集中在對(duì)流層中低層，垂直不均勻分層時(shí)，對(duì)流層低層的垂直分辨率相對(duì)較高，得到的大氣水汽的變化特征更加細(xì)致，更能反映出對(duì)流層低層大氣水汽的變化特征。四川地區(qū)的水汽層析實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明本文提出的

5、垂直不均勻分層方法是可行的。
　　(5)通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了層析初值對(duì)層析結(jié)果的影響，層析初值存在±50％的偏差時(shí)，利用Kalman濾波解算得到的水汽垂直信息跟探空資料仍然能夠較好的符合，得到正確可靠的水汽垂直方向的信息，說(shuō)明Kalman濾波算法用于水汽三維分布層析對(duì)層析初值不敏感，其結(jié)果忠實(shí)于GPS的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)分析了GPS站點(diǎn)數(shù)量對(duì)層析結(jié)果的影響，結(jié)果表明合理的格網(wǎng)劃分和較多的測(cè)站數(shù)量是獲得較好層析結(jié)果的前提條件。最后給出了四