地基GPS反演大气可降水量及其在台风分析中的应用研究

摘要

地基GPS反演大气可降水量作为一项新兴的大气探测技术，在空间天气与GNSS遥感等方面得到广泛的应用研究。该技术以高精度、高时空分辨率、近时间观测等特点而备受的关注，其在数值天气预报、天气特征变化分析等研究中的作用越来越重要。本文基于香港卫星参考网的观测数据，重点分析地基 GPS反演大气可降水量过程中所涉及的问题以及台风影响下GPS水汽的变化特征。主要研究内容如下：　　（1）阐述GPS反演大气可降水量的基本原理，并以南昌为试验区，利用南昌探空站资料建立南昌加权平均温度模型，与其他模型比较，结果表明，要获取高精度的可降水量信息，必须使用基于该地区气象资料建立的加权平均温度模型，同时，依据探空数据计算可降水量的原理，对解算过程中值得重视的问题进行分析。　　（2）分析论证GPS反演可降水量过程中模型选择的问题。对Saastamoinen模型、Hopfield模型以及Black模型进行精度和适用性评估。结合IGS站的观测数据，针对映射函数模型NMF、GMF和VMF1进行分析，以ITRF08框架坐标和CODE提供的ZPD产品为真值，比较模型的定位精度与对流层延迟解算效果，结果表明：GMF和VMF1在U方向精度和对流层延迟解算精度相当，且高于NMF模型。此外，针对影响对流层延迟解算的影响因子进行分析。　　（3）根据地基 GPS反演可降水量的流程，对地基 GPS反演可降水量的精度进行验证。此外针对影响可降水量解算的因素进行分析，结果表明：海潮改正引起的香港地区可降水量误差在1-3mm之间，对内陆几乎没有影响；快速星历和最终星历的解算精度相当，超快速星历的解算精度随着观测部分时间的增加而提高，最大差值为1.100mm，基本满足实时数值天气预报的要求；与Hopfield模型和Black模型相比，Saastamoinen模型更适合香港地区，此外在无实测气象数据时，GPT/SAAS模型比EGNOS适用性更好；对GPS_GLONASS组合系统反演精度进行分析，组合导航系统反演精度达到可降水量精度要求，平均偏差为-0.5380，均方差为2.4788,相关系数为91.68%，但反演精度却弱于地基GPS反演的精度。　　（4）结合香港卫星参考站网数据和香港天文台提供的雷达回波图像以及实际雨量分布信息，对影响香港地区的四次台风进行可降水量分析，结合台风期间温度、气压、相对湿度等气象参数的特征变化，对台风的预报与分析起到更好的研究作用。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外GPS气象学研究现状与趋势

1.3 论文研究内容

2 地基GPS遥感大气水汽的理论基础

2.1 GPS信号在传播过程中的误差与消除方法

2.2 对流层延迟

2.3 地基GPS反演大气可降水量基本步骤

2.4 加权平均温度

2.5 基于探空资料的可降水量计算

2.6 本章小结

3 对流层延迟改正模型

3.1 静力学延迟模型误差分析

3.2 映射函数模型

3.3 对流层延迟计算影响因素

3.4 本章小结

4 地基GPS反演大气可降水量

4.1 反演数据来源

4.2 地基GPS反演大气可降水量

4.3 地基GPS反演大气可降水量影响因素的分析

4.4 本章小结

5 基于地基GPS水汽资料的灾害性气候分析

5.1 台风数据的选择

5.2 气象要素特征分析

5.3 可降水量PWV特征分析

5.4 地基GPS反演可降水量分布

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 不足与展望

致谢

参考文献

硕士在读期间的科研成果及参与项目