基于北斗卫星的水汽探测性能分析

本文利用北斗试验网的数据,结合探空观测,对北斗系统与GPS系统,北斗、GPS与探空系统之间进行详细的比较分析,对北斗水汽探测性能及精度给出初步分析结果。北斗系统与GPS系统及探空系统大气可降水量的探测结果较一致,很好地反映了大气可降水量的变化情况;北斗系统解算出的大气可降水量大于GPS系统,两个系统间存在2~3.3 mm的系统误差,水汽含量较低时,一致性更好;北斗系统与探空的系统误差和标准偏差较大,定位定轨模型有待优化,系统稳定性有待提高。     

台站处北斗/GNSS实时大气水汽反演及试验分析

针对当前GNSS水汽反演的业务系统中普遍采用准实时、集中式的解算模式的现状,该文提出一种台站处分布式北斗/GNSS实时水汽解算模式,基于实时精密单点定位(PPP)技术获取高精度水汽结果以满足短期天气预报与气象研究的需求。在中国3个典型区域进行了连续观测试验,并以中国气象局准实时水汽产品与无线电探空结果为参考对本产品的结果进行了评估和分析。结果表明,实时水汽产品的平均RMS在5 mm以内,与准实时水汽产品和无线电探空结果的相关系数均达到0.95,且能反映水汽的日变化特征。     

基于北斗三号的大气水汽探测性能初步分析

对我国刚布署完成的北斗三号卫星导航系统(BDS-3)的大气水汽探测性能作初步分析可更好地发挥BDS-3的气象探测潜能.采用全球不同位置的台站进行几种手段的对比,探测结果具有代表性和说服力.研究结果表明:将BDS-3/PWV(大气可降水量)与GPS/PWV对比,平均偏差(BIAS)优于1.0 mm,均方根误差(RMSE)...     

顾及时变递减因子的中国大陆地区大气可降水量垂直改正模型

大气可降水量(PWV)在研究全球气候变化和数值天气预报中扮演着关键角色.然而,目前PWV的垂直改正主要依靠简单的经验改正模型,在一定程度上限制了多源水汽产品的高精度融合及不同水汽产品相互比较的可靠性.本文针对中国地区地形起伏大、气候多变等特点,利用2012—2017年欧洲中期天气预报中心提供的ERA 5再分析资料,按全国、地理分区方法分别构建了顾及时变递减因子的中国大陆地区PWV垂直改正模型(简称为C-PWVC1模型和C-PWVC2模型).以2017年中国地区86个探空站数据为参考值,分别将ERA 5和MERRA-2再分析资料格网数据插值到探空站来对新建立的模型进行精度评估.结果表明:①C-PWV C1和C-PWV C2模型在PWV垂直改正中的性能相当;②C-PWV C模型相比于未顾及垂直改正的情况,对ERA5和MERRA-2的修正精度(RMS值)整体分别提高了16％ 和8％,与常用的PWV垂直改正模型相比,对ERA5改善不够显著,而对MERRA-2则提高了12％;③C-PWV C模型在两种PWV高差较大时,表现出显著的优势,对MERRA-2的改正效果比ERA5更明显;④C-PWVC模型在不同空间分辨率的ERA5上,相比于常用的PWV垂直改正模型具有更好的插值精度和稳定性,尤其在中国南部和西部地区表现出显著的优势.因此,C-PWVC模型在中国大陆地区有较好的PWV垂直改正性能,可为中国区域的多源水汽产品比较、融合提供重要应用.     

采用北斗PPP-B2b服务的大气可降水量反演及香港暴雨过程分析

北斗三号卫星导航系统精密单点定位服务(PPP-B2b服务)通过卫星B2b信号向用户发送改正信息,摆脱了对外部通信的依赖,为实时反演大气可降水量(PWV)提供了新的技术途径。本文利用试验分析了PPP-B2b服务反演PWV的精度。试验结果表明,利用PPP-B2b服务反演结果与采用CODE事后精密星历产品的差值RMS为3.70 mm, STD为3.61 mm,与ERA5再分析数据差值的RMS和STD分别为4.80和4.07 mm,与探空结果差值的RMS和STD分别为3.75和7.16 mm,验证了采用PPP-B2b服务的PWV反演结果具有较好的精度。最后,通过分析香港暴雨过程的实际降水量与PWV反演结果之间的相关性,初步验证了BDS PPP-B2b服务用于暴雨灾害短时预警的可行性。     

基于GNSS和再分析资料的ZTD/PWV精度评定与模型构建方法研究EI北大核心CSCD

水汽虽然占总中性大气含量不足4%,但它却是地球中性大气的重要组成部分。一方面,它是大气能量传递的基础,水在低纬度地区被蒸发吸收热量,水汽被输送到高纬度地区凝结,释放出大量的热量;另一方面,水汽也是地球上最重要的温室气体之一,对全球气候变化有着重要影响。此外,水汽在大气水文循环中也起着关键作用,在风的作用下,水汽围绕地球移动。     

基于BDS精密星历产品的水汽探测性能分析

研究北斗卫星导航系统（BDS）反演大气可降水量的性能有利于推动BDS在数值天气预报、气象学研究等方面的应用. 基于武汉大学发布的BDS最终精密星历产品(WUM)、快速精密星历产品(WHR)和超快速精密星历产品(WHU),利用MGEX站和单基站连续运行参考站（CORS）提供的全球卫星导航系统（GNSS）多模观测数据,在验证三种BDS精密星历产品解算对流层天顶延迟的精度达到要求后,将基于三种BDS精密星历产品解算的大气可降水量分别与GPS水汽探测结果、ERA-5再分析资料和探空站数据进行对比,分析基于三种精密星历产品的BDS水汽探测性能. 实验结果表明:基于BDS最终精密星历产品的大气水汽探测精度高于快速星历产品和超快速星历产品,三种BDS星历产品反演大气可降水量的相对精度和可靠性与GPS相当,满足中小尺度数值天气预报和气象学研究等要求.      

基于GNSS的北京地区水汽含量与雾霾浓度的相关性分析

介绍了利用GNSS观测数据反演大气可降水量PWV的相关原理,分析了北京地区春、夏、秋、冬时节的可降水量、天顶干延迟ZHD与雾霾浓度PM_2.5的相关性,通过分析发现北京地区不同季节的PWV、ZHD与雾霾浓度PM_2.5的相关性表现出较大的差异性,冬季的相关性最强,春季和秋季的相关性次之,夏季的相关性最弱。通过试验分析,笔者认为利用GNSS反演获得的PWV、ZHD等气象数据在一定程度上可用于雾霾灾害天气的监测和预警。     

基于北斗PWV的暴雨时空变化特征分析

利用49个山东省连续运行参考站(SDCORS) 2020年的北斗观测数据,使用GAMIT软件进行了大气水汽反演,得到了全年逐小时的大气可降水量(PWV)序列. 将反演得到的PWV与探空气象站观测的PWV对比,平均偏差为2.4 mm,均方根误差(RMSE)为3.4 mm,相关系数达到0.98,结果表明反演结果的精度符合气象研究需求. 分别从单连续运行参考站(CORS)和全省范围对PWV在暴雨过程中的变化进行了分析,发现PWV在暴雨产生前5~12 h开始上升,至暴雨产生时刻,PWV最大值普遍达到60 mm以上,平均变化率达到1~3 mm/h,越临近暴雨产生,PWV变化幅度越大,降水结束后,PWV会迅速下降. PWV的变化与暴雨的产生具有高度相关性,PWV在暴雨产生前后的剧烈变化,可用于暴雨预警研究,对于生产生活活动具有重要现实指导意义.      

经验模态分解与神经网络的GPS可降水量预测

本文将经验模态分解与神经网络相结合的方法应用于GPS可降水量预测。对GPS可降水量进行经验模态分解,在分解过程中采用径向基神经网络处理端点问题,针对经验模态分解得到的每个分量分别运用径向基神经网络进行预测,并重构出最后的预测结果。重构结果与直接运用神经网络进行预测的GPS可降水量、实测GPS可降水量进行比较,结果表明,相对于直接预测,经验模态分解与神经网络结合的方法具有更高的预测精度。     

GPS/MET中水汽转换参数本地化研究与时空特性分析

随着全球定位系统(GPS)的高速发展,它在测绘科研领域的应用范围不断扩大,在GPS气象方向,可以通过地基GPS技术计算得到水汽转换参数,从而计算大气可降水量.使用本地化的水汽转换参数能有效提高GPS水汽反演的精度.本文利用中国西南地区2015-2018年12个探空站点数据,计算得到中国西南地区的年、季度、月和每日水汽转换参数,实现了水汽转换参数本地化研究.分析发现,在一定范围内,水汽转换参数Π随着站点高度的增加而逐渐增加,且我国西南地区的水汽转换参数Π的时空分布具有明显的气候分布特点和纬度地带性.     

GPS站水汽压与可降水分关系的探讨

利用GPS技术遥感大气可降水分的精度已经达到1-2mm,可以作为检验其他手段获取的可降水分的精度。文中对于南极稀少的GPS站点估计的可降水分,探讨了水汽压与可降水分的关系,得出两者满足的二次曲线拟合模型,使之适合无GPS站点的局部地区,并通过南极应用实例验证了该模型的正确性。     

利用氧气和水汽吸收波段暗像元假设的MERIS影像二类水体大气校正方法

摘 要:MERIS数据以其更为合理的水色波段设置和300m较高的空间分辨率,在内陆湖泊水环境遥感监测中有较大的应用潜力, 对其进行有效的大气校正则是水环境参数定量化反演的前提。以太湖为研究区, 研究基于氧气和水汽吸收波段的暗象元假设, 改进传统的近红外波段暗像元假设的大气校正方法。采用MERIS L2p数据辅助获取湖区气溶胶参数, 并利用2007年11月11日、2008年11月20日以及2009年4月25日三景MERIS影像进行方法验证。结果表明, 该方法能够快速、有效地完成MERIS影像的大气校正, 与地面准同步实测数据相比, 三次校正的RMSP都在25%以下; 与BEAM自带的二类水体大气校正算法、气溶胶厚度辅助的6S大气校正以及改进的暗象元算法进行精度比较, 表明该算法校正精度较高。由于该算法不需要同步实测气溶胶数据, 因此具有一定的适用性。     

基于小波变换的GNSS ZTD与土壤水含量相关性初探

利用2018年11月—2019年1月,大陆环境检测网络的NMEL站全球卫星导航系统天顶对流层延迟（GNSS ZTD）数据和中科院遥感与数字地球研究所闪电河流域土壤水分监测试验区的土壤水含量数据,借助小波变换的方法进行了月时间尺度的GNSS ZTD与土壤水含量的相关性分析研究．实验表明:在月时间尺度上,GNSS ZTD与土壤水含量存在相关性,GNSS ZTD经小波分解后的低频趋势项与土壤水含量相关性明显高于GNSS ZTD与土壤水含量的相关性,[JP2]分析认为,降水发生时GNSS ZTD升高因素会造成与土壤水含量相关性异常      

重力场模型及GNSS/水准的区域似大地水准面精化

针对现有地球重力场模型综合利用研究较少的情况,该文利用实测全球导航卫星系统/水准数据分析GOCO03S、ITG-GRACE2010S、GO_CONS_GCF_2_DIR_R4、GO_CONS_GCF_2_TIM_R4和EGM2008等地球重力场模型不同谱域位系数对应的高程异常精度,提出对多类重力场模型进行简单谱组合和加权谱组合,并进行精度分析;然后利用这两类组合重力场模型,结合全球导航卫星系统/水准数据对区域似大地水准面的精化展开研究。计算结果表明:在实验区域,与EGM2008模型相比,采用简单谱组合法和加权谱组合法均能提高模型高程异常的精度,标准差最优分别可达0.081m和0.084m,对应精度提高幅度分别为40.9%和38.5%;以多类重力场模型为基础,经简单谱组合法或加权谱组合法得到组合重力场模型,并利用全球导航卫星系统/水准数据进行精化,可获得较高精度的区域似大水准面,精度最优可达0.048m。     

基于重庆CORS的水汽电离层实时监测方法研究及平台构建

研究了基于精密单点定位(PPP)的大气可降水量(PWV)反演方法及基于像素基的三维电离层层析方法,结合重庆CORS及IGS实时服务产品(RTS)构建了区域水汽电离层监测平台,平台可实时提供高时空分辨率的水汽二维、电离层二维及三维产品,并实现了WEB在线发布.平台拓展了重庆CORS服务领域,对于监测短时突发的天气现象、研究电离层精细形态变化具有重要意义.