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水汽是大气中的重要组成成分,水汽的变化对降雨、极端天气等天气预报具有十分重要的意义。GNSS水汽探测技术以其高精度、全天候、高时空分辨率和经济性等优势在水汽探测中发挥着越来越重要的作用。本文阐述了GNSS水汽反演的基本理论,对于GNSS水汽反演中的关键因素加权平均温度的模型构建进行了研究;利用RTKLIB软件基于精密单点定位技术进行了对流层解算,并反演了大气可降水量;对台风天气中GNSS/PWV变化情况进行了研究。本文的主要研究内容有:
(1)使用探空站数据对于??的影响因素进行了分析,发现??与地面气象要素之间具有很好的相关性;对??的时空变化趋势进行了分析,发现??具有明显的年周期性变化趋势,并且??在我国的分布具有明显的空间差异。
(2)采用最小二乘原理建立了江西省单因子和多因子??模型,与广泛应用的Bevis模型和单九生建立的江西模型比较。结果表明,两种本地化模型有效消除了另两种模型系统误差,精度提高了近30%。对比单因子模型和多因子模型,发现多因子模型的精度更高。按季节分区分别构建了四个季节的多因子??模型,均方根误差分别有了1%、9%、6%和3%的降低。利用西藏地区两个探空站验证了顾及季节性变化多因子建模方法的适用性。整体来说顾及季节性变化的多因子建模方法适用高精度??模型的研究。
(3)对于经验加权平均温度模型GPT3模型进行研究,发现GPT3模型运算效率大大优于目前广泛使用的GPT2w模型。提出气候分区的方法对GPT3模型计算的??进行改正,使模型更加适用于中国地区,经过改正后模型偏差基本消除,均方根误差从整体上看有了0.95K的降低,改进度达到了18.7%。
(4)基于IGS对流层产品对利用RTKLIB软件基于精密单点定位解算的ZTD进行对比,结果表明偏差集中在20mm之内,解算的RMS的平均值为7.33mm。经过验证使用GPS+GLONASS的双系统解算的ZTD精度要高于使用GPS单系统,RMS降低了0.58mm,平均降低率为7.3%。使用测站附近的探空站数据计算的PWV来验证GNSS/PWV反演精度,分别用平均偏差(Bias)、均方根误差(RMS)、相对误差(Epce)和相关系数(R)四个指标来评价,总体来说反演得到的PWV精度较高,能够满足GNSS水汽反演的要求。
(5)利用香港地区CORS站,探究了GNSS水汽反演在台风天气中的应用问题。发现GNSS/PWV和降水密切相关,在降雨发生之前,PWV都有一个快速上升的现象,降雨一般在PWV达到峰值之后1-2个小时发生。分析了台风过境期间香港各个CORS站和PWV变化特征,并探究了PWV的分布,为后续进一步研究提供了思路。
(1)使用探空站数据对于??的影响因素进行了分析,发现??与地面气象要素之间具有很好的相关性;对??的时空变化趋势进行了分析,发现??具有明显的年周期性变化趋势,并且??在我国的分布具有明显的空间差异。
(2)采用最小二乘原理建立了江西省单因子和多因子??模型,与广泛应用的Bevis模型和单九生建立的江西模型比较。结果表明,两种本地化模型有效消除了另两种模型系统误差,精度提高了近30%。对比单因子模型和多因子模型,发现多因子模型的精度更高。按季节分区分别构建了四个季节的多因子??模型,均方根误差分别有了1%、9%、6%和3%的降低。利用西藏地区两个探空站验证了顾及季节性变化多因子建模方法的适用性。整体来说顾及季节性变化的多因子建模方法适用高精度??模型的研究。
(3)对于经验加权平均温度模型GPT3模型进行研究,发现GPT3模型运算效率大大优于目前广泛使用的GPT2w模型。提出气候分区的方法对GPT3模型计算的??进行改正,使模型更加适用于中国地区,经过改正后模型偏差基本消除,均方根误差从整体上看有了0.95K的降低,改进度达到了18.7%。
(4)基于IGS对流层产品对利用RTKLIB软件基于精密单点定位解算的ZTD进行对比,结果表明偏差集中在20mm之内,解算的RMS的平均值为7.33mm。经过验证使用GPS+GLONASS的双系统解算的ZTD精度要高于使用GPS单系统,RMS降低了0.58mm,平均降低率为7.3%。使用测站附近的探空站数据计算的PWV来验证GNSS/PWV反演精度,分别用平均偏差(Bias)、均方根误差(RMS)、相对误差(Epce)和相关系数(R)四个指标来评价,总体来说反演得到的PWV精度较高,能够满足GNSS水汽反演的要求。
(5)利用香港地区CORS站,探究了GNSS水汽反演在台风天气中的应用问题。发现GNSS/PWV和降水密切相关,在降雨发生之前,PWV都有一个快速上升的现象,降雨一般在PWV达到峰值之后1-2个小时发生。分析了台风过境期间香港各个CORS站和PWV变化特征,并探究了PWV的分布,为后续进一步研究提供了思路。