地基GPS技术遥感大气水汽含量及其在气象学中的应用

摘要

随着全球卫星导航系统的发展，尤其是美国全球定位系统(GPS)的形成，全球GPS连续跟踪站的建立，推动了许多其它学科(如测量学、天文学、遥感、气象等)的迅速发展，其中地基GPS遥测大气水汽技术就是GPS全球定位技术的一个应用方面，并且随之形成的交叉学科地基GPS气象学在短短几十年里取得了很大成就。GPS遥测水汽技术与常规探测手段相比有很多优势，但也存在许多问题，有待于进一步研究。 本文主要对地基GPS遥感天顶方向水汽的原理和方法进行了研究，并选取北美8个测站组成GPS观测网进行试验，计算了天顶方向可降水量(PWV)，并与实际天气过程进行了对比研究。下面是本文的主要研究内容： 1、概括介绍了地基GPS气象学的发展过程，对国内外地基GPS气象学研究进展进行简要讨论。 2、详细介绍了地基GPS气象学的原理，分析了天顶总延迟、天顶静力学延迟模型，给出了天顶湿延迟与可降水量的转换关系式，并对反演水汽过程中各种误差进行简要分析。 3、详细介绍地基GPS遥测水汽技术。对GAMIT软件的使用和安装进行简单介绍，着重讨论GAMT高精度GPS数据处理过程。 4、以北美8个站组成GPS观测网，选取2007年5月份作为研究时段，进行数据采集和整理，解算大气可降水量，并结合当地该月实际降水过程进行分析，研究GPS可降水量在实际天气分析中的应用。 5、对GPS可降水量精度进行检测。以国内KUNM和LHAZ两站2007年5月两周的数据与探空资料进行对比，得出精度满足气象研究需要，二者相关系数均达到0.92以上，并对GPS遥感水汽技术在气象预报的应用进行概括分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章概述

1.1 GPS系统简介

1.1.1 GPS系统发展

1.1.2 GPS系统的组成

1.2 GPS定位技术和原理简介

1.2.1 GPS定位原理

1.2.2 GPS定位误差

1.3 GPS跟踪站国内外发展情况

1.3.1 GPS服务系统

1.3.2国外GPS建站建网情况

1.3.3我国建站建网情况

1.4 GPS气象学概况

1.4.1 GPS气象学起源和分类

1.4.2国内外GPS气象学研究概况

1.5主要研究内容和意义

第2章地基GPS气象学原理

2.1水汽监测概述

2.1.1水汽监测的重要性

2.1.2常规水汽监测手段

2.1.3 GPS遥感水汽技术的优势

2.2 GPS信号延迟

2.3天顶静力学延迟

2.4天顶湿延迟

2.5大气可降水量(Precipitable Water Vapor，PWV)的推算

2.5.1大气加权平均温度Tm的确定

2.5.2转换系数Π的确定

2.6 GPS遥测水汽的误差分析

第3章GAMIT用于地基GPS遥感大气水汽技术

3.1 GAMIT软件简介

3.2 GAMIT安装和配置

3.2.1 GCC安装简介

3.2.2 GAMIT安装配置

3.3 GAMIT数据处理过程

3.3.1 GPS数据准备

3.3.2 GAMIT配置文件重置

3.3.3 GAMIT数据解算

3.4反演水汽过程

第4章实例分析

4.1 GPS站的选取

4.2 GAMIT软件数据处理过程

4.2.1建立目录配置文件

4.2.2数据处理

4.3结果分析

4.3.1 5月份单天平均PWV结果

4.3.2天气情况分析

4.4单天降水分析

4.4.1 5月份每半小时可降水量分析

4.4.2单天降水过程分析

4.5本章小结

第5章精度分析及气象应用

5.1精度分析研究简介

5.2精度分析

5.3误差分析

5.3.1 GPS有关的误差

5.3.2气象要素有关的误差

5.3.3 GPS测量与探空探测的时空偏差

5.4 GPS遥感水汽技术的气象应用

5.4.1 GPS可降水量资料在数值预报模式上的应用

5.4.2 GPS资料同化

5.4.3诊断三维水汽

5.4.4天气分析和预报

5.4.5区域气候研究

5.5本章小结

第6章全文总结

6.1本文完成的主要内容

6.2后续研究和展望

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间的研究成果