GPS气象学课件解析.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《GPS气象学课件解析.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- GPS 气象学 课件 解析
- 资源描述:
-
1、34目录目录研究目的及意义地基GPS观测大气水汽星载GPS掩星观测山基与机载GPS掩星观测12u1.1.研研究究目目的的及及意意义义气象与人类生产生活息息相关,水汽则是气候变化的主要驱动力,大气水汽是重要的气象因子。传统的大气水汽探测技术缺点:(1)无线电探空技术:观测成本高,时间分辨率低,测站分布不均匀。(2)星载辐射计、红外辐射计:探测精度易受云层干扰。(3)雷达探测:探测成本高,难以应用于大范围、全天候、常规观测。(4)微波辐射计:观测成本高,需经常校正仪器,雨天精度低,难以业务化。GPS卫星发射的L1、L2双频无线电信号在穿过大气层时会产生时延与弯曲,从而造成信号传播延迟。空间大地测量
2、中,将这种延迟作为一种误差源进行研究并加以改正。随着GPS技术的不断发展,出现了研究大气可降水量的地基GPS气象学、研究无线电掩星观测技术的空基GPS气象学。与传统大气探测手段相比优点:(1)观测精度高、准实时、全天候、自动化、无需仪器校正、观测资料长期稳定成本低。(2)地基GPS探测:时间分辨率高。(3)无线电掩星观测(星载、山基、机载):观测资料全球分布、高垂直分辨率。u GPS气象学的发展趋势及应用前景:地基GPS/MET技术已基本成熟,正由研究向业务应用转化,该类产品的业务应用正处于试验和评价阶段。随着天基GPS/MET探测的发展以及人类了解外空气象的需要,天基GPS/MET将得到迅速
3、发展,因此,天基GPS/MET试验和研究已成为GPS/MET未来发展的一个重要的热门方向。由于GPS技术探测大气数据具有覆盖范围广、高垂直分辨率、高精度和长期稳定等诸多优点,这对恶劣天气、暴雨的监测以及临近天气预报、数值天气预报、气候变化和全球变暖的监测、空间灾害性天气监测预报等都将产生重要的影响。2.2.地基地基GPSGPS观测大气水汽分布观测大气水汽分布2.12.1研究现状研究现状 国际研究现状:1992年M.Bevis等人提出用地面GPS测量资料来反演大气中的水汽含量,以改进气象预报的准确性。21世纪初,美国、日本与欧洲各国利用本国的GPS网进行地基GPS气象研究。目前,由地基GPS网所
4、获取的实时大气可降水量(PWV)的精度可达12mm。国内研究现状:90年代中期开始进行地基GPS气象学的研究工作。早起关注相关测量原理与算法的介绍及精度分析。此后上海GPS/STORM实验与华南暴雨实验进行了地基GPS探测水汽实验。一些地区的GPS气象服务网已经正式投入使用。在各相关实验的基础上,层析三维水汽场、构建水汽时空分布图及GPS资料在NWP模式中的研究取得了一定进展。2.1.GPS2.1.GPS反演可降水量的基本步骤反演可降水量的基本步骤 计算GPS可降水量的基本步骤为:1)由GPS分析软件(Bernese或GAMIT)根据原始观测数据解算出天顶总延迟量ZTD;2)根据天顶静力延迟模
5、型由地面气压测值计算出天顶静力延迟量ZHD;3)用天顶总延迟量减去天顶静力延迟量得到ZWD;4)由地面气温资料由经验公式算出加权平均温度Tm;或根据地面气温的观测资料和湿度的气象探空资料,用统计方法得出当地的Tm的经验公式后再代入地面气温资料算出Tm;5)根据Tm算出k,取定水汽密度Pv和实验系数k2、k3,则可算出水汽转换系数II;6)根据PWV=IWV/Pv;GPS卫星IGS产品:预报星历+精密星历接受数据:预报星历+观测数据上载预报星历全球跟踪站接收机数据非实时应用解算软件实时应用大气总延迟(ZTD)-大气湿延迟(ZWD)*大气可降水量PWV()大气干延迟(ZHD)转换因子(II)SA模
6、型H模型地面气压P()大气加权平均温度(Tm)地面温度(Ts)2.22.2基本原理与方法基本原理与方法 地球中性大气对GPS信号的传播会带来路径延迟。求GPS信号在大气中的延迟量L。GPS信号在对流层中的传播速度为V,真空光速C,大气折射率为n,大气折射指数为N,信号从卫星传播至接收机的时间为t,伪距为,对流层延迟改正为Vtrop。若则卫星至接收机的几何距离(不考虑电离层延迟与多路径误差)S为:)1)(1(1 C)1(1/C/CVnnn)3(1010-t)10-1(6-6t6tssNdsNdsCdtNCVdtS)2(10)1(N6 nstropNdsV)4(106 大气折射指数N与大气状态(温
7、度、气压和湿度)有关,不同的学者给出了不同形式的折射率计算公式。具体有Smith和Weintranb方案、Essen和Froome方案、Boudouris和Thayer方案。目前用的最多精度最好的是Thayer(1974)提出的折射率计算公式:式中,Pd为干空气分压(hPa),k1、k2、k3均是与折射指数有关的物理常数。实际应用中选用Boudouris或Thayer的,精度高。)(5321N2TPvkTPvkTPdk(5)式中N,T为对流层某处的折射指数与气温(K)。不易测量。现由气体的状态方程(T为气温,Pd和Pv分别为干空气和水汽的分压(百帕hPa);d和v分别为干气和水汽密度;=d+v
8、;Rd和Rv分别为干气和水汽的气体常数;):)(5321N2TPvkTPvkTPdk)()(76TRvvPvTRddPd)(8dv23)12(1TPkTPRRkkRkNvvvdd将上式代入(4)式积分,得到干延迟(静力延迟)和湿延迟)(9)312(10110L66-dsTPTkRRkkdsRkvvdd令Lh0=则w0等于余下的式子。L=Lh0+Lw0;上式又可改写为 ZTD=ZHD+ZWD;如果信号传播的路径是倾斜路径,简称斜径订正公式:上式中,Mh、Mw分别为干映射和湿映射函数。)(9)312(10110L66-dsTPTkRRkkdsRkvvdddsRkd1106-)()(10MLMLLw
9、0wh0h2.22.2映射函数映射函数 在GPS数据处理中,映射函数将天顶方向的延迟与斜路径方向的延迟联系起来,准确的映射函数是求得准确的中性大气延迟的前提。因此,对于映射函数的研究是地基GPS气象学的一个重要问题,这个方向上较为常用、精度较高的映射函数有CFA2.2、Hopfield与NMF。由Niell(1996)提出的NMF映射函数使用最为广泛。NMF与其他模型相比的特点:1)其他模型大多取决于地表参数,而NMF考虑了大气层分布随时间的周期性变化以及南北半球和季节的非对称性;2)其干映射函数还考虑了与测站高程有关的改正,反映了大气密度随高度增加而减少的变化率。下面对目前在GPS气象学中应
10、用最广泛的NMF干映射函数进行具体介绍。NMF干映射函数:式中,卫星高度角e,测站海拔高h(km),ha1、ha2、ha3为常数,a1、a2、a3是与地理纬度和观测时间t有关的参数。3)sin(2)sin(1)sin(312111)sin(13)sin(2)sin(1)sin(312111),(haehaehaehahahaehaeaeaeaaaethMNiellh3.23.2天顶干延迟天顶干延迟现介绍计算干延迟的三种著名的经验模型:SA模型、H模型、Black模型。1)SA模型(Saasamoinen模型)是1972年提出的计算天顶方向干延迟的公式;式中,为测站纬度,h0为测站海拔高(km)
展开阅读全文