地基GPS遥感大气水汽含量及在气象上的应用
地基GPS技术遥感大气水汽含量及其在气象学中的应用的开题报告
地基GPS技术遥感大气水汽含量及其在气象学中的应用的开题报告一、选题背景气象学是一门研究地球大气现象的学科，近年来受到全球气候变化的影响，气象观测和预测成为具有重要现实意义的研究方向。
其中，研究大气水汽含量对于提高气象预测能力、预防天气灾害、节约水资源等具有极为重要的意义。
GPS技术是一种基于全球卫星定位系统的导航技术，已经被广泛应用于航空、电信、交通、地震等领域。
近年来，随着GPS技术的不断发展和完善，地基GPS技术已经被应用于大气水汽含量的遥感测量中，成为研究大气水汽含量的重要手段。
二、选题目的本论文旨在深入研究地基GPS技术遥感大气水汽含量的原理和方法，借助数学和物理模型对其进行分析和计算，探究大气水汽含量对气象学的应用，包括气象预测、天气灾害预防、水资源管理等方面，为相关领域的研究提供参考和支持。
三、研究内容1.地基GPS技术测量大气水汽含量的原理和方法2.数学和物理模型分析和计算大气水汽含量3.分析大气水汽含量对气象学的应用，包括气象预测、天气灾害预防、水资源管理等方面4.开展实验研究，验证理论分析的准确性和可信度5.总结研究成果，提出未来的研究方向和展望四、研究方法本论文采用文献资料法、实验方法和数学分析法相结合的研究方法。
通过收集和分析国内外相关领域的文献资料，了解地基GPS技术遥感大气水汽含量的最新研究进展；通过实验的数据收集和处理，验证理论研究结果的准确度和可行性；通过数学模型的分析和计算，从理论层面探究地基GPS技术测量大气水汽含量的原理和方法。
五、预期目标与意义本研究旨在深入探究地基GPS技术遥感大气水汽含量的原理和方法，分析其在气象学中的应用，将为气象预测、天气灾害预防、水资源管理等方面的研究提供参考和支持。
预期通过研究成果，推动相关领域的发展和进步。
GPS探测大气水汽含量的研究
GPS探测大气水汽含量的研究一．探测水汽含量的常规技术1．常规气球探空观测目前地球大气参数的廓线分布，大气水汽观测资料主要依靠每天两次的标准观测，其主要局限是：无线电探空气球观测在全球的分布很不均匀，测站密度过稀，在海洋上空甚至没有资料，相邻两次探测之间间隔时间过长，探测的精度不能满足水汽时间空间多变性的要求，且维持这一观测系统的本钱也在不断增加。
2．水汽微波辐射计(Water Vapor Radiometer-WVR)提供了依靠所测亮温反演扫描方向积分水汽总量和积分液水总量的手段。
3．星载微波辐射计测量地球提供的热背景下相应的吸收线，由于地表温度的多变性而呈现复杂性，应用于洋面的遥感比应用于陆地更为适用。
同时由于云的存在使这种应用受到限制。
地基微波辐射计不受低的中等覆盖云量的影响，但云量较多时同样受到影响。
降水发生时雨滴的存在对于辐射的影响以及雨滴打湿仪器天线的影响，使得微波辐射计这时很难提供可用的数据。
极轨卫星所载辐射计提供很好的空间分辨率但比拟差的时间分辨率，而地基辐射计正好相反。
4．激光雷达费用昂贵，而且不能全天候观测，难以大范围密集设置站网和实现观测业务化。
5．卫星红外辐射计可以观测大气亮温、估算大气积分可降水分(IPW),能覆盖全球范围，但也只能局限于晴空区域的监测。
二．GPS气象学的开展GPS气象学(GPS/ METeorology,简写为GPS/MET)是近十年来蓬勃开展起来的，由卫星动力学、大地测量学、地球物理学和气象学穿插派生出的新兴边缘学科。
发源于美国，在 2 0世纪80年代，美国的Davis、Herring、Askne,Nordius 等人在该领域做了许多理论上的研究并进展了屡次试验，为其开展奠定了理论根底。
后来，Bevis和Businger等人进展了较全面的研究，1992年提出了采用地基GPS技术探测大气水汽含量的原理。
结合掩星技术通过对大气折射率的遥感来反演大气的温湿特性，他们的研究成果促进了GPS气象学的新进展。
地基GPS测量大气水汽原理
国铁 C80 车的使用。 在改进生产、 加工工艺的前提下， 根据煤质情况做好 配采、 接续工作， 充分调动生产、 加 回采工作面的布置、 工、 储装、 销售部门的积极性， 做好各个环节的管理和协 真正做到各部门全程参与销售工作， 互相监督。 调工作， 3、 集装站运营后， 未办理新的证照， 原证照一并移 交， 考虑到税收因素， 运销处在土右区域进行的销售活 动仍需使用其证照、 印鉴、 账户等手续， 在合同签订、 煤 款入账、 余款退还、 业务结算、 税票开具时极为不便， 且 易造成不良后果。 业务衔接存在纰漏， 4、 李家壕能否如期运行， 将成为能否完成今年销 售计划的关键。 5、 经济学家分析，2012 年“通胀压力依旧， 经济增 。作为煤炭企业下游的钢铁、 速减慢” 电力等企业的运 营堪忧。因此我们需对 2012 年商品煤的生产结构、 市场 流向、 运力配置、 利润预期要有一个切合实际的计划。 6、 外购煤销售仍是我公司经营活动中不可或缺的 重要部分。我们认为应该在激励机制、 管理制度、 环节 管控等方面进一步强化， 创造更大的效益。 九、 做好销售工作应采取的措施 “大销售” 利用集团 优势， 从公司实际出发， 制定有 效的、 切实可行的措施， 把前瞻性的工作做细、 做足、 做 实， 力求全面实现完成 2012 年销售目标。 1、 进一步强化商品煤煤质管理工作， 确保煤质始 终处于可控状态下， 自 2008 年 7 月份以来， 随着风选、 洗选、 煤泥干燥手段的逐步到位， 我公司的商品煤煤质 受到用户好评。 随着李家壕矿的投产， 由于 稳中有升， ， ， 其煤炭的自身特性 导致其原煤入洗后 泥 化 现 象 严 重， 从而对洗煤系统的正常运行及洗出产品的质量影 响很大， 势必会影响到煤矿的生产和产品的销售。 如 何解决李家壕煤矿自产商品煤的质量问题将成为我公 司 2011 年销售工作的重中之重。 2、 外购商品煤资源量的充足与否， 始终是制约我 ， 2012 年我公司安排外购 公司销售工作的一个“瓶颈 ” 煤销售 455 万吨， 占销售总量的一半以上， 必须要站在 一个战略高度来谋划此事， 才能从根本上打破外购煤 “瓶颈” ， 源这个 顺利实现销售计划。 3、 充分利用萨拉齐集装站成为呼铁局万吨列车战 略装车站点的优势， 积极协调各方关系， 利用国铁 C80 车 体实现外运， 弥补自备车动力严重紧张的缺口。 4、 进一步加强与销售中心各部门的联系、 沟通、 协 调， 力求实现市场、 铁路、 港口资源最大程度共享， 以最 低运营成本获得最大的效益。 5、 采取迅速快捷的方式， 掌握市场信息， 及时与用 ， ， 户沟通协调 赢得市场主动性 随时调整销售战略， 确 达到主动、 有效出击。 保销售渠道畅通， 总之， 神华包头矿业公司的经营首次出现盈余， 开 “造血型企业 ” 始由一个 “输血型企业” 向 转型。 目前， 自身抵御各类风险的能力较弱， 处于 “扶上马送一程 ” 的关键时期， 需要集团公司的大力支持， 需要我们精诚 协作， 同舟共济， 发奋图强， 做出不懈的努力。
地基GPS网对水汽三维分布的监测及其在气象学中的应用
地基GPS网对水汽三维分布的监测及其在气象学中的应用地基GPS网对水汽三维分布的监测及其在气象学中的应用近年来，地基全球定位系统（GPS）技术的发展使得人们可以通过GPS设备准确测量地球大气层中的水汽含量。
地基GPS网是一种由多个GPS接收器组成的网络，可以实时监测大气中的水汽分布。
这项技术在气象学中具有广泛的应用，能够提供对天气、气候和水文循环等方面的深入理解。
地球大气层中的水汽是气象系统的重要组成部分。
它对气候和天气的形成和变化有着重要影响。
了解水汽在空间和时间上的分布对气象学研究至关重要。
传统的水汽观测方法主要包括气象球观测和遥感技术，但这些方法在空间和时间上的分辨率有限，且成本较高。
而地基GPS网技术可以提供更为准确和实时的水汽含量数据，为气象学研究提供了新的工具和方法。
地基GPS网是一种由多个GPS接收器布设在地表上的网络，接收器通过测量卫星信号在大气层中传播过程中的延迟来反演大气中的水汽含量。
由于GPS信号穿过大气层时会受到延迟，这种延迟与大气层中的水汽量成正比。
通过对多个GPS接收器的观测数据进行处理和分析，可以获得大范围的水汽含量分布。
这种技术的优势在于其观测精度高、空间分辨率高、成本相对较低，并且可以实时监测。
地基GPS网技术在气象学中有着广泛的应用。
首先，它可以提供对天气系统中水汽的垂直分布的详细信息。
通过观测GPS信号的延迟变化，可以获得不同高度上的水汽含量分布，进一步了解水汽的垂直输送和水汽对天气系统的影响。
其次，地基GPS网技术能够提供实时和高精度的水汽含量数据，为天气预报和短期气象预测提供重要依据。
水汽是暴雨和强对流天气的重要能量来源，准确估计和预报水汽含量对预警和防灾有着重要意义。
再次，地基GPS网可以监测水汽在大气中的变化和运动，为研究气候变化和水循环提供数据支持。
地基GPS网对水汽三维分布的监测也面临着一些挑战和问题。
首先，地基GPS网的覆盖范围相对有限，无法实时监测全球范围内的水汽分布。
地基GPS探测水汽的发展与气象业务应用
性、 结构 和演 变 。对水 汽 的总量 、 变化 和分 布情 况 的 了解 决定 短 时预 报 的成 败 ， 湿度 场 的分 析 质 量会 直
接影响数值预报 中降水预报 的准确性 ， 而且整层大 气水 汽 总量及 动 态变化 是 云水 资源 考察 的关键 因素
之 一 。因此 ， 如何 能 够 迅 速 准 确地 了解 大 气 中水 汽 分 布情 况 ， 掌握水 汽变 化趋 势 ， 对天 气 、 候 、 气 人工影
文章 编号 ：６ １５ ４ （０ ７ Ｓ ｅ ． ０ ５０ １７ － ２ ２ ０ ） ｐｃ － ３ －８ ９ ０
地 基 ＧＰ Ｓ探 测 水 汽 的发 展 与气 象 业务 应 用
郭 洁。
ｌ） 四川省气象局 ， ２ 成都 ６０７ １０ １
６ ０ ７ １０ １
李 国平。
，） ， 成都信息工程学院高原大气与环境 四川省 高校重点实验室 ， １ 成都 ３ 成都区域气象 中心 ， 都 ） 成
摘 要 介绍了地基 Ｇ Ｓ Ｐ 探测大气可降水量在国内外的发展、 灾害性天气监测分析预报 、 中尺度数值预报模式初
始场 、 全球气候变化 的监测 和分析 、 人工影响天气作业 、 三维水汽场层析分析 以及 Ｇ Ｓ探测水汽在气象 领域 中应用 Ｐ
的现状。
关键 词 地基 Ｇ Ｓ 可降水量 水汽探测 气象预报 数值预报模式 Ｐ
ｃ ｌｐ ｅ ｅ ｔｏ ｄ ｌ ａ ｒ ｄ ｃｉｎ ｍｏ ｅ
１ 引言
水 汽是 大气 中十 分 重要 的参 数 。一 方 面 ， 汽 水 影 响大 气辐 射 和太 阳辐 射 ， 而 影 响气 候 系 统 的 能 从 量 和水 循环 ； 一方 面 ， 汽辐 合 的突然 增加 与对 流 另 水 的发展 关 系密切 ， 接 影 响 灾 害 性 天气 的垂 直 稳定 直
地基GPS遥测大气水汽含量技术简介
地基GPS遥测大气水汽含量技术简介
赵玲;崔彩霞
【期刊名称】《沙漠与绿洲气象》
【年(卷),期】2006(029)002
【摘要】水汽是一种重要的大气成分，是各种大气现象的总根源，在各种时空尺
度的大气过程中扮演着重要角色。
水汽在地球水循环中发挥着关键的作用，尤其与雷暴等局地天气的发生和发展有密切的关系。
水汽观测对于天气、气候研究和天气预报业务都至关重要。
【总页数】2页(P36-37)
【作者】赵玲;崔彩霞
【作者单位】中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所,新疆,乌鲁木齐,830002;中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所,新疆,乌鲁木齐,830002
【正文语种】中文
【中图分类】P451
【相关文献】
1.地基GPS遥感大气水汽含量中加权平均温度获取方法的比较分析 [J], 刘旭春;王艳秋;张正禄;潘雄
2.地基GPS反演大气水汽含量实践 [J], 薛丰昌;高晓东;张亚琳
3.地基GPS遥感大气水汽含量及在气象上的应用 [J], 谷晓平;王长耀;蒋国华
4.基于MODIS的近红外大气水汽含量的反演及其与地基GPS水汽的对比分析 [J],
李艳永;崔彩霞;赵玲;卢新玉;崔丽娜
5.地基GPS遥感大气水汽含量及在气象上的应用 [J], 黄彦彬
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地基GPS水汽监测技术及气象业务化应用系统的研究
地基GPS水汽监测技术及气象业务化应用系统的研究李国平【摘要】本研究建立了川渝地区地基GPS（global positioning system,全球定位系统）遥感水汽的本地化计算模型,开发出GPS遥感水汽的计算软件包,开展了局域地基GPS观测网遥感大气水汽的试验及业务应用,反演出30 min间隔的高时间分辨率GPS可降水量序列。
评估了反演精度,研究了GPS水汽产品在气象业务应用的可行性。
研发了可搭建在MICAPS（meteorological information comprehensive analysis and process system）平台上的地基G%This study established local computing model of remote sensing water vapor by using ground-based GPS（global positioning system） in the region of Sichuan-Chongqing,and developed computing software packages of GPS remote sensing water vapor.Then the experiment and operational application of remote sensing water vapor by using ground-based GPS in this local network was done,by which the high time resolution GPS precipitable water vapor（PWV） sequence of 30 min intervals was derived.This paper also gives the assessment of the retrieval accuracy,as well as the feasibility of meteorological operations application of GPS water vapor products.The major results of this study include developingthe operations application system of remote sensing atmospheric water vapor by using ground-based GPS,which can be build on the MICAPS （meteorological information comprehensive analysis and process system）as an operational application system,and realizing the real-time transmission,data solution,deriving of PWV by a local ground-based GPSnetwork and visualization of GPS water vapor products.This meteorological operations system played a unique role in the heavy rain,blizzard and other severe weather forecast in its trial-run.Systematical study of the temporal variation,horizontal distribution of GPS-PWV was done by our research group.Furthermore,the relationship between PWV derived by GPS among surface air temperature,pressure,specific humidity,solar radiation,precipitation and other surface meteorological elements was also analyzed.The relationship of PWV derived by GPS among local circulation,water vapor cycle and topography.The evolution characteristics of GPS water vapor products in some kinds of typical severe weather（for example Southwest China heavy rain,sustained rain,freezing rain,snow and heavy fog） and rain stimulations by artificial means were studied.In addition,the study also revealed application methods of remote sensing technology of atmospheric water vapor by using GPS and its products in weather forecast operations,carried out composite analysis of diurnal cycle of GPS-PWV,and studied the applications of GPS-PWV in North China heavy rain,Southwest China heavy rain,West China autumn rain,Sichuan Basin nocturnal rain and so on.The comparative analyses of GPS-PWV between the detail rain processes with different clouds and different weather systems were also given.For example,comparisons of the precipitable water vapor derived from ground-based GPS in different types of precipitation show that an abrupt increase of GPS-PWV before 5—10 h of the summer rainstorm may well indicate the subsequent heavy rainfall.GPS-PWV continuous increasing or decreasing substantially andabove average suggests the beginning or the end of the rainfall in autumn continuous rain.The different features of diurnal variation of precipitable water vapor in different types of precipitation can reflect timely the changes of local water vapor.As a strong signal in water vapor transport,the consecutive observation data of precipitable water vapor would be instructive for the forecasting of actual rainfall.【期刊名称】《大气科学学报》【年(卷),期】2011(034)004【总页数】8页(P385-392)【关键词】地基GPS;可降水量;本地化模型;应用系统【作者】李国平【作者单位】[1]成都信息工程学院大气科学学院,四川成都610225;[2]成都信息工程学院高原大气与环境四川省重点实验室,四川成都610225【正文语种】中文【中图分类】P458.1210 引言由于运用GPS(global positioning system，全球定位系统)技术估算大气水汽总量是20世纪90年代兴起的一种极有潜力、实用价值很大的一种大气探测新方法或新技术(李国平等，2010)，所以近年来GPS气象监测网的建设(包括与地震、测绘、天文、勘察设计、规划等部门的合作建设、资料共享)已在全国各气象部门得到极大重视，并得到大力推进，通过多种方式已建立起不少局域地基GPS观测网。
地基GPS大气水汽反演技术研究与资料应用
地基GPS大气水汽反演技术研究与资料应用地基GPS大气水汽反演技术研究与资料应用1. 引言地球是一个具有复杂气候系统的行星，大气水汽是其中重要的组成部分。
大气水汽的分布和变化对于气候变化、天气预报、农业灌溉等领域有着重要的影响。
因此，准确地获取和监测大气水汽的含量和分布对于许多应用具有重要意义。
地基GPS大气水汽反演技术作为一种新兴的遥感技术，具有高精度、高时空分辨率、全天候监测等优点，在大气水汽反演研究和应用中显示出巨大潜力。
2. 地基GPS大气水汽反演技术原理地基GPS大气水汽反演技术利用位于地面的GPS接收机接收到的来自卫星的信号，通过对信号的延时和相位等信息进行处理，可以反演得到大气中的水汽含量。
该技术的原理基于电波在经过大气时会发生折射的特性，电波在大气中的传播路径与大气中的水汽含量有密切的关系。
通过对GPS信号的处理，可以准确地计算出大气中的水汽含量，并获得水汽的含量和分布的高时空分辨率数据。
3. 地基GPS大气水汽反演技术的关键问题地基GPS大气水汽反演技术的研究和应用还存在一些关键问题需要解决。
首先，卫星信号在穿过大气时会被吸收和散射，这会导致GPS信号的衰减和延迟，从而影响反演的准确性。
其次，地表地形和气候条件等因素也会对GPS信号的传播和反演结果产生影响，因此需要对这些因素进行修正和补偿。
此外，GPS信号的反演结果也受到观测频率和时间长度等因素的影响，需要对这些因素进行优化和研究。
4. 地基GPS大气水汽反演技术的应用地基GPS大气水汽反演技术在气象、气候学、农业和水资源管理等领域具有广泛的应用前景。
首先，地基GPS大气水汽反演技术可以用于天气和气候的预测和预警，提高天气预报的准确性和时效性。
其次，该技术可以帮助农业领域进行精确灌溉，根据大气水汽的含量和分布情况来调节灌溉水量，提高农作物产量和资源利用效率。
此外，地基GPS大气水汽反演技术还可以用于水资源管理中对地下水水位和补给量的监测和预测，提高水资源的合理利用。
地基GPS大气水汽反演技术研究与资料应用
地基GPS大气水汽反演技术研究与资料应用地基GPS大气水汽反演技术研究与资料应用近年来，随着全球气候变化和灾害频发，对大气水汽的准确观测和预测需求日益增加。
地基GPS大气水汽反演技术作为一种新兴的观测手段，正在逐渐得到广泛应用。
地基GPS大气水汽反演技术是利用全球定位系统（GPS）接收机接收卫星信号，通过测量GPS信号在大气中传播过程中发生的延迟，来估算大气中的水汽垂直柱密度分布。
该技术主要依赖于大气水汽对微波信号的吸收和散射特性，通过计算延迟量与大气水汽之间的关系，实现对大气水汽含量的精确测量。
地基GPS大气水汽反演技术具有非常重要的应用价值。
首先，它可以提供高时空分辨率的大气水汽垂直分布资料，为气象学和大气科学研究提供了宝贵的观测数据。
其次，地基GPS大气水汽反演技术对于天气预报和气候模拟具有重要意义。
通过准确地观测和估算大气水汽含量，可以改善天气预报的准确性，提高极端天气事件的预警能力。
此外，地基GPS大气水汽反演技术还可以用于监测和评估干旱、洪涝、风暴潮等自然灾害，提供科学依据和数据支持。
在地基GPS大气水汽反演技术的研究和应用中，面临着一些挑战和难题。
首先，地基GPS反演的精度和可靠性受到多种因素的影响，如大气折射率异常、地震活动等。
因此，需要进一步优化观测站点的选择和布局，提高测量的精度和可靠性。
其次，地基GPS反演技术需要准确和实时的大气延迟模型来计算大气水汽垂直柱密度，因此需要深入研究和改进大气延迟模型，提高反演结果的准确性和可靠性。
此外，地基GPS反演技术的实施和应用还需要高效、稳定的计算算法和软件系统支持。
目前，地基GPS大气水汽反演技术在全球范围内的研究和应用已取得了重要进展。
国际科学界已建立了一些地基GPS观测网，如世界测站的水汽观测系统（WVR）和区域地球观测系统（REGS），用于实时监测和探测大气水汽。
同时，不少国家和地区已开始利用地基GPS大气水汽反演技术来支持气象灾害的监测和预警，提高气象预报和灾害应对的能力。
GPS在气象信息测量中的应用与研究
地 理 第信 四息 组科 学 系
乘天地之正，而御六气之辩，以 游无穷者
GPS在气象信息测量中的应用
前言 GPS技术的概述 GPS气象学 GPS在气象信息测量中的实例 总结
前
言
1957年10月，世界上第一颗人造卫星的 发射成功，标志着空间科学技术的发展跨 入了一个崭新的时代。随着人造地球卫星 的不断发射，利用卫星进行定位测量及导 航成为现实。为满足军事及民用部门对连 续实时三维导航的需求，1973年美国国防部 开始建立新一代卫星导航系统，即目前的 “授时与测距导航系统/全球定位系统”， 通常称为全球定位系统（GPS）。
气候的全球变化监测 全球平均温度和水汽是全球气候变化的两个重要 指标。与传统的探测方法相比，GPS/MET按测系 统能够长期稳定地提供相对高精度和高垂直分辨 率的温度轮廓线，尤其是对流层顶部和平流层下 部区域。特别应该指出的是，从GPS/MET数据计 算得到的大气折射率是大气温度、湿度和气压的 函数，因此可以直接利用大气折射率来监测全球 的气候变化。
其他应用 由于GPS/MET观测数据可以足够的时空分辨率来 提供全球电离层映像，这将有助于大气动力过程 及其与地气过程关系的研究。例如，重力波使中 层大气与电离层之间进行能量和动量交换，通过 测量LEO卫星和GPS卫星之间信号路径上的电子 含量（TEC）来追踪重力波。 GPS/MET提供的温度轮廓线还可以用于其他 卫星系统数据中，如臭氧（O3）的遥感系统中需 要提供精确的温度轮廓线，利用GPS/MET数据可 以很好地满足这一要求。
中科院遥感所接收的对地观测卫星
GPS气象学分类： 1.地基GPS气象学（ground-based GPS/MET） 地基GPS气象学是将GPS接收机安放在地面上，就同常规 的GPS测量一样，通过地面布设GPS接收机网的测量结果 来估计一个地区的气象元素。 2.空基GPS气象学（space-based GPS/MET） 空基GPS气象学就是利用安装在低轨卫星上的GPS接收机 来接受GPS信号，当GPS信号与LEO卫星上的GPS接收机 天线经过地球上空对流层时GPS信号会发生折射，这一测 量大气折射的方法叫做掩星法。该方法是通过对含有折射 信息的数据进行处理，可计算出大气折射量，从而估计出 气象元素的大小。
地基GPS遥感大气水汽含量及在气象上的应用
地基GPS遥感大气水汽含量及在气象上的应用第25卷第5期气象科学Vol.25,No.5 2005年10月SCIEN TIA M ET EOROL O GICA SIN ICA Oct,2005地基GPS遥感大气水汽含量及在气象上的应用谷晓平1,2,3 王长耀1 蒋国华4(1中国科学院遥感应用研究所遥感科学国家重点实验室,北京100101)(2中国农业大学,北京100094)(3贵州山地环境气候研究所,贵阳550002)(4广东清远市气象台,清远511500)摘要简单介绍了地基GPS遥感大气水汽含量的原理以及GPS 反演水汽信息的种类,比较了两种GPS数据解算水汽策略,分析了在解算过程中影响GPS水汽精度的因子。
最后简述了GPS水汽在气象上应用的进展,并提出了以后需努力的方向。
关键词GPS遥感水汽气象应用分类号P463.1 文献标识码 A引言在大气运动中水汽是一个多变参数,它的相位变化与降水直接相关,在大气能量传输和天气系统演变中起着非常重要的作用。
由于水汽的时空多变性,水汽也是较难描述的气象参数之一。
目前应用于气象业务的水汽数据主体来源于无线电探空仪,其可提供大气中水汽的垂直分布信息,但其工作量大,时空分辨率低,对于解决与严重天气相关的小尺度区域特征是不够的。
其它探测手段如地基辐射计(WV R)虽然有较高的时间分辨率,但价格昂贵,需要频繁校对,不能全天候工作;卫星遥感(红外和微波)虽然可提供大面积观测,但是精度不够,而且红外遥感只适用于无云天气,微波遥感虽不受云的限制,但精度低于红外遥感。
因此正在兴起的地基GPS遥感水汽探测技术由于自动、快速、精确,价格便宜,时间、水平分辨率高,不受天气条件影响等优势,愈来愈受到有关部门的重视。
1 GPS遥感水汽原理全球定位系统(GPS)包含24星座,发射2个L-波段频率信号(L1,1575.42M Hz和L2,1227.6M Hz)。
GPS目前广泛用于航海、相对定位、和时间转换上。
《2024年地基GPS遥感大气可降水量及其在气象中的应用研究》范文
《地基GPS遥感大气可降水量及其在气象中的应用研究》篇一一、引言随着科技的飞速发展，地基GPS遥感技术作为一种新型的地球观测手段，已经在气象学、海洋学、地质学等多个领域得到了广泛应用。
其中，地基GPS遥感大气可降水量作为其重要应用之一，为气象预报和气候研究提供了新的思路和方法。
本文旨在探讨地基GPS遥感大气可降水量的原理及其在气象中的应用研究。
二、地基GPS遥感大气可降水量的原理地基GPS遥感技术是利用全球定位系统（GPS）信号，通过与大气的相互作用来获取大气参数的一种技术。
其中，大气可降水量是衡量大气中水汽含量的重要参数，对于气象预报和气候研究具有重要意义。
地基GPS遥感大气可降水量的原理主要是利用GPS信号在穿过大气层时，会与大气中的水汽发生相互作用，导致信号的传播速度、相位、偏振等发生变化。
通过分析这些变化，可以反演出大气中的水汽含量，即大气可降水量。
三、地基GPS遥感大气可降水量的应用研究1. 气象预报：地基GPS遥感大气可降水量可以为气象预报提供重要的参考信息。
通过实时监测大气可降水量，可以了解大气中水汽的分布和变化情况，从而预测降水的发生和发展趋势。
这对于提高气象预报的准确性和时效性具有重要意义。
2. 气候研究：地基GPS遥感大气可降水量还可以用于气候研究。
通过对长时间序列的大气可降水量数据进行统计分析，可以了解气候变化的趋势和规律，为气候预测和应对气候变化提供科学依据。
3. 农业应用：农业生产对水资源的依赖性很强，因此，地基GPS遥感大气可降水量也可以为农业生产提供重要的参考信息。
通过实时监测大气可降水量，可以了解农田的水分状况，为农业生产提供科学的灌溉和排水方案。
4. 环境保护：大气可降水量与空气质量密切相关，因此，地基GPS遥感技术还可以用于环境保护领域。
通过监测大气可降水量的变化，可以了解空气湿度的变化情况，为空气质量监测和污染治理提供重要的参考信息。
四、结论地基GPS遥感技术作为一种新型的地球观测手段，在气象学领域的应用前景广阔。
GPS技术在气象学中的应用
GPS技术在气象学中的应用来源：鼎星科技时间：2008-03-23一、前言GPS技术经过20多年的发展，其应用研究及应用领域得到了极大的扩展，其中一个重要的应用领域就是气象学研究。
利用GPS理论和技术来遥感地球大气，进行气象学的理论和方法研究，如测定大气温度及水汽含量，监测气候变化等，叫做GPS气象学（GPS/MET eorology, 简写为GPS/MET）。
GPS气象学的研究于80年代后期最先在美国起步，在美国取得理想的试验结果之后，其他国家如日本等也逐步开始GPS在气象学中的研究。
二、GPS气象学简介大气温度、大气压、大气密度和水汽含量等量值是描述大气状态最重要的的参数。
无线电探测、卫星红外线探测和微波探测等手段是获取气温、气压和湿度的传统手段。
但是它们与GPS手段相比，就可明显地看出传统手段的局限性。
无线电探测法的观测值精度较好，垂直分辨率高，但地区覆盖不均匀，在海洋上几乎没有数据。
被动式的卫星遥感技术可以获得较好的全球覆盖率和较高的水平分辨率，但垂直分辨率和时间分辨率很低。
利用GPS手段来遥感大气的优点是，它是全球覆盖的，费用低廉，精度高，垂直分辨率高。
根据1995年4月3日美国发射的用于GPS气象学研究的Microlab-1低轨卫星的早期结果显示，对于干空气，在从5～7 km到35～40 km的高度上，所获得的温度可以精确到± 1.0℃之内。
正是这些优点使得GPS/MET技术成为大气遥感的最有效最有希望的方法之一。
当GPS发出的信号穿过大气层中对流层时，受到对流层的折射影响，GPS信号要发生弯曲和延迟，其中信号的弯曲量很小，而信号的延迟量很大，通常在2.3 m左右。
在GPS 精密定位测量中，大气折射的影响是被当作误差源而要尽可能将它的影响消除干净。
而在GPS/MET中，与之相反，所要求得的量就是大气折射量。
通过计算可以得到我们所需的大气折射量，再通过大气折射率与大气折射量之间的函数关系可以求得大气折射率。
GPS在气象信息测量中的应用
GPS气象学包括三方面内容： • 利用GPS的空间定位能力测量高空风的分布，并 发展为GPS探空设备。 • 利用地基GPS接受机测量整层大气的水汽含量。 • 利用低轨卫星上的GPS接受机探测大气折射率廓 线，并进一步计算温度或湿度的垂直分布。
我们知道数值天气预报（NWP）模式必须用温、 压、湿和风的三维数据作为初值。目前提供 这些初始化数据的探测网络的时空密度之大 限制了预报模式的精度。而GPS/MET观测系统 可以进行全天候的全球探测，加上观测的高 精度和高垂直分辨率，使得NWP精度的提高成 为可能。这样可以提高数值天气预报的准确 性和可靠性。
GPS/MET观测数据有可能以足够的时空分辨率 来提供全球电离层映像，这将有助于电离层/ 热层系统中许多重要的动力过程及其与地气 过程关系的研究。 GPS/MET提供的温度轮廓线还可以用于其他的 卫星应用系统中。
美国的GPS连续运行参考站系统 （CORS）。它由美国国家大地测 量局（NGS）负责，该系统的当前 目标是:①使全部美国领域内的用 户能更方便地利用该系统来达到 厘米级水平的定位和导航；②促 进用户利用CORS来发展GIS；③监 测地壳形变；④支持遥感的应用； ⑤求定大气中水汽分布；⑥监测 电离层中自由电子浓度和分布。
2002年8月北京气象局在 北京汛期降水的主要水汽 输入通道—房山区建成了 由8个站组成的地基GPS水 汽遥测站网,已用 BerneseGPS数据分析软件 对解算大气可降水量进行 了初步试验,并与传统无 线电探空资料计算的可降 水量(SONDE2PWV)进行了 对比.
2003年,广东省也计划用 3a时间兴建覆盖全省的 GPS网,可积累广东甚至华 南上空高意义精度高时空 分辨率的可降水量实时资 料,对监测,预报广东及珠 江三角洲的气候演变具有 重要意义. .
地基GPS遥感大气可降水量及其在气象中的应用研究
地基GPS遥感大气可降水量及其在气象中的应用研究地基GPS遥感大气可降水量及其在气象中的应用研究摘要：随着气候变化的日益明显和水资源的日益紧缺，对降水的准确预测和有效利用成为了气象研究的热点。
本文利用地基GPS遥感技术，通过分析大气中水汽在传播过程中发生的延迟，来提取大气可降水量的信息。
通过对这一数据的分析和研究，可以提高气象的预测精度，提供可靠的水资源管理依据。
关键词：地基GPS遥感、可降水量、气象预测、水资源管理一、引言地基GPS遥感作为一种新型的遥感技术，能够直接获取大气中的水汽延迟信息。
通过分析这些延迟数据，可以提取出大气的可降水量。
大气可降水量是指大气中能够降落为降水的水分量，对于天气预报和水资源管理具有重要意义。
因此，研究地基GPS遥感大气可降水量及其在气象中的应用非常有意义。
二、地基GPS遥感原理地基GPS遥感技术利用GPS信号在大气中传播过程中发生的延迟来反演大气中的水汽含量。
当GPS信号在穿越大气时，由于大气中水汽的存在，会导致信号的传播速度变慢，从而使信号到达地面的时间延迟。
根据这个延迟，可以推算出大气中的水汽含量，进而计算得到大气可降水量。
三、地基GPS遥感大气可降水量数据分析利用地基GPS站点收集到的GPS延迟数据，可以计算得到不同高度上的大气可降水量。
通过对这些数据进行统计分析和建模，可以得到不同时间尺度上的降水预报。
利用这些数据，可以提高气象预测的准确性和可靠性，对于灾害性天气的预警和应急响应具有重要意义。
四、地基GPS遥感大气可降水量在气象中的应用1. 气象预测：地基GPS遥感大气可降水量数据可以与其他气象观测数据相结合，构建气象模型，提高天气预报的准确性和可靠性。
特别是在预测降水强度和降水时空分布方面，地基GPS遥感技术具有独特优势。
2. 水资源管理：地基GPS遥感大气可降水量数据可以提供可靠的水资源管理依据。
通过分析大气可降水量的变化趋势和分布特点，可以对水资源进行合理分配和利用。
《2024年地基GPS遥感大气可降水量及其在气象中的应用研究》范文
《地基GPS遥感大气可降水量及其在气象中的应用研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，地基GPS遥感技术已经成为大气科学研究的重要工具。
大气可降水量作为气象学中的一个关键参数，对于气象预报、气候变化研究等领域具有重要意义。
本文将详细探讨地基GPS遥感技术测量大气可降水量的原理及方法，并分析其在气象中的应用。
二、地基GPS遥感大气可降水量的原理及方法1. 原理概述地基GPS遥感技术通过测量GPS信号在穿过大气层时的延迟效应，来推算大气中的水汽含量，即大气可降水量。
这种技术利用了GPS信号对大气中水汽的敏感特性，通过分析信号的传播时间差，可以间接得到大气可降水量的信息。
2. 测量方法（1）GPS信号传播路径上的水汽延迟测量：通过分析GPS 卫星信号在传播过程中受到的大气水汽延迟效应，可以推算出大气中的水汽含量。
（2）多路径效应分析：通过多路径效应的观测和分析，可以更准确地提取出大气中的水汽信息。
（3）数据处理与模型修正：结合气象学模型和数据处理技术，对观测数据进行处理和修正，得到更精确的大气可降水量。
三、地基GPS遥感大气可降水量在气象中的应用1. 气象预报与预警地基GPS遥感技术可以实时监测大气可降水量，为气象预报和预警提供重要依据。
通过对大气可降水量的准确监测，可以预测降水事件的发生时间和强度，为防洪抗旱、农业生产和城市规划等提供有力支持。
2. 气候变化研究地基GPS遥感技术可以用于监测大气可降水量的长期变化趋势，为气候变化研究提供重要数据支持。
通过对大气可降水量数据的分析，可以了解气候变化对水循环的影响，为全球气候变化研究和应对提供科学依据。
3. 大气环境监测地基GPS遥感技术还可以用于监测大气环境中的水汽污染和排放情况。
通过对大气可降水量的监测和分析，可以评估水汽污染对环境和气候的影响，为环境保护和治理提供科学依据。
四、研究展望随着科技的不断发展，地基GPS遥感技术将在气象领域发挥更加重要的作用。
基于地基GPS-MET水汽探测仪的大气水汽监测预警平台设计与实现
基于地基GPS-MET水汽探测仪的大气水汽监测预警平台设计与实现基于地基GPS-MET水汽探测仪的大气水汽监测预警平台设计与实现随着气候变化带来的极端天气事件频繁发生，大气水汽监测和预警成为保护人民生命财产安全的关键任务。
地基GPS-MET水汽探测仪作为一种高精度、实时和大范围的水汽观测手段，具备了在大范围监测大气水汽含量并进行短期预测的能力。
本文介绍了基于地基GPS-MET水汽探测仪的大气水汽监测预警平台的设计与实现。
大气水汽是大气中水蒸气的含量，对气象变化和气候变化具有重要影响。
因此，实时监测大气水汽含量以及预测其变化趋势至关重要。
地基GPS-MET水汽探测仪利用全球定位系统(GPS)的信号传播路径在大气中的通道延迟变化与大气水汽含量直接相关，通过测量卫星定位信号的相位延迟来反演大气水汽含量。
这种方法具有高精度、实时性强、空间覆盖范围广等优势，逐渐成为大气水汽监测的主要手段之一。
设计基于地基GPS-MET水汽探测仪的大气水汽监测预警平台主要包括以下模块：数据采集模块、数据处理模块、存储与查询模块、预测与分析模块、预警与发布模块。
首先，数据采集模块负责从地基GPS-MET水汽探测仪获取实时水汽数据。
地基GPS-MET水汽探测仪通过接收卫星信号，测量卫星定位信号的相位延迟，计算得到大气水汽含量。
数据采集模块通过与探测仪的连接，实时获取数据，并将数据传输至数据处理模块。
数据处理模块负责对采集到的水汽数据进行预处理，包括数据质量校验、缺失值处理、异常值处理等。
预处理完毕后，对数据进行质量评估，判断数据准确性和可靠性。
同时，该模块还对数据进行时空插值，将不同地点、不同时间的数据进行插值填充，以便后续的预测与分析。
存储与查询模块负责对处理后的水汽数据进行存储和管理。
通过建立数据库，将数据按照时间和地点进行分类存储，并提供灵活的查询接口，以便用户查询历史数据和实时数据。
预测与分析模块利用数据处理模块处理后的水汽数据，通过数理统计方法、模型拟合方法等对大气水汽含量进行预测与分析。
地基GPS遥感大气可降水量及其在气象中的应用研究
地基GPS遥感大气可降水量及其在气象中的应用研究地基GPS遥感大气可降水量及其在气象中的应用研究一、引言大气水循环对地球气候系统起着至关重要的作用，其中降水是大气水循环的重要组成部分。
准确地估计和监测降水量对气象预报、洪水预警和水资源管理等方面具有重要意义。
传统的气象观测方法受制于设备限制和地理覆盖范围，导致降水观测的精度和时空分辨率有限。
然而，地基GPS遥感技术的应用为大气可降水量的估计提供了一种有效的解决方案。
二、地基GPS遥感技术地基GPS遥感技术利用GPS卫星信号在穿过大气层时被大气中的水汽所延迟这一特性，通过监测GPS信号在传输过程中的延迟变化，可以推断出大气中的水汽含量。
这种技术不受天气条件和观测设备限制，具有较高的时空分辨率和全球覆盖能力。
同时，GPS观测数据可在实时或准实时的方式下连续获取，为气象应用提供了实时监测和预警的基础。
三、地基GPS遥感大气可降水量的反演方法地基GPS遥感大气可降水量的反演方法主要包括：博德定律、变差分分布中值、斜掠角估算法等。
博德定律（Brewer-Dobson law）是基于博德定律，通过分析GPS信号与大气中的水汽含量之间的非线性关系，反演出大气中的可降水量。
变差分分布中值方法（Variation of Range Distribution Mean, VDRM）是一种基于GPS信号的接收机误差来估计降水量的方法，它通过比较水汽含量与接收机误差之间的相关性，进行降水量的反演。
斜掠角估算法是基于GPS信号在地球大气中传播的路径与斜掠角之间的关系，通过计算斜掠角对应的高度变化来反演大气中的降水量。
四、地基GPS遥感大气可降水量在气象中的应用1. 气候变化研究：地基GPS遥感提供了全球尺度上的大气水汽观测数据，可以用于分析气候变化趋势、检测水汽输送通道的演变以及预测降水模式变化等。
2. 气象灾害预警：利用地基GPS遥感监测大气可降水量变化，可以提前掌握降水的强度、范围和时空分布，为气象灾害预警和减灾工作提供重要参考。
GPS遥感气象要素的理论与应用研究
GPS遥感气象要素的理论与应用研究GPS遥感气象要素的理论与应用研究摘要：近年来，随着全球定位系统（GPS）技术的发展与应用，GPS遥感技术在气象领域也得到了广泛的研究与应用。
本文主要探讨了GPS遥感在气象要素（包括温度、湿度、降水、风速等）测量与预测方面的理论基础与应用技术，并对其在气象预报、气候变化研究、灾害监测等方面的应用进行了介绍。
一、引言GPS是一种全球定位系统，它通过卫星与地面接收终端之间的相互通信，可以实时获取到地面各个点的三维空间坐标信息。
由于其全球覆盖、高精度和高可靠性，GPS技术被广泛应用于测量、导航、地震监测等领域。
近年来，随着GPS技术的不断发展，研究人员发现GPS信号还可以用于测量大气中各种要素的变化，从而为气象预报和气象研究提供了新的手段。
二、GPS测量大气温度的原理与方法气温是气象要素中最基本、最重要的一个因素，对气象研究和气候变化研究具有重要意义。
传统的气温测量主要依靠气象局设置的气象观测站，但观测站点分布不均匀，无法全面覆盖特定区域。
而GPS技术则可以通过测量电离层中的延时来推测大气的总延时，从而得到大气温度的信息。
这种方法不仅可以实现全时段、全天候的大气温度测量，而且具有较高的精度。
三、GPS测量大气湿度的原理与方法大气湿度是指单位体积空气中水蒸气含量的多少，对气象研究和水文研究具有重要意义。
传统的湿度测量主要依靠湿度传感器，但其测量结果容易受到周围环境的干扰。
而GPS技术通过测量GPS信号在大气中的传播速度延时差，可以得到精确的大气中的水蒸气含量，并进一步计算出大气湿度。
GPS测量大气湿度的方法具有高精度、高稳定性、全时段、全天候等优势。
四、GPS测量降水的原理与方法降水是指大气中的水蒸气凝结成液态水或固态水颗粒，并从大气中沉降到地面上。
降水量的测量是气象预报和水文研究的重要内容。
传统的降水观测主要依靠雨量计、雷达等设备，但这些设备有一定的局限性。
而GPS技术通过测量GPS信号在电离层中的相位差，可以得到降水中的水汽含量，从而推测降水的强度和范围。
地基GPS遥感大气可降水量及其在气象中的应用研究的开题报告
地基GPS遥感大气可降水量及其在气象中的应用研
究的开题报告
一、研究背景
目前，随着地球观测技术的不断发展，地基GPS遥感技术的应用越来越
广泛。
地基GPS遥感技术可以有效探测大气中的水汽含量，从而研究大
气可降水量的分布和变化规律，是气象科学研究中的重要手段之一。
因此，研究地基GPS遥感大气可降水量及其在气象中的应用具有重要的理
论和实践意义。
二、研究内容
本研究的内容包括以下三个方面：
1. 探究地基GPS遥感技术原理及其在大气可降水量探测中的应用。
2. 利用地基GPS遥感数据，分析大气可降水量的时空变化特征，并结合
气象资料对数据进行验证和分析。
3. 研究地基GPS遥感大气可降水量在气象预报、气候变化等方面的应用。
三、研究方法
本研究将采用以下方法进行：
1. 系统学习地基GPS遥感技术原理及其在大气可降水量探测中的应用。
2. 收集和整理地基GPS遥感数据和气象资料，利用相关软件对数据进行
处理和分析。
3. 借助统计学和模拟实验等方法，对大气可降水量的时空变化特征进行
分析和预测。
4. 结合气象预报和气候变化研究，探讨地基GPS遥感大气可降水量在气
象中的应用。
四、研究意义
本研究将为气象科学研究提供新的思路和方法。
研究结果不仅可以深入了解大气可降水量的形成和变化规律，而且可以为气象预报和气候变化研究提供有效的数据支持。
同时，本研究结果还可以为相关行业提供参考，为防灾减灾和资源管理等方面提供指导。
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Xj = w1X1 +．．．＋ wj-1Xj-1+ wj+1Xj+1+... （２）
式（２）中wj为第j个网格的权重。 假设距离越相
近， 则相关性越强。 将上式移项整理， 并用矩阵形
式表达， 可写为： Wx＝０。 包括上述平滑条件， 从而形成如下层析观测方
程组：
Σ ΣΣΣ ws ＝ A X
（３）
ow
Σ P
WS =
pp (Aijk × Xijk)
（１）
ijk
式（１）中， WSP代表第Ｐ个 射 线 路 径 上 的 水 汽 总 量， AP为射线所穿越的第（i， j， k）个网格的距离， XijkP为水汽密 度。 这样， 在一 段时间内， 将 形成大 量的上述观测方程， 求解这些方程有可能解得网格
中所含的水汽量。
２００９ 年 ４ 月 Apr． 2009
热带农业工程 TROPICAL AGRICULTURAL ENGINEERING
第 ３３ 卷第 ２ 期 Vol．33, No．2
地基ＧＰＳ遥感大气水汽含量及在气象上的应用①
黄彦彬② （海南省气象科学研究所 海南海口 ５７０２０３）
摘 要 介绍了２００５年１１月在海口市附近进行的地基ＧＰＳ遥感大气水汽含量的试验及反演方法 ， 根 据反 演 数 据分 析了水汽含量与实际降水的对应关系， 并展望了ＧＰＳ遥感的水汽含量在气象业务中的应用。 关键词 ＧＰＳ技术 ； 水汽 ； 气象应用 中图分类号 Ｐ４１２．２
水汽是大气中十分重要的参数。 一方面， 水汽 影响大气辐射和太阳辐射， 从而影响气候系统的能 量和水循环； 另一方面， 水汽辐合的突然增加与对 流的发展关系密切， 直接影响灾害性天气的垂直稳 定性、 结构和演变。 对水汽的总量、 变化和分布情 况的了解决定短时预报的成败， 湿度场的分析质量 会直接影响数值预报中降水预报的准确性， 而且整 层大气水汽总量及动态变化是云水资源考察的关键 因素之一。 因此， 迅速准确地了解大气中水汽分布 情况， 掌握水汽变化趋势， 对天气、 气候、 人工影 响天气等的研究及应用都有重要意义。 但是， 目前 水汽探测手段存在着许多限制， 如无线电探空观测 站点稀疏、 观测时次少， 不能满足中小尺度天气系 统中水汽精确的分析研究； 星载辐射计和卫星红外 辐射计往往受到云和雪盖的限制； 水汽辐射仪的设 备费用太高； 而激光雷达不能全天候观测， 难以实
试验采用文献［１１］提供的层析技术方法， 主要 思路为： 将观测网上空的对流层大气在水平和垂直 方向上划分为许多网格或盒子， 每个网格中的水汽 密度是未知 的， 但 在 一 定 时 间 内（１ ｈ）， 假 定 每 个 盒子中的水汽分布均匀且密度为常数， 则每一条倾 斜观测路径上的水汽总量为这条射线所穿越网格的 水汽量之和：
1 ＧＰＳ观测方法和水汽层析原理 1. 1 ＧＰＳ观测地点
２００５ 年 １１ 月 １～３０ 日 在 海 南 省 海 口 市 及 临 近 的 临 高 、 澄 迈 、 定 安 进 行 了 地 基ＧＰＳ水 汽 观 测 试 验 ， 每站 使用１台ＧＰＳ设备 ， ４个站中， 海口 站 为２４ ｈ地 面观测站， 其它站为气象地面３次观测站， 每天进 行标准的温度、 湿度、 气压等气象数据的观测， 另 外， 海口探空站可以提供探空资料， 为ＧＰＳ反演的 水汽资料进行比对。 1. 2 层析反演原理
量个数； Λ是Ｎ×Ｍ阶对角矩阵， M是模型参数个数，
V是Ｍ×Ｍ阶矩阵； 利用上述 表达式， A的广 义逆可
表达为：
－g A
＝
－１ T
V∧ U
（８）
黄彦彬 地基ＧＰＳ遥感大气水汽含量及在气象上的应用
在 Λ－１中 ， 与 零 特 征 值 相 应 的 地 方 也 设 为 零 ， 而不是无穷。 零特征值的出现意味着模型参数无法 确定下来。 如果想要得到一个良好的解， 应该尽可 能减少零特征值的出现。
水汽层析本质上属于反问题的研究， 即通过最
终的观测值， 来反求模型的参数值。 以Y代表方程
左侧的量， 以X代表待求模型的参数值， 则可将上
述方程简写为以下线性方程形式：
Y＝CX
（4）
很显然， 目的是反转上述线性系统并求得X
值。 一般来说， 观测值多于未知量个数（模型参数），
使下式最小化， 可求得最小二乘解：
表示各离散层底部和顶部的高程、 水汽压和温度。
水汽压可由露点求得：
a× td
e=e0×10 b ＋ td
（１１）
式中， e０为常数， 其值等于６． １０７ ８ ｈＰａ； ａ， ｂ
为 常 数 ， 当 气 温 ＞０ ℃时 ， a＝７．５， b＝２３７．３； 当 气
温＜０ ℃时， a＝９．５， b＝２６５．５； td为露点温度（℃） 。 利用２００５年１１月１～２９日海口探空站每日２次探
为克； e为水气压（ｈＰａ）； T为绝对温度（Ｋ）； H为站
点海拔高度（ｍ） 。
因为高空探测资料只提供上层温度、 露点和
气压的离散观测序列， 故可将（９）简写为：
ΣΣ Σ PW ＝
i
n =
（hi＋１－hi ）（
１
ei＋１ Ti＋１
＋ ei ） Ti
２ Rw ρ
（１０）
式 中 ， hi ， hi ＋１ ， ei ， ei ＋１ ＝ ( Y － CX) NY (Y－CX）
（５）
式（５）中， NY是观测量的协方差矩阵。 假设协
方差是对角矩阵， 观测是等权的， 且观测误差呈高
斯分布， 那么， 最小二乘解等同于最大似然解， 表
达式为：
Σ Σ X＝
T －1
C NY C
－1 －1 T
NY C Y
（６）
观测方程及未知量个数非常多， 使得采用通常
时 间 ／１２ 时 图 1 GPS层析结果与探空反演的水汽含量的对比
另外， 在观测大气含水量方面， 与探空（ＰＷ）比 较， ＧＰＳ观测的优势明显， 探空只能在００：００和１２：００ 给出一个观测站点的探测结果， 时间和空间分辨率 不足以捕捉中小尺度水汽变化信息 ， 而ＧＰＳ时间分 辨率远高于探空， 可达每小时１次或０．５次， 给出了 更详细的水汽变化信息。
仔细分析发现， 即使方程数目大于未知量数
目， 此方程组也难以解算。 这是因为ＧＰＳ卫星在天
空中的分布并不均匀， 而且地面ＧＰＳ观测网的几何
构建并不能保证地面上每个网格点都有测站， 致使
某些网格没有观测射线穿过。 观测方程组表面上超
定， 实质上却是欠定的， 而且许多单个观测方程的
－ ３８ －
系数为０， 因此观测方程组属于混定方程组。 为解 决没有射线穿过盒子导致水汽密度不能确定的问 题， 假定同一水平方向上的网格内的水汽分布相互 关联， 称之为 “水平平滑条件”， 即
反演的大气可降水量（WVT）， 虚线划代表探 空资料
计算的水量（PW）。 若将利用探空气象资料计算的大气可
降水量视为真值， 对ＧＰＳ反演大气可降水量的精度
进行计算后得标准差为±０．２６７ｍｍ。
水汽含量 /mm
WVT
PW
60
50
40
30
20
10
0
１１－１ ００ １１－３ ００ １１－５ ００ １１－７ ００ １１－９ ００ １１－１１ ００ １１－１３ ００ １１－１５ ００ １１－１７ ００ １１－１９ ００ １１－２１ ００ １１－２３ ００ １１－２５ ００ １１－２７ ００ １１－２９ ００
3 GPS层析水汽含量与实际降水的关系 为 比 较ＧＰＳ层 析 水 汽 含 量 与 实 际 降 水 的 关 系 ，
将 这 次 试 验 期 间 ＧＰＳ 层 析 的 水 汽 含 量 WVT 与 海 口 地 面观测站观测的逐时降水量进行对比， 绘制成图２。
方法求解上述方程中矩阵的逆非常困难， 为此， 采
用奇异值分解法来求解矩阵的广义逆。 这种方法是
分析线性系统解的有力工具。 ＳＶＤ计算系统的特征
值， 并以零特征值表征解中出现零的位置。 一个矩
阵Ａ可被分解为如下形式：
T
A＝U∧V
（７）
式（７）中 ， U表 示 Ｎ×Ｎ阶 正 交 矩 阵 ， Ｎ为 观 测
空 资 料 （零 时 和１２时 ，世 界 时 ）计 算 了 海 口 市 上 空 大 气
含 水 量 （PW）， ＧＰＳ层 析 得 到 的 大 气 含 水 量 （WVT）和
利用上述方法计算得到的大气含水量（PW）的对比情况
见图１。
其中由于仪器故障， ＧＰＳ观测期间２００５年１１月
１４日０５～２３时和ＧＰＳ资料缺测。 图中实线划代表ＧＰＳ
Remote Sensing of Atmospheric Water Vapor by Ground-based GPS and Its Application in Weather Forecasting
HUANG Yanbin （Hainan Institute of Meteorological Research, Haikou, Hainan 570203） Abstract An experiment for remote sensing the atmospheric water vapor by ground based GPS was carried out nearby Haikou City in November 2005. The relation was analyzed between the precipitable water vapor retrieved by the GPS and the actual precipitation, and prospects for application of GPS-based remote sensing of water vapor in weather forecasting put forward. Key words GPS-based remote sensing technique ; water vapor ; weather forecasting