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GNSS水汽
来源:深圳市气象局 更新时间:2019年4月18日

  GPS(GNSS中的一种)水汽探测技术起源于美国,是在过去测地和地球物理参数测定的基础上,利用大气折射率对气象参数的敏感性来研究大气状态,达到探测的目的。地基GPS探测大气是Askne J等(1987)提出的,他们将大气湿延迟和可降水汽量联系起来,推导出它们之间的关系。但直到20世纪90年代Bevis等(1992)提出如果接收机的精确位置已知,电离层的时延已经扣除,则可以从GPS信号和地面温度、气压的观测推算接收机上空的垂直积分水汽总量,该技术才得以迅速发展,逐渐成为目前GPS前沿研究课题之一。

  简介

  水汽是大气中十分重要的参数,直接影响若天气的晴、阴和降水。它既在地球气候系统的能量和水循环中扮演十分关键的角色,也是灾害性天气形成和演变中的重要因子(曹云昌等2005李成才等1998赵峰等2006)。

  地基GNSS探测大气整层水汽含量相对于传统探测手段具有探测精度高、时间分辨率高、不需要标定、设备可综合利用等诸多优点,因而受到了许多国家气象部门的高度重视,并得到了十分迅速的发展GNSS技术提供全天候的可降水汽量变化信息,逐渐成为一种新型大气探测手段,且对完善气象预报预测业务系统,加强短时临近天气预报系统建设,做好灾害性、关键性、转折性重大天气预报警报和旱涝趋势气候预测具有极大的促进作用(管云昌等2005李成才等1999)。

  GNSS作为一种大气遥感探测新技术,国外发达国家在技术研究及业务应用上,已经取显著成果近年来,我国气象部门也积极开展GNSS的研究和业务化试验,取得了一定的成绩,为业务化奠定了基础。目前,全国气象部门通过自建或与其他部门合作建设、共享数据的GNSS站总数近百个,根据十一五发展规划,我国气象部门一方面要加大自建GNSS站的力度另一方面通过与其他部门合作共建GNSS站,从而形成布局基本合理的GNSS结网,与此同时,还要加快GNSS在气象领域的研究,并按照大气探测业务系统的要求进行规划布局、建设以及业务运行等。

  GNSS水汽监测原理

  GPS全球定位系统(Global Positioning System)是美国在20世纪70年代开始发展的第二代全球卫星导航定位系统,最初的目的是用于定位、导航和授时。但在军用和民用需求的双力驱动下,GPS应用日益广泛,其应用沿着两个方向发展,一是基于事后处理相对定位精度10-8~10-9的高精度静态定位,主要应用于地球科学的研究。包括地球各图层(岩石圈、大气圈、水圈)动态变化的监测;二是基于卫星定位的动态定位,主要应用于社会经济和军事方面,包括工程测量、船舶、车辆和近地空间飞行器的导航、智能管理、运动兵器的制导等。世界上其他国家也开发了相应的系统,如俄罗斯的GLONASS系统,中国的北斗系统,欧共体的GALILEO系统,它们都属于GNSS系统。

  重要性

  水汽是大气层中最多变、最活跃的成分之一,是能量输送和平衡、灾害性强降水产生的重要因子,在各种天气现象中扮演着极为重要的角色(曹云昌等2005)。大气中水汽含量直接影响着天气的晴、阴和降水,尤其是在暴雨、冰雹等强对流天气过程中,水汽是其形成的重要条件。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,目前气象上获取高空水汽资料主要依赖常规探空站网,但其时间分辨率(每日两次)和空间分辨率(站网密度)都不够高,对快速生成、发展、消亡的暴雨等灾害性天气进行探测比较困难。GNSS探测数据因其覆盖范围广、实时连续、不受天气状况影响、高垂直分辨率、高精度和长期稳定不需定标的特点,使用其资料将大幅提高湿度场分析能力,对水汽场进一步的精确的了解将有助于提高我们对重大天气和暴雨的预报能力。同时,也将为人工影响天气作业提供依据,并提高气候监测和分析精度。