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利用地基GPS资料反演大气可降水量的初步研究

作　者: 郭志梅
导　师: 缪启龙；王长耀
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 气象学
关键词: 地基GPS 大气可降水量暴雨天气过程中尺度数值预报
分类号: P457.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 383次
引　用: 8次
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内容摘要

对水汽及其变化的研究,一直是天气学和气候学研究的重要课题,然而目前,对水汽观测的不足,严重制约着这些学科的发展,制约着人们对与水汽相联系的客观规律的认识,GPS探测利用GPS信号穿过大气受到大气折射而产生的延迟来探测大气中的水汽含量,它探测精度高,全天候,时间分辩率高,观测稳定,无需校正,这种新型的探测手段,是常规气象探测手段的有利补充。它所提供的数据源,将会对气象、环境、水文等学科领域的研究产生深刻的影响。本文着重研究了利用GAMIT软件处理地基GPS观测资料和反演大气可降水量的方法,并结合2000年北京GPS/VAPOR试验和2004年香港地区GPS资料,对GPS反演的水汽资料进行了分析研究,结果表明,利用GPS反演的水汽,具有较高的反演精度。2000年的试验中,地基GPS反演的大气可降水量和同时段的探空计算的实际水汽含量相比,其均方根误差为3mm,偏差为0. 4mm。对GPS大气可降水量的研究表明:利用GPS反演的大气可降水量资料,可以分析一个地区水汽的演变和水汽的来源,大气可降水量的时间变化序列与天气过程,特别是降水过程存在着密切的关系,强的降水过程对应着大气可降水量的迅速增加和峰值的出现。因此,对GPS大气可降水量的研究,将会提高人们对大气中水汽在天气预报中的作用的认识。作为GPS同化入中尺度数值预报模式的前期工作,本文对。MM5中尺度数值预报模式24小时预报的水汽结果与地基GPS观测进行了比较,对香港地区2004年7月17日的暴雨天气过程的模拟结果表明:提高模式分辩率能减小模式初始场对湿度的分析误差,对可降水量的预报能力也略有改善,但不是特别明显;模式24小时的滚动预报基本能反映可降水量的日变化趋势,尽管MM5模式积分一开始对可降水量就存在5%-10%的偏差,但积分前10小时对可降水量表现了较好的预报能力,积分20小时之后,模式预报偏差明显增大,因此,为了更精确地描述中尺度模式的水汽分布特征,高时空分辨率的水汽场资料是中尺度模式所必须的。另外,GPS测量可降水量本身可能存在系统误差,在将GPS资料同化入数值预报模式时应关注GPS资料本身的可靠性。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
第一章前言  8-14
  1． 1全球定位系统(GPS)简介  8-9
    1． 1． 1空间星座部分  8
    1． 1． 2地面监控部分  8-9
    1． 1． 3用户设备部分  9
  1． 2GPS技术在气象学中的应用(GPS／MET)  9-12
    1． 2． 1GPS气象学简介  10
    1． 2． 2GPS气象学分类  10-11
    1． 2． 3GPS气象学的原理  11-12
  1． 3GPS／MET的应用前景  12-13
    1． 3． 1天气预报  12
    1． 3． 2气候和全球变化监测  12-13
    1． 3． 3海岸气象学  13
    1． 3． 4水文学  13
    1． 3． 5其他应用  13
  1． 4本章小结  13-14
第二章国内外地基GPS／MET进展  14-22
  2． 1国外GPS／MET的研究  14-16
  2． 2国外地基GPS／MET监测网的建设  16-19
  2． 3国内GPS／MET的研究  19
  2． 4国内地基GPS／MET监测网的建设  19-21
  2． 5本章小结  21-22
第三章地基GPS／MET原理  22-38
  3． 1地基GPS遥感大气水汽含量的基本原理  22-25
    3． 1． 1天顶总延迟  22-23
    3． 1． 2天顶静力延迟  23-24
    3． 1． 3天顶湿延迟  24-25
  3． 2GPS数据处理软件  25-34
    3． 2． 1GAMIT／GLOBK  27-31
    3． 2． 2数据处理流程  31-34
  3． 3GPS水汽测量中的误差  34-37
    3． 3． 1观测方程和各项误差分析  34-37
    3． 3． 2卫星星历及其误差  37
    3． 3． 3气象观测误差引起的水汽估计误差  37
  3． 4本章小结  37-38
第四章地基GPS在监测水汽暴雨中的应用研究  38-51
  4． 12000年北京GPS／VAPOR试验  38-43
    4． 1． 1资料处理  39-40
    4． 1． 2GPS观测资料和探空资料提取大气可降水量的比较  40-43
  4． 2北京地区GPS大气可降水量时序变化特征  43-44
  4． 3北京地区7月3-5日暴雨降水过程的分析  44-50
    4． 3． 1天气过程概述  44-47
    4． 3． 2GPS大气可降水量对这次暴雨降水过程进行分析  47-50
  4． 4本章小结  50-51
第五章中尺度数值预报模式预报水汽与地基GPS观测的比较试验研究  51-61
  5． 1试验原理、计算方法及资料处理  51-56
    5． 1． 1MM5V3简介  51-52
    5． 1． 2MM5非静力模式的数值计算方法  52-55
    5． 1． 3本试验所采用的方案及大气可降水量的计算  55-56
  5． 2试验结果比较  56-61
    5． 2． 1实际降水量与GPS观测的比较  56-58
    5． 2． 2模式初始计算的可降水量与GPS观测的比较  58
    5． 2． 3模式预报可降水量与GPS观测的比较  58-61
第六章全文小结  61-62
参考文献  62-67
致谢  67

利用地基GPS资料反演大气可降水量的初步研究

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