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地基GPS水汽反演及水汽层析研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.3 研究内容和研究方法

第二章 地基GPS水汽反演及层析基本原理

2.1 引言

2.2 对流层天顶延迟

2.2.1 天顶总延迟

2.2.2 天顶静力延迟

2.2.3 天顶湿延迟及PWV计算

2.3 斜路径水汽含量

2.3.1 斜路径湿延迟

2.3.2 斜路径水汽含量的计算

2.4 地基GPS三维层析大气水汽技术基本原理与方法

2.4.1 地基GPS层析大气水汽技术原理

2.4.2 地基GPS层析大气水汽技术方法

2.5 本章小结

第三章 地基GPS水汽反演误差及拟合模型分析

3.1 引言

3.2 大气加权平均温度Tm本地化模型的建立

3.2.1 加权平均温度的计算方法

3.2.2 数据的选取

3.2.3 加权平均温度Tm本地化改进及精度检验

3.3 多基站天顶PWV的拟合模型研究

3.3.1 拟合模型方法探讨

3.3.2 区域PWV拟合模型及精度分析

3.3.3 降水区和周边地区PWV与实际降水量分析

3.4 本章小结

第四章 地基GPS层析大气水汽方法改进及其应用

4.1 引言

4.2 传统地基GPS三维层析实验及精度分析

4.2.1 实验数据

4.2.2 层析实验结果精度验证

4.3 基于地势拟合的地基GPS三维层析实验及精度分析

4.3.1 地势拟合模型探讨及精度分析

4.3.2 层析实验结果精度验证

4.4 三维层析方法对比分析

4.4.1 层析Kalman滤波解算次数分析

4.4.2 层析平面格网距离分析

4.4.3 基于曲面拟合模型的层析结果分析

4.4.4 传统层析方法与基于曲面拟合的层析方法比较

4.4.5 组合方法分析

4.5 地基GPS层析大气水汽垂直分布特征分析

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文的主要研究结论

5.2 本文研究的创新点

5.3 存在的问题及展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

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摘要

GPS气象学为GPS探测大气水汽奠定了理论基础,地基GPS大气水汽监测网和GPS连续观测站为地基GPS水汽反演提供了绝好的条件,当前气象学正在从技术研究逐步走向业务化应用。所以地基GPS水汽反演精度提高、气象应用和三维层析精度提高均是当前研究的热点。本文针对以上内容,利用香港连续观测站以及探空数据进行了地基GPS水汽反演,主要内容如下:
  1、依据香港地区2014年-2016年10月份探空数据,建立了香港地区加权平均温度模型。实验后发现,本地化模型计算10月份的加权平均温度误差基本保持在3.4度以内,造成的PWV误差保持在1mm以内。
  2、在依据GPS观测站坐标信息进行地势拟合时,发现3次模型虽然拟合误差小,但是对于未参与拟合测站的误差较大,所以在地势拟合过程中需根据实际地势情况进行模型确定。本文通过PWV拟合研究发现,香港地区地势拟合以2次模型为最佳,平面方向梯度因子对于PWV拟合精度并没有显著提高。
  3、本文基于地势拟合模型进行了PWV香港地区的拟合,并发现当地势拟合模型误差在1km以内时能够保证PWV误差控制在1mm以内。在基于地势拟合的PWV平面拟合时序分析图中发现,使用平面PWV拟合不仅在精度上有所保证,而且能通过该方法对水汽走势、运动状态有明显的判断。
  4、针对传统层析方法中采用平面分层而不能顾及测站之间高差的问题,本文提出使用基于地势拟合的三维层析方案,并分别从滤波次数、平面格网划分长度和地势拟合模型进行考虑。结果表明基于地势拟合的三维层析方法在低层3km以下和高层6km以上区域较传统层析方法解算的水汽密度有明显的精度提高,但是在中层3km-6km区域精度较传统平面层析结果较差。最后提出使用组合方案对水汽密度进行计算,结果证明该方法能够有效提高结果精度。

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