GPS探测大气水汽含量的研究.doc

GPS探测大气水汽含量的研究
探测水汽含量的常规技术

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成本也在不断增加。
(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。

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较差的时间分辨率,而地基辐射计正好相反。

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。

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。
GPS气象学的发展
GPS气象学(GPS/ METeorology,简写为 GPS/MET)是近十年来蓬勃发展起来的,由卫星动力学、大地测量学、地球物理学和气象学交叉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行了多次试验,为其发展奠定了理论基础。后来,Bevis和 Businger等人进行了较全面的研究,
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。
1995年,美国的UCAR (University Corporation for Atmosphere Research) 研究组利用搭载在LEO (Low Earth Orbiter)卫星上的Turbo / Rogue GPS接收机成功地归算出气象参数的分布情况,还初步得到了电离层中电子密度的剖面结构。与由无线电探空仪和探空气球等途径而获得的结果相比较,发现它们相互之间符合得较好。可见,GPS无线电掩星技术在监测大气对流层和电离层方面颇具应用前景。
我国1998年 5~ 6月份,在周秀骥院士主持下,进行了一次“华南暴雨试验”。这次试验获得了大量的 GPS与气象同步观测的数据,为我国的GPS气象学深入研究奠定了基础。
然而,在UCAR公布的研究结果中,在离地高度为 1km以下或者 40km以上的高度区,上述参数的归算精度并不令人满意。而对气象应用来说,高度在 1km以下的大气温度和压力的分布情况尤其显得重要,就中间层及其以上各层次的大气研究来说,对 40km以上高度的大气温度和压力的探测精度也是十分必要的。即使在 1— 40km高度区间里,该技术同其它手段仍存在一定的差异。
GPS气象探测的应用领域非常广泛,有以下几方面