GNSS水汽时间序列周期性分析及气象文件自生成研究

发布时间：2017-03-30 22:16

  本文关键词：GNSS水汽时间序列周期性分析及气象文件自生成研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水汽是地球大气的重要组成部分,在众多天气与气候现象中扮演着关键角色。传统的水汽探测手段存在特定弊端:空间或时间分辨率不足、精度有限或者适用范围较小。与传统的大气水汽探测技术相比较,地基GPS探测水汽技术具有实时性、全天候、精度高、无需标定等优势。本文学习阐述了地基GPS反演整层大气水汽含量的原理,并利用对流层反演的相关知识,分析对流层延迟改正的理论和方法,探寻水汽变化的规律和物理成因,结合数值天气模式资料及探空资料生成GPS气象文件,并采用多种方法验证生成的气象文件精度,为进一步提高GPS水汽反演精度提供基础。本文研究的内容有:1、对流层模型原理研究和各模型精度分析。分别介绍了对流层模型:霍普菲尔德模型、萨斯塔莫宁模型、UNB3模型、UNB3m模型、EGNOS系统对流层修正模型,并对模型在不同区域(中国、北美、欧洲)、不同纬度、不同高度的适应性情况进行了分析和比较,得出EGNOS模型和UNB3m模型具有高精度的结果。2、映射函数的对比分析。介绍了常用的映射函数NMF、GMF、VMF1的计算方法,并对使用不同映射函数所致结果差异做对比分析。3、水汽时间序列的周期性振荡分析。选取了台湾GPS水汽时间序列做为数据来源,分析对流层水汽与地理环境的对应关系,得到台湾地区的大气水汽分布主要受纬度,地形特性,和气候条件控制。并利用EMD算法和小波分解算法将台湾GPS站水汽的长时间序列和短时间序列进行分解,探测出每个GPS站都存在周年、半周年、天、半天的周期振荡,再结合地理气候因素分析这几种振荡周期产生的物理原因,得到一些非常有价值的结论:年周期的振荡是由于周年的温度变化和夏季季风等;半周年的振荡主要是由于冷暖气流交互作用;水汽的天变化是由于温度变化和风向变化;半天的PWV变化振幅较小,主要受大气大范围垂直运动。4、根据ECMWF和探空资料生成GPS气象文件。借助ECMWF和探空资料数据获取测站位置的气象参数,以生成可以计算地基PWV的气象文件(m文件),编写程序软件,计算全球范围内GPS站点气象资料,并反演该点的水汽。结果表明:根据ECMWF数据获得的全球气象文件在全球范围内有较好的精度;根据探空数据获得的m文件的精度在全球范围内出现了明显的两级分化;根据综合数据获得的全球气象文件的精度最好。
【关键词】：GPS气象学 可降水量 对流层延迟模型 周期振荡 气象文件
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P228.4;P412.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 引言9
• 1.2 研究背景9-11
• 1.2.1 常规水汽探测手段及其不足9-10
• 1.2.2 国内外地基GPS气象学研究进展10-11
• 1.3 本文研究目的与主要内容11-13
• 第二章 地基GPS对流层模型原理及对比分析13-31
• 2.1 大气的分层和结构13-14
• 2.2 GNSS水汽反演原理14-24
• 2.2.1 对流层天顶延迟计算方法14-16
• 2.2.2 天顶湿延迟的分离16-23
• 2.2.3 天顶湿延迟转换为天顶可降水量23-24
• 2.3 GPS对流层改正模型的对比分析24-30
• 2.3.1 对流层模型在不同区域的精度分析24-28
• 2.3.2 纬度对对流层模型的精度影响28-29
• 2.3.3 高度对GPS对流层模型的精度影响29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 映射函数对GPS对流层模型的影响31-37
• 3.1 映射函数31-34
• 3.1.1 NMF模型映射函数31-32
• 3.1.2 GMF模型映射函数32-34
• 3.1.3 VMF1映射函数34
• 3.2 基于不同映射函数下的解算结果的对比分析34-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第四章 GPS水汽时间序列的周期性振荡分析37-49
• 4.1 经验模态分解算法37-38
• 4.2 小波分解算法38-39
• 4.3 台湾水汽时间序列分析39-41
• 4.3.1 数据来源39-40
• 4.3.2 台湾水汽分布情况40-41
• 4.4 EMD分解水汽序列41-43
• 4.5 WD分解水汽序列43-46
• 4.6 物理原因分析46-48
• 4.7 本章结论48-49
• 第五章 根据ECMWF和探空资料生成GPS气象文件49-58
• 5.1 数据来源49-50
• 5.1.1 无线电探空数据49
• 5.1.2 ECMWF49-50
• 5.2 任意位置气象要素获取的算法50-53
• 5.2.1 统一坐标系统50-52
• 5.2.2 探空资料为数据来源的算法52-53
• 5.2.3 ECMWF为数据来源的算法53
• 5.3 各算法生成气象文件精度比较53-57
• 5.3.1 国内GPS站精度比较54-55
• 5.3.2 全球GPS站精度比较55-57
• 5.4 本章小结57-58
• 第六章 结论与展望58-60
• 6.1 论文总结58-59
• 6.2 进一步研究计划59-60
• 参考文献60-66
• 攻读硕士期间主要成果66-67
• 致谢67-68

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