地基GNSS反演技术在PM2.5监测中的初步探究

发布时间：2021-03-03 08:44

2013年,整整一年的北京,雾霾污染天数达175天,使得“雾霾”成为该年我国当之无愧的年度热词之一。据统计,国内25个省100多个大中城市被雾霾所困扰,严重威胁着人们的身心健康。2014年1月4日,国家减灾办、民政部首次将危害健康的雾霾天气纳入2013年自然灾情进行通报。雾霾的主要组成是二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项,前两者为气态污染物,最后一项颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首。雾霾中的可吸入颗粒物又以PM2.5为主,根据有关部门的规定,PM2.5是指粒子直径小于2.5μm的悬浮细颗粒物。虽然PM2.5的粒径小,但比表面积很大,极易富集有毒物质。据相关研究表明,PM2.5当中有15种致癌物质,其中世界上最强的致癌物苯丙a芘在我国的浓度是世界其它国家标准的14倍,因此细颗粒物已经被世界卫生组织列为人类一级致癌物。为了预防和治理雾霾天气造成的危害,急需一种能够监测和预报PM2.5浓度的方法。根据目前国内外对PM2.5特性的大量研究发现,重雾霾污染天气在经过降雨过程之后,天气质量就会大有好转。王宗爽等人在2013年对大气颗粒物的吸湿性进行了研究,根据研究内容指出大气颗粒物吸湿性是反映颗粒物理化性质的重要指标,吸湿性特性对深入了解颗粒物的环境和健康效应具有重要意义。GNSS在传播路径上的误差来源包括电离层延迟和对流层延迟带来的影响,电离层延迟可通过双频法予以消除。对流层中的延迟主要受对流层活动的影响,包括静力延迟和湿延迟,极不稳定。静力延迟可以通过模型进行估计,湿延迟主要受大气水汽的影响,比较活跃。地基GNSS反演主要是通过湿延迟进而获得大气水汽含量。因此能否根据大气颗粒物的吸湿性特点及地基GNSS的反演技术以及湿延迟受水汽影响的特点,来对PM2.5浓度的变化进行探索研究就被提了出来。目前GNSS的反演技术应用比较广泛,各种延迟量的反演、大气可降水量的反演、电离层TEC的反演等,在此基础上本文将对地基GNSS反演技术在大气颗粒物PM2.5监测方面的应用进行初步探究。通过分析,活动在对流层的PM2.5浓度的变化必然会改变对流层成分含量的比例关系,这种改变是否会影响延迟量的改变?如果影响,那么与PM2.5的浓度又有怎样的关系?对此本文将对以上几个问题展开研究。为了获得研究成果,本文首先阐述了地基GNSS反演技术的基本原理以及主要研究技术方法,然后通过利用GAMIT/GLOBK软件解算GNSS数据资料获得演算结果,并对以下几个方面进行研究:1.应用GAMIT 10.40分别对北京房山(BJFS)地区的连续运行的IGS监测站在2013年9-11月、2014年2-3月、5-6月、10月的共计100天的观测数据进行计算,获得该地区的各个延迟量以及水汽的变化情况。2.对比分析北京地区反演的各个延迟量以及大气水汽含量与PM2.5浓度变化情况,研究它们之间的变化关系。3.对武汉和乌鲁木齐地区的2014年2-3月共计二十多天的观测数据,进行反演计算,分别对两地区的反演结果与PM2.5浓度的变化情况进行对比,以此来验证该方法的可行性。4.对北京地区的气象因子与PM2.5的变化情况进行对应分析,来发现气象因子对PM2.5浓度的影响。另外对计算出的北京及武汉的基线波动与PM2.5质量浓度也进行了对比分析。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X87;X831

文章目录

摘要

Abstract

第1章引言

1.1 研究背景和研究意义

1.1.1 PM2.5 成因及影响分析

1.1.2 研究监测PM2.5 的意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 GNSS反演技术的发展现状

1.2.2 PM2.5 的监测研究

1.2.3 目前已有PM2.5 监测方法对比

1.3 课题来源、主要内容及研究思路

第2章地基GNSS反演技术基本原理

2.1 GNSS反演技术

2.2 GNSS信号传播过程中的误差

2.2.1 电离层误差及其介绍

2.2.2 对流层误差及其介绍

2.3 对流层天顶总延迟

2.3.1 天顶静力学延迟

2.3.2 天顶湿延迟

2.4 对流层天顶静力延迟反演常用模型介绍

2.4.1 霍普菲尔德（Hopfield）模型

2.4.2 萨斯塔莫宁（Saastamoinen）模型

2.4.3 勃兰克（Black）模型

2.5 计算对流层加权平均温度Tm

2.6 对流层延迟反演解算常用映射函数介绍

2.6.1 NMF映射函数

2.6.2 VMF1映射函数

2.6.3 GMF/GPT映射函数

第3章地基GNSS水汽反演基础

3.1 大气颗粒物PM2.5 与水汽关系的探究

3.2 数据处理软件的介绍

3.2.1 常用的高精度数据处理软件

3.2.2 GAMIT数据处理软件

3.3 GNSS数据的介绍

3.3.1 原始观测文件

3.3.2 公共机构提供的数据文件

3.4 GNSS反演获取PWV的流程

第4章地基GNSS反演方案设计

4.1 研究思路

4.2 反演结果的获取

4.2.1 反演流程路线

4.2.2 获得反演结果数据

4.3 GNSS数据反演过程中故障分析

第5章 GNSS反演在PM2.5 污染监测中的实例分析

5.1 北京地区雾霾天气（PM2.5）的实例分析

5.1.1 北京地区雾霾天气（PM2.5）对GNSS可降水量（PWV）的影响

5.1.2 北京地区雾霾天气（PM2.5）对ZTD、ZWD的影响

5.1.3 北京地区实例分析小结

5.2 武汉及乌鲁木齐地区雾霾天气（PM2.5）的实例分析

5.2.1 武汉地区实例分析

5.2.2 乌鲁木齐地区实例分析

5.2.3 小结

5.3 雾霾天气（PM2.5）对GNSS定位基线的影响

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果

【参考文献】