GPS技术在气象学中的应用

时间：2025-04-24

GPS 水汽反演

象 ,7,一 G S P技术在气象学中的应用c刘志赵 .刘经南/ .征航李

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(汉剥绘科技大学地学剐量工程学院 .北武汉 40 7 )武湖 3 0 9 The App i a i n ofGPS Te h o o y t e e r l g lc to c n lg oM to oo yLi Z iz a u h h o.LI Jn— U ig n n.LIZh n a g eg hn

摘要： S GP技术的成热使其成为对地观铡的一种强有力的手段 G S技术在大气观测和全球气候变化监酒中应用的可能性使得 PG S气象学 ( S ME成为一十崭新的极有糟力的研究与向本文对 GP P GP/ T) S气象学及其分类作简单卉绍之后·重地阐述了 GP 着 S气象学的基本原理和 GP S气象学的广阏直甩额域

关键词：全球定位系统 -大气折射 P G S气象学

一

、

前言

三、 S气象学分类 GP根据 G S ME P/ T观测站的空间分布来分类，可以分为两大娄；

G S技术经过 2 P 0多年的发展 .应用研究厦应用领域其得到了极大的扩展+中一个重要的应用领域就是气象学研其究利用 GP S理论和技术来遥感地球大气 .行气象学的理进论和方法研究 .测定大气温度及水汽含量，测气候变化如监等，做 GP气象学 ( S M E e rlg .简写为 GP/叫 S GP/ T ooo y S

①地基 GP S气象学 ( ru d bsdG S ME G o n—ae P T)@空基 G S气象学 ( pc—ae P/ T) P S aebsdG S ME 地基 G S气象学就是将 G S接收机安放在地面上+ P P象常规的 G S测量一样 .过地面布设 G S接收机网络 .估 P通 P来计一个地区的气象元素空基 G S气象学就是利用安装在低轨卫星 ( o E r P L w at h Ori,稚为 L O)的 G S接收机来接收 G S信号。当 b简 t E上 P P G S信号与 L O卫星上 GP P E S接收联线经过地球上空对流

ME。G S气象学的研究于 8 T) P O年代后期最先在美国起步.在美国取得理想的试验结果之后，他国家如日本等也逐步其开始 G S在气象学中的研究

二、P G S气象学简介大气温度、气压、气密度和水汽古量等量值是描述大大

大气状态最重要的的参数无线电探测、卫星红外线撵测和微渡探测等手段是获取气温、气压和湿度的传统手段。但是它们与 G S手段相比. P就可明显地看出传统手段的局限性无线电探测法的观测值精度较好，直分辨率高，地区覆垂但

层时 . P G S信号会发生折射。这一测量大气折射的方法叫做掩星法，该方接是 2世纪 6 o O年代美国喷气推进实验室 J L P和 Safr tnod大学为研究行星大气和电离层而发展起来的通过对古有折射信息的数据进行处理，以计算出大气折射量可而估计出我们所需要的气象元翥的大小。但无论是地基 G S ME还是空基 GP/ T,目标 P/ T S ME其

盖不均匀+在海洋上几乎没有数据被动式的卫星遥感技术可获得较好的全球覆盖率和较高的水平分辨率，垂直分但

辨率和时间分辨率很低利用 G S手段来遥感大气的优点 P是.它是全球覆盖的 .用低廉，度高+费精垂直分辨率高=据根 19年 4 3日美国发射的用于 GP 95月 S气象学研究的 Mi c c￣ r lb1低轨卫星的早期结果显示，于干空气 .从 5 7k a一对在~ m到 3~4 m的高度上+获得的温度可以精确到= 1 0 5 0k所 C之内。是这些优点使得 GP/ T技术成为大气遥感的最正 s ME

都是一样，即计算出大气折射量=其不同之处在于空基 G S P/ ME T涉及的数据处理更麻烦一些 .为安装在低轨卫星上因的 G S接收机跟 G S卫星一样+ P P也是运动的 t而且在接收机接收到的所有卫星的信号中，不像地面上的接收机那样，并

所接收到的卫星信号中必定包含有大气折射信息。

四、P G S气象学的原理在 G S数据处理时 . P一般是像对待基线向量一样 .将大气折射量视为未知参数进行估计的在数据处理中通常是根据观测时间的长短、基线的长短观测时的气象条件等因素 . 来决定大气折射未知参数估计的个数。通过这种办法估计出来的大气折射量的精度很高，一般可至毫米级。而大气折射量的大小是由 GP S信号穿过对流层时沿经路径上的大气折

有

效最有希望的方法之一：当 G S发出的信号穿过大气层中对流层时，到对流 P受

层的折射影响 S信号要发生弯曲和延迟中信号的弯 GP其曲量很小，而信号的延迟量很大，常在 2 3m左右。 GP 通 .在 S

精密定位测量中+大气折射的影响是被当作误差源而要尽可能将它的影响消除干净。在 G S ME中，之相反 t要而 P/ T与所

求得的量就是大气折射量。通过计算可以得到我们所需的大气折射量 .再通过大气折射率与大气折射量之同的函数差系可以求得大气折射率大气折射率是气温，气压 P和水汽压力 e的函数+过一定关系，可求得我们所需要的量：通则

射率决定的，某处的大气折射率是该处的气压、温度和湿度的函数。因此可以建立起大气折射量与气象元素之间的关系。为方便起见，定义折射数Ⅳ=(一1×1在处理对 ) 0流层大气折射时一般是将空气分为两部分 t一部分是干空

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