地基GPS不同水汽反演方法的误差分析

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1、第27卷第4期暴雨灾害Vol．27No．42008年12月TORRENTIALRAINANDDISASTERSDec．2008文章编号:1004－9045(2008)04－0346－05地基GPS不同水汽反演方法的误差分析徐桂荣，陈波，万蓉，李武阶，冯光柳（中国气象局武汉暴雨研究所，武汉430074）摘要:利用湖北宜昌2007年观测的GPS对流层天顶延迟数据，对采用不同水汽反演方法计算的对流层可降水量PW的正确度和精密度进行对比分析。结果显示：不同天顶干延迟计算模型对GPSPW的精密度影响不大，但对其正确度有明显的影响，与探空PW相比，Hopfield模型计

2、算的GPSPW的平均偏差最小，Saastamoinen模型的平均偏差次之，而Black模型的平均偏差最大；大气加权平均温度对GPSPW的正确度有重要影响，对其进行本地化订正可以明显减小GPSPW与探空PW的偏差，但对GPSPW的精密度影响不大；GPSPW与探空PW的相关性受大气水汽含量的影响，当大气水汽含量较低（PW≤65mm）时，两者的相关系数可达0.92，两者的平均偏差为3.8mm，偏差的均方差为6.4mm，而当大气水汽含量较大时，GPSPW与探空PW的偏差会增大，两者的相关系数会变小，这可能与GPS水汽反演方法有关；GPSPW比探空PW偏小，这可能是由

3、两种探测方法的不同所造成的系统偏差。关键词：地基GPS；可降水量；正确度；精密度中图分类号：P426.1+5文献标识码：A[3]差的均方差约为2.0mm，而两者平均偏差大的可以1引言[4]达到6.5mm，其偏差的均方差为4.3mm。因此GPSGPS气象学（GPS/MET）于20世纪80年代后期最PW的准确度分析和提高GPSPW准确度是GPS观先在美国起步，它利用GPS理论和技术来遥感地球大测网建立后定量使用GPSPW时必须首先完成的工气，进行气象学的理论和方法研究，如测定大气温度作。湖北地基GPS水汽监测网从2006年开始布网建及水汽含量，监测气候变化等。当

4、GPS卫星发出的信设，2007年已有10个GPS站进行水汽监测试验，待号穿越大气层中对流层时，由于大气成分的折射而产GPS水汽监测网完成建设后将有近30个GPS站，届生信号时延。特别是水汽会导致独特而显著的GPS信时可以对长江中游区域大气水汽状况进行监测。由于号时延，这种延迟量近似正比于沿信号传播路径上的宜昌GPS观测样本较多，同时宜昌又是高空探空站，[1]大气水汽的总含量。Bevis等在1992年推导出了湿延因此，本文利用宜昌2007年观测的GPS对流层天顶延迟、可降水量和大气加权平均温度三者之间的函数关迟数据，采用不同的水汽反演方法计算得到GPSPW，并

5、系式，这使地基GPS测量可降水量资料真正在气象上将GPSPW与由探空资料计算得到的PW进行对比定量使用成为可能。20世纪90年代中期以来，我国也分析，用以评估不同水汽反演方法的正确度和精密度。逐步开展了地基GPS观测在气象学中的应用研究和2数据和方法[2]业务试验工作。由于GPS系统对大气的测量不仅精度高、空间覆盖面大，而且不受天气条件影响，能全天利用地基GPS资料来反演PW的主要步骤如下：候地对大气进行监测，GPS测量已成为常规探空观测（1）利用GAMIT或Bernese等软件解算GPS对流水汽的有效补充，并在气象科学研究和业务领域得到层天顶总延迟ZTD。

6、了广泛的应用。（2）利用地面气压、气温等资料，采用某种干（或然而，GPS反演可降水量PW（PrecipitableWater）静力）延迟计算模型来求解天顶干延迟ZHD。的准确度直接影响到GPSPW定量使用的效果。我国（3）天顶总延迟ZTD减去天顶干延迟ZHD就可以学者试验发现，GPSPW与由探空资料计算得到的得到天顶湿延迟ZWD，将天顶湿延迟ZWD乘上一个PW相比，两者平均偏差小的可以达到0.1mm，其偏转换系数Π可以转换得到大气可降水量PW，即：收稿日期：2008－02－15；定稿日期：2008－04－15基金项目：国家自然科学基金（40575011）、中

7、国气象局武汉暴雨研究所科研业务项目（0604）、中国气象局武汉暴雨研究所开放基金（IHR2007G01）、湖北省气象局科技发展基金（2007Z03）共同资助作者简介：徐桂荣，男，1973年生，工程师，博士，主要从事暴雨监测技术与应用研究。E-mail:grxu2007@gmail.com第4期徐桂荣等：地基GPS不同水汽反演方法的误差分析347PW=Π×ZWD大小的程度，是指在一定的试验条件下，多次试验值(1)[11]ZWD=ZTD-ZHD的彼此符合程度。在检验GPSPW的准确度时常用常用的计算天顶干延迟的三种经验模型分别有高精度水汽辐射计或探空资料计算的

8、PW来作为参考[5][6][7]Saastamoin