随着地基GPS技术日益完善以及GPS气象学研究的迅速发展,地基GPS探测技术已经成为一种有效的大气水汽探测手段,可提供高精度、高容量、快速变化的水汽信息。因此,GPS水汽监测技术在国内气象部门得到极大重视,通过多种方式建立起不少局域地基GPS观测网。本文介绍了地基GPS水汽反演原理,分析了国内地基GPS水汽监测的应用,展望了GPS水汽监测的发展及潜在应用。

地基GPS监测水汽原理

   GPS卫星发射的信号, 穿过大气层时, 受到大气折射而延迟, 通常可分为电离层延迟和对流层延迟, 电离层延迟可通过双频或电离层模型基本消除。对流层总延迟(Z^TD)由静力延迟（Z^HD）和湿延迟（Z^WD） 组成。其中Z^HD可通过相的地面观测资料用Saastamoinen模型算: Z^HD=10-6*K¹RP^S/^GmMd,对流层延迟Z^TD减去Z^HD可得到Z^WD。然后根据Z^WD与可降水量(PWV) 的关系式:ZWD=Π。PWV算出地基GPS遥感的大气水汽可降水量。其中转换系Π=10₆/（K³/T^m+K2'）R^v, T^m为大气加权平均温度,为地面气温的线性拟合;K2' =K²—（Rd/R^v) ,k1、K2、K2'、K³为折射常数。由此可见, 用GPS 数据推算大气水汽含量过程中,正确确定Tm 值就能保证转换因子Π的精度, 从而提高估算PWV的精度。较普遍使用的是Bevis的经验公式: Tm= 70.2+ 0.72Ts , 但由于区域的差异, Bevis模型用于不同地区会产生一定的模型系统差异。为使获得的可降水量值最优, 对于不同的地区, 可采用回归分析建立适合该地区的Tm 与Ts 之间的函数关系式。综上所述,技术反演水汽的流程如图1所示。