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全球定位系统

基于北斗三号的大气水汽探测性能初步分析

郭秋英 侯建辉 刘传友 徐铭泽 孙英君

郭秋英, 侯建辉, 刘传友, 徐铭泽, 孙英君. 基于北斗三号的大气水汽探测性能初步分析[J]. 全球定位系统, 2021, 46(1): 89-97, 111. doi: 10.12265/j.gnss.2020090802
引用本文: 郭秋英, 侯建辉, 刘传友, 徐铭泽, 孙英君. 基于北斗三号的大气水汽探测性能初步分析[J]. 全球定位系统, 2021, 46(1): 89-97, 111. doi: 10.12265/j.gnss.2020090802
GUO Qiuying, HOU Jianhui, LIU Chuanyou, XU Mingze, SUN Yingjun. Preliminary analysis of atmospheric water vapor detection performance based on BDS-3[J]. GNSS World of China, 2021, 46(1): 89-97, 111. doi: 10.12265/j.gnss.2020090802
Citation: GUO Qiuying, HOU Jianhui, LIU Chuanyou, XU Mingze, SUN Yingjun. Preliminary analysis of atmospheric water vapor detection performance based on BDS-3[J]. GNSS World of China, 2021, 46(1): 89-97, 111. doi: 10.12265/j.gnss.2020090802

基于北斗三号的大气水汽探测性能初步分析

doi: 10.12265/j.gnss.2020090802
基金项目: 山东省自然科学基金(ZR2017MD029);山东省住房城乡建设科技项目(2017-R1-004);山东省研究生教育优质课程建设项目(SDYKC18080)
详细信息
    作者简介:

    郭秋英:(1970—),女,博士,教授,研究方向为GNSS精密定位、GNSS在气象监测中的应用

    侯建辉:(1995—),男,硕士研究生,研究方向卫星定位导航及数据处理

    刘传友:(1997—),男,硕士研究生,研究方向为卫星定位导航及数据处理

    徐铭泽:(1997—),男,硕士研究生,研究方向为卫星定位导航及数据处理

    孙英君:(1976—),女,博士,教授,主要从事地理信息系统方面的教学及科研工作

    通讯作者:

    侯建辉 E-mail:jhuihou@163.com

  • 中图分类号: P228; P412

Preliminary analysis of atmospheric water vapor detection performance based on BDS-3

  • 摘要: 对我国刚布署完成的北斗三号卫星导航系统(BDS-3)的大气水汽探测性能作初步分析可更好地发挥BDS-3的气象探测潜能. 采用全球不同位置的台站进行几种手段的对比,探测结果具有代表性和说服力. 研究结果表明:将BDS-3/PWV(大气可降水量)与GPS/PWV对比,平均偏差(BIAS)优于1.0 mm,均方根误差(RMSE)优于2.0 mm,相关系数均在94%以上;BDS-3/PWV与GPS/PWV求差取绝对值后的平均值(MEAN)为1.1 mm,比北斗二号(BDS-2)降低了71%;BDS-3/PWV与GPS/PWVRMSE为1.4 mm,比BDS-2降低了63%. 将BDS-3/PWV与ERA5/PWV对比, BIAS优于2.9 mm,RMSE优于2.8 mm,相关系数均在92%以上,BDS-3/PWV与ERA5/PWVMEAN为2.1 mm,比BDS-2降低了48%;BDS-3/PWV与ERA5/PWVRMSE为1.6 mm,比BDS-2降低了57%. BDS-3探测水汽性能明显优于BDS-2;BDS-3水汽探测结果与GPS、ERA5再分析资料有很好的一致性.
  • 图  1  实验选用的10个MGEX站位置分布图

    图  2  BDS-3/PWV和GPS/PWV时间序列

    图  3  BDS-3/PWV与GPS/PWV差值时间序列

    图  4  BDS-2/PWV与GPS/PWV时间序列

    图  5  BDS-3/PWV、BDS-2/PWV分别与GPS/PWV求差取绝对值后的MEANRMSE分布

    图  6  BDS-3/PWV、BDS-2/PWV与ERA5/PWVBIAS分布

    表  1  MGEX站相关信息

    MGEX站观测值类型同一时刻BDS-2、BDS-3至少可视卫星数
    CEBR C1P L1P C5P L5P C2I L2I C7I L7I C6I L6I 5、6
    CUSV C2I L2I C6I L6I C7I L7I 13、7
    GANP C5X L5X C2I C7I L2I L7I L6I C6I 8、8
    IISC C2I L2I C6I L6I C7I L7I 11、5
    KIR8 C5X L5X C2I C7I L2I L7I L6I C6I 9、10
    MAR7 C5X L5X C2I C7I L2I L7I L6I C6I 6、8
    MAS1 C1P L1P C5P L5P C2I L2I C7I L7I C6I L6I 4、6
    TONG C2I L2I C6I L6I C7I L7I 5、7
    VILL C1P L1P C5P L5P C2I L2I C7I L7I C6I L6I 6、6
    YEL2 C2I L2I C6I L6I C7I L7I 4、8
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    表  2  数据解算策略

    控制选项控制参数
    轨道处理策略 BASELINE
    观测值使用 LC_AUTCLN
    分析类型(迭代) 1-ITER
    天顶延迟参数 25
    高度截止角 10°
    海潮模型 otl_FES2004.grid
    对流层误差模型 Saastamoninen
    映射函数模型 GMF
    精密星历 WUM
    其 他 default
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    表  3  ERA5大气资料说明

    参数 取值
    数据类型 格网模型
    水平覆盖率 全球
    水平分辨率 0.25°$ \times $0.25°
    时间覆盖率 1979—至今
    时间分辨率 每小时
    文件格式 GRIB/NetCDF
    更新频率 每天
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    表  4  BDS-3/PWV与GPS/PWVBIASRMSEr统计

    MGEX站BIAS/mmRMSE/mmr/%
    CEBR−0.801.1898.99
    CUSV0.101.9396.49
    GANP0.110.7398.87
    IISC−0.281.8094.28
    KIR8−0.120.6599.25
    MAR7−0.260.9798.38
    MAS1−0.381.2194.31
    TONG−0.793.6996.90
    VILL−0.561.2098.44
    YEL20.060.8795.41
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    表  5  BDS-2/PWV与GPS/PWVBIASRMSEr统计

    MGEX站BIAS/mmRMSE/mmr/%
    CEBR −1.65 6.17 44.42
    CUSV −0.42 2.85 92.30
    GANP 0.97 2.37 88.79
    IISC 1.38 2.48 90.01
    KIR8 0.07 2.77 87.86
    MAR7 −0.04 2.31 87.96
    MAS1 0.76 3.73 57.10
    TONG 4.57 7.02 15.71
    VILL 2.59 6.22 54.95
    YEL2 1.16 2.83 76.89
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    表  6  BDS-3/PWV、BDS-2/PWV分别与GPS/PWVMEANRMSE统计

    MGEX站BDS-2/PWVBDS-3/PWV
    MEAN/mmRMSE/mmMEAN/mmRMSE/mm
    CEBR 5.31 6.17 0.96 1.18
    CUSV 2.13 2.85 1.41 1.93
    GANP 1.83 2.37 0.53 0.73
    IISC 1.94 2.48 1.30 1.80
    KIR8 2.02 2.77 0.49 0.65
    MAR7 2.06 2.31 0.69 0.97
    MAS1 3.14 3.73 0.92 1.21
    TONG 11.84 7.02 2.78 3.69
    VILL 4.78 6.22 1.00 1.20
    YEL2 1.96 2.83 0.66 0.87
    ALL 3.70 3.90 1.10 1.40
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    表  7  BDS-3/PWV、BDS-2/PWV分别与ERA5/PWVMEANRMSEr统计

    MGEX站对比方式样本量MEAN/mmRMSE/mmr/%
    CEBR BDS-3与ERA5 571 2.39 2.84 96
    BDS-2与ERA5 530 4.86 5.54 54
    CUSV BDS-3与ERA5 383 2.36 1.66 98
    BDS-2与ERA5 418 3.98 2.64 91
    GANP BDS-3与ERA5 550 2.93 2.64 92
    BDS-2与ERA5 543 4.22 3.58 75
    IISC BDS-3与ERA5 566 1.66 1.46 94
    BDS-2与ERA5 297 3.47 2.00 99
    KIR8 BDS-3与ERA5 581 2.58 1.66 93
    BDS-2与ERA5 527 4.11 2.99 56
    MAR7 BDS-3与ERA5 587 2.16 1.55 93
    BDS-2与ERA5 592 3.97 2.61 76
    MAS1 BDS-3与ERA5 574 1.45 1.39 92
    BDS-2与ERA5 488 3.99 2.96 63
    TONG BDS-3与ERA5 361 2.06 1.70 97
    BDS-2与ERA5 238 4.40 7.12 40
    VILL BDS-3与ERA5 423 2.81 1.87 98
    BDS-2与ERA5 458 4.58 4.90 66
    YEL2 BDS-3与ERA5 622 1.73 1.31 92
    BDS-2与ERA5 593 3.16 1.61 63
    ALL BDS-3_ALL 2.10 1.60
    BDS-2_ALL 4.00 3.70
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-09-08
  • 网络出版日期:  2021-04-06
  • 刊出日期:  2021-02-15

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