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基于水汽垂直指数分布特征的PWV快速层析方法

闫香蓉 杨维芳 李得宴 丁楠 高枫林

闫香蓉, 杨维芳, 李得宴, 丁楠, 高枫林. 基于水汽垂直指数分布特征的PWV快速层析方法[J]. 全球定位系统, 2024, 49(2): 61-68. doi: 10.12265/j.gnss.2023164
引用本文: 闫香蓉, 杨维芳, 李得宴, 丁楠, 高枫林. 基于水汽垂直指数分布特征的PWV快速层析方法[J]. 全球定位系统, 2024, 49(2): 61-68. doi: 10.12265/j.gnss.2023164
YAN Xiangrong, YANG Weifang, LI Deyan, DING Nan, GAO Fenglin. A rapid PWV tomography technique based on water vapor vertical index distribution characteristics[J]. GNSS World of China, 2024, 49(2): 61-68. doi: 10.12265/j.gnss.2023164
Citation: YAN Xiangrong, YANG Weifang, LI Deyan, DING Nan, GAO Fenglin. A rapid PWV tomography technique based on water vapor vertical index distribution characteristics[J]. GNSS World of China, 2024, 49(2): 61-68. doi: 10.12265/j.gnss.2023164

基于水汽垂直指数分布特征的PWV快速层析方法

doi: 10.12265/j.gnss.2023164
基金项目: 国家自然科学基金(42061076);兰州交通大学优秀平台支持(201806)
详细信息
    作者简介:

    闫香蓉:(1999—),女,硕士,研究方向为GNSS气象学. E-mail: xr_1229@163.com

    杨维芳:(1970—),女,博士,教授,研究方向为GNSS气象学,测绘仪器内置程序研发. E-mail: 99903217@qq.com

    李得宴:(1995—),男,博士,研究方向为精密单点定位. E-mail: 2316206423@qq.com

    丁楠:(1989—),男,博士,副教授,研究方向为GNSS气象学. E-mail: metdingnan@jsnu.edu.cn

    高枫林:(2000—),女,硕士,研究方向为GNSS气象学. E-mail: fengli_1121@qq.com

    通信作者:

    杨维芳 E-mail:99903217@qq.com

  • 中图分类号: P228.4

A rapid PWV tomography technique based on water vapor vertical index distribution characteristics

  • 摘要: GNSS水汽层析技术可以反演对流层水汽三维时空变化情况,但该技术比较复杂、运算量大,需要消耗一定的时间. 故本文提出了一种利用地基GNSS反演的大气可降水量(precipitable water vapor, PWV)结合水汽在垂直方向上的指数分布特性来计算大气水汽三维分布的快速层析方法. 该方法利用香港地区2022年8月的GNSS数据开展试验,与传统GNSS水汽层析方法进行对比. 试验结果表明:两种方法的层析解算结果与探空数据均具有良好的一致性. 虽然快速层析方法的解算结果在底层区域缺少一些水汽变化的细节信息,精度略逊于传统层析方法,但是在中、高层时精度会有所提升,层析解算结果良好. 而且本文提出的快速层析方法无需构建和解算复杂的层析方程组,可以在大量GNSS测站参与水汽层析时减少计算复杂度,提升运算能力,同时可以更快地得到任意高度层的水汽密度,是一种简便、高效的层析方法.

     

  • 图  1  水汽廓线拟合图

    图  2  单位水汽柱状面中的水汽分布

    图  3  香港地区GNSS测站位置

    图  4  两种层析试验方案水汽密度与探空水汽密度散点图

    图  5  两种层析试验方案的MAE和RMSE时间序列对比图

    图  6  不同天气情况下的两种层析试验方案水汽廓线与探空水汽密度对比图

    图  7  两种层析试验方案各高度层水汽密度的RMSE和MAE对比图

    表  1  GAMIT 10.71解算策略

    参数名称 参数设置
    数据采样间隔/s 300
    时间分辨率/h 2
    截止高度角/(°) 10
    映射函数模型 VMF1
    海潮改正模型 otl_FES2004
    对流层延迟模型 Saastamoinen
    电离层模型 NONE
    IGS辅助站 BAKO、CHAN和GUAM
    下载: 导出CSV

    表  2  两种方案层析解算结果的误差对比 mm

    方案 Bias MAE IQR RMSE
    方案一 0.86 1.26 2.13 1.74
    方案二 −0.88 1.30 1.25 1.93
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-08-07
  • 录用日期:  2023-08-07
  • 网络出版日期:  2024-01-09

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