地基GPS遥感大气水汽含量及在气象上的应用

地基GPS技术遥感大气水汽含量及其在气象学中的应用的开题报告一、选题背景气象学是一门研究地球大气现象的学科，近年来受到全球气候变化的影响，气象观测和预测成为具有重要现实意义的研究方向。

其中，研究大气水汽含量对于提高气象预测能力、预防天气灾害、节约水资源等具有极为重要的意义。

GPS技术是一种基于全球卫星定位系统的导航技术，已经被广泛应用于航空、电信、交通、地震等领域。

近年来，随着GPS技术的不断发展和完善，地基GPS技术已经被应用于大气水汽含量的遥感测量中，成为研究大气水汽含量的重要手段。

二、选题目的本论文旨在深入研究地基GPS技术遥感大气水汽含量的原理和方法，借助数学和物理模型对其进行分析和计算，探究大气水汽含量对气象学的应用，包括气象预测、天气灾害预防、水资源管理等方面，为相关领域的研究提供参考和支持。

三、研究内容1.地基GPS技术测量大气水汽含量的原理和方法2.数学和物理模型分析和计算大气水汽含量3.分析大气水汽含量对气象学的应用，包括气象预测、天气灾害预防、水资源管理等方面4.开展实验研究，验证理论分析的准确性和可信度5.总结研究成果，提出未来的研究方向和展望四、研究方法本论文采用文献资料法、实验方法和数学分析法相结合的研究方法。

通过收集和分析国内外相关领域的文献资料，了解地基GPS技术遥感大气水汽含量的最新研究进展；通过实验的数据收集和处理，验证理论研究结果的准确度和可行性；通过数学模型的分析和计算，从理论层面探究地基GPS技术测量大气水汽含量的原理和方法。

五、预期目标与意义本研究旨在深入探究地基GPS技术遥感大气水汽含量的原理和方法，分析其在气象学中的应用，将为气象预测、天气灾害预防、水资源管理等方面的研究提供参考和支持。

预期通过研究成果，推动相关领域的发展和进步。

GPS探测大气水汽含量的研究一．探测水汽含量的常规技术1．常规气球探空观测目前地球大气参数的廓线分布，大气水汽观测资料主要依靠每天两次的标准观测，其主要局限是：无线电探空气球观测在全球的分布很不均匀，测站密度过稀，在海洋上空甚至没有资料，相邻两次探测之间间隔时间过长，探测的精度不能满足水汽时间空间多变性的要求，且维持这一观测系统的本钱也在不断增加。

2．水汽微波辐射计(Water Vapor Radiometer-WVR)提供了依靠所测亮温反演扫描方向积分水汽总量和积分液水总量的手段。

3．星载微波辐射计测量地球提供的热背景下相应的吸收线，由于地表温度的多变性而呈现复杂性，应用于洋面的遥感比应用于陆地更为适用。

同时由于云的存在使这种应用受到限制。

地基微波辐射计不受低的中等覆盖云量的影响，但云量较多时同样受到影响。

降水发生时雨滴的存在对于辐射的影响以及雨滴打湿仪器天线的影响，使得微波辐射计这时很难提供可用的数据。

极轨卫星所载辐射计提供很好的空间分辨率但比拟差的时间分辨率，而地基辐射计正好相反。

4．激光雷达费用昂贵，而且不能全天候观测，难以大范围密集设置站网和实现观测业务化。

5．卫星红外辐射计可以观测大气亮温、估算大气积分可降水分(IPW),能覆盖全球范围，但也只能局限于晴空区域的监测。

二．GPS气象学的开展GPS气象学(GPS/ METeorology,简写为GPS/MET)是近十年来蓬勃开展起来的，由卫星动力学、大地测量学、地球物理学和气象学穿插派生出的新兴边缘学科。

发源于美国，在 2 0世纪80年代，美国的Davis、Herring、Askne,Nordius 等人在该领域做了许多理论上的研究并进展了屡次试验，为其开展奠定了理论根底。

后来，Bevis和Businger等人进展了较全面的研究，1992年提出了采用地基GPS技术探测大气水汽含量的原理。

结合掩星技术通过对大气折射率的遥感来反演大气的温湿特性，他们的研究成果促进了GPS气象学的新进展。

地基GPS网对水汽三维分布的监测及其在气象学中的应用地基GPS网对水汽三维分布的监测及其在气象学中的应用近年来，地基全球定位系统（GPS）技术的发展使得人们可以通过GPS设备准确测量地球大气层中的水汽含量。

地基GPS网是一种由多个GPS接收器组成的网络，可以实时监测大气中的水汽分布。

这项技术在气象学中具有广泛的应用，能够提供对天气、气候和水文循环等方面的深入理解。

地球大气层中的水汽是气象系统的重要组成部分。

它对气候和天气的形成和变化有着重要影响。

了解水汽在空间和时间上的分布对气象学研究至关重要。

传统的水汽观测方法主要包括气象球观测和遥感技术，但这些方法在空间和时间上的分辨率有限，且成本较高。

而地基GPS网技术可以提供更为准确和实时的水汽含量数据，为气象学研究提供了新的工具和方法。

地基GPS网是一种由多个GPS接收器布设在地表上的网络，接收器通过测量卫星信号在大气层中传播过程中的延迟来反演大气中的水汽含量。

由于GPS信号穿过大气层时会受到延迟，这种延迟与大气层中的水汽量成正比。

通过对多个GPS接收器的观测数据进行处理和分析，可以获得大范围的水汽含量分布。

这种技术的优势在于其观测精度高、空间分辨率高、成本相对较低，并且可以实时监测。

地基GPS网技术在气象学中有着广泛的应用。

首先，它可以提供对天气系统中水汽的垂直分布的详细信息。

通过观测GPS信号的延迟变化，可以获得不同高度上的水汽含量分布，进一步了解水汽的垂直输送和水汽对天气系统的影响。

其次，地基GPS网技术能够提供实时和高精度的水汽含量数据，为天气预报和短期气象预测提供重要依据。

水汽是暴雨和强对流天气的重要能量来源，准确估计和预报水汽含量对预警和防灾有着重要意义。

再次，地基GPS网可以监测水汽在大气中的变化和运动，为研究气候变化和水循环提供数据支持。

地基GPS网对水汽三维分布的监测也面临着一些挑战和问题。

首先，地基GPS网的覆盖范围相对有限，无法实时监测全球范围内的水汽分布。

地基GPS遥测大气水汽含量技术简介
赵玲;崔彩霞
【期刊名称】《沙漠与绿洲气象》
【年(卷),期】2006(029)002
【摘要】水汽是一种重要的大气成分，是各种大气现象的总根源，在各种时空尺
度的大气过程中扮演着重要角色。

水汽在地球水循环中发挥着关键的作用，尤其与雷暴等局地天气的发生和发展有密切的关系。

水汽观测对于天气、气候研究和天气预报业务都至关重要。

【总页数】2页(P36-37)
【作者】赵玲;崔彩霞
【作者单位】中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所,新疆,乌鲁木齐,830002;中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所,新疆,乌鲁木齐,830002
【正文语种】中文
【中图分类】P451
【相关文献】
1.地基GPS遥感大气水汽含量中加权平均温度获取方法的比较分析 [J], 刘旭春;王艳秋;张正禄;潘雄
2.地基GPS反演大气水汽含量实践 [J], 薛丰昌;高晓东;张亚琳
3.地基GPS遥感大气水汽含量及在气象上的应用 [J], 谷晓平;王长耀;蒋国华
4.基于MODIS的近红外大气水汽含量的反演及其与地基GPS水汽的对比分析 [J],
李艳永;崔彩霞;赵玲;卢新玉;崔丽娜
5.地基GPS遥感大气水汽含量及在气象上的应用 [J], 黄彦彬
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地基GPS水汽监测技术及气象业务化应用系统的研究李国平【摘要】本研究建立了川渝地区地基GPS（global positioning system,全球定位系统）遥感水汽的本地化计算模型,开发出GPS遥感水汽的计算软件包,开展了局域地基GPS观测网遥感大气水汽的试验及业务应用,反演出30 min间隔的高时间分辨率GPS可降水量序列。

评估了反演精度,研究了GPS水汽产品在气象业务应用的可行性。

研发了可搭建在MICAPS（meteorological information comprehensive analysis and process system）平台上的地基G%This study established local computing model of remote sensing water vapor by using ground-based GPS（global positioning system） in the region of Sichuan-Chongqing,and developed computing software packages of GPS remote sensing water vapor.Then the experiment and operational application of remote sensing water vapor by using ground-based GPS in this local network was done,by which the high time resolution GPS precipitable water vapor（PWV） sequence of 30 min intervals was derived.This paper also gives the assessment of the retrieval accuracy,as well as the feasibility of meteorological operations application of GPS water vapor products.The major results of this study include developingthe operations application system of remote sensing atmospheric water vapor by using ground-based GPS,which can be build on the MICAPS （meteorological information comprehensive analysis and process system）as an operational application system,and realizing the real-time transmission,data solution,deriving of PWV by a local ground-based GPSnetwork and visualization of GPS water vapor products.This meteorological operations system played a unique role in the heavy rain,blizzard and other severe weather forecast in its trial-run.Systematical study of the temporal variation,horizontal distribution of GPS-PWV was done by our research group.Furthermore,the relationship between PWV derived by GPS among surface air temperature,pressure,specific humidity,solar radiation,precipitation and other surface meteorological elements was also analyzed.The relationship of PWV derived by GPS among local circulation,water vapor cycle and topography.The evolution characteristics of GPS water vapor products in some kinds of typical severe weather（for example Southwest China heavy rain,sustained rain,freezing rain,snow and heavy fog） and rain stimulations by artificial means were studied.In addition,the study also revealed application methods of remote sensing technology of atmospheric water vapor by using GPS and its products in weather forecast operations,carried out composite analysis of diurnal cycle of GPS-PWV,and studied the applications of GPS-PWV in North China heavy rain,Southwest China heavy rain,West China autumn rain,Sichuan Basin nocturnal rain and so on.The comparative analyses of GPS-PWV between the detail rain processes with different clouds and different weather systems were also given.For example,comparisons of the precipitable water vapor derived from ground-based GPS in different types of precipitation show that an abrupt increase of GPS-PWV before 5—10 h of the summer rainstorm may well indicate the subsequent heavy rainfall.GPS-PWV continuous increasing or decreasing substantially andabove average suggests the beginning or the end of the rainfall in autumn continuous rain.The different features of diurnal variation of precipitable water vapor in different types of precipitation can reflect timely the changes of local water vapor.As a strong signal in water vapor transport,the consecutive observation data of precipitable water vapor would be instructive for the forecasting of actual rainfall.【期刊名称】《大气科学学报》【年(卷),期】2011(034)004【总页数】8页(P385-392)【关键词】地基GPS;可降水量;本地化模型;应用系统【作者】李国平【作者单位】[1]成都信息工程学院大气科学学院,四川成都610225;[2]成都信息工程学院高原大气与环境四川省重点实验室,四川成都610225【正文语种】中文【中图分类】P458.1210 引言由于运用GPS(global positioning system，全球定位系统)技术估算大气水汽总量是20世纪90年代兴起的一种极有潜力、实用价值很大的一种大气探测新方法或新技术(李国平等，2010)，所以近年来GPS气象监测网的建设(包括与地震、测绘、天文、勘察设计、规划等部门的合作建设、资料共享)已在全国各气象部门得到极大重视，并得到大力推进，通过多种方式已建立起不少局域地基GPS观测网。

地基GPS大气水汽反演技术研究与资料应用地基GPS大气水汽反演技术研究与资料应用1. 引言地球是一个具有复杂气候系统的行星，大气水汽是其中重要的组成部分。

大气水汽的分布和变化对于气候变化、天气预报、农业灌溉等领域有着重要的影响。

因此，准确地获取和监测大气水汽的含量和分布对于许多应用具有重要意义。

地基GPS大气水汽反演技术作为一种新兴的遥感技术，具有高精度、高时空分辨率、全天候监测等优点，在大气水汽反演研究和应用中显示出巨大潜力。

2. 地基GPS大气水汽反演技术原理地基GPS大气水汽反演技术利用位于地面的GPS接收机接收到的来自卫星的信号，通过对信号的延时和相位等信息进行处理，可以反演得到大气中的水汽含量。

该技术的原理基于电波在经过大气时会发生折射的特性，电波在大气中的传播路径与大气中的水汽含量有密切的关系。

通过对GPS信号的处理，可以准确地计算出大气中的水汽含量，并获得水汽的含量和分布的高时空分辨率数据。

3. 地基GPS大气水汽反演技术的关键问题地基GPS大气水汽反演技术的研究和应用还存在一些关键问题需要解决。

首先，卫星信号在穿过大气时会被吸收和散射，这会导致GPS信号的衰减和延迟，从而影响反演的准确性。

其次，地表地形和气候条件等因素也会对GPS信号的传播和反演结果产生影响，因此需要对这些因素进行修正和补偿。

此外，GPS信号的反演结果也受到观测频率和时间长度等因素的影响，需要对这些因素进行优化和研究。

4. 地基GPS大气水汽反演技术的应用地基GPS大气水汽反演技术在气象、气候学、农业和水资源管理等领域具有广泛的应用前景。

首先，地基GPS大气水汽反演技术可以用于天气和气候的预测和预警，提高天气预报的准确性和时效性。

其次，该技术可以帮助农业领域进行精确灌溉，根据大气水汽的含量和分布情况来调节灌溉水量，提高农作物产量和资源利用效率。

此外，地基GPS大气水汽反演技术还可以用于水资源管理中对地下水水位和补给量的监测和预测，提高水资源的合理利用。

地基GPS大气水汽反演技术研究与资料应用地基GPS大气水汽反演技术研究与资料应用近年来，随着全球气候变化和灾害频发，对大气水汽的准确观测和预测需求日益增加。

地基GPS大气水汽反演技术作为一种新兴的观测手段，正在逐渐得到广泛应用。

地基GPS大气水汽反演技术是利用全球定位系统（GPS）接收机接收卫星信号，通过测量GPS信号在大气中传播过程中发生的延迟，来估算大气中的水汽垂直柱密度分布。

该技术主要依赖于大气水汽对微波信号的吸收和散射特性，通过计算延迟量与大气水汽之间的关系，实现对大气水汽含量的精确测量。

地基GPS大气水汽反演技术具有非常重要的应用价值。

首先，它可以提供高时空分辨率的大气水汽垂直分布资料，为气象学和大气科学研究提供了宝贵的观测数据。

其次，地基GPS大气水汽反演技术对于天气预报和气候模拟具有重要意义。

通过准确地观测和估算大气水汽含量，可以改善天气预报的准确性，提高极端天气事件的预警能力。

此外，地基GPS大气水汽反演技术还可以用于监测和评估干旱、洪涝、风暴潮等自然灾害，提供科学依据和数据支持。

在地基GPS大气水汽反演技术的研究和应用中，面临着一些挑战和难题。

首先，地基GPS反演的精度和可靠性受到多种因素的影响，如大气折射率异常、地震活动等。

因此，需要进一步优化观测站点的选择和布局，提高测量的精度和可靠性。

其次，地基GPS反演技术需要准确和实时的大气延迟模型来计算大气水汽垂直柱密度，因此需要深入研究和改进大气延迟模型，提高反演结果的准确性和可靠性。

此外，地基GPS反演技术的实施和应用还需要高效、稳定的计算算法和软件系统支持。

目前，地基GPS大气水汽反演技术在全球范围内的研究和应用已取得了重要进展。

国际科学界已建立了一些地基GPS观测网，如世界测站的水汽观测系统（WVR）和区域地球观测系统（REGS），用于实时监测和探测大气水汽。

同时，不少国家和地区已开始利用地基GPS大气水汽反演技术来支持气象灾害的监测和预警，提高气象预报和灾害应对的能力。