文档介绍：Analysis bining Ground-based GPS and ECMWF for
Deriving Precipitable Water Vapor
Major:Geodesy and Surveying Engineering
Direction of Study:GPS Meteorology
Graduate Student: Yao Chaolong
Supervisor: Prof. Liu Lilong
College of Geomatics and Geoinformation
Guilin University of Technology
September, 2012 to April, 2013
摘要
GPS 气象学是 20 世纪 90 年代兴起的一门学科。地面气压 Ps 和加权平均温度Tm 是地
基 GPS 气象学的两个重要参数。本文针对缺少气象观测数据的 GPS 测站,利用欧洲中
尺度天气预报中心(ECMWF)再分析资料获得较高时空分辨率的气象观测值,研究基
于 ECMWF 再分析资料的 GPS 反演 PWV 方法。此外,还建立一种无需任何气象资料直
接利用测站纬度和年积日计算转换系数 K 的新模型。主要内容及结果:
1. 介绍了几种再分析资料及其应用,主要介绍了 ECMWF 的研究进展及 ECMWF
提供的 ERA-Interim 平均海平面气压(MSLP)数据的提取与还原。重点介绍利用 Matlab
程序查看、提取和还原 MSLP 数据(nc 文件)的各项数值和属性的方法。
2. 分析了利用 ECMWF 平均海平面气压数据插值得到任意 GPS 站气压数据的空间
插值方法。利用 2012 年第 122-152 天的 ECMWF 提供的 ERA-Interim/MSLP 数据(°
×°)插值获得武汉 IGS 站(WUHN)平均海平面气压。通过与地方气压观测值对
比,结果表明采用最近的四个格网点气压的平均值(简称“平均值法”)作为该站海平
面气压值的精度最高,RMSD 小于 hPa ,反距离加权(简称“IDW”)计算的精度
次之,RMSD 小于 hPa ,而直接利用与 WUHN 站最近的格网点作为该站气压数据
(简称“最近点法”)的精度最低,RMSD 为 hPa 。
3. 分析了利用 ECMWF/MSLP 数据插值得到任意 GPS 站 30min 气压数据的时间插
值方法。利用武汉地区地方气压观测数据验证 ECMWF、美国科罗拉多大气研究大学联
盟(UCAR)提供的气压资料在该地区的适用性。结果表明,UCAR 数据与地方观测值
存在约 hPa 的系统性偏差。利用 ECMWF 逐 6h MSLP 数据进行插值获得的 30min 气
压数据的精度优于 hPa 。
4. 利用武汉探空站 2012 第 122-152 天的探空资料建立适用于该地区的局地Tm 模
型。结果表明线性回归模型的精度略高于 Bevis 公式,RMSD 为 。此外,通过武
汉探空站 2010~2012 年 3 年的探空数据建立了一种仅与测站纬度和年积日有关的计算转
换系数 K 的新模型,该模型 RMSD 为 ,与 Bevis 模型计算 K 值精度相当。
5. 评估了基于 ECMWF 的 GPS 反演 PWV 的精度。利用插值获得的 30min 气压数
据和建立的局地Tm 模型将武汉 IGS 站(WUHN)提供的对流层天顶延迟(ZTD)转换
为 PWV,并与邻近的探空 PWV(RS PWV)以及 UCAR 提供的 PWV(UCAR PWV)
进行对比。结果表明,在剔除大于 2 倍中误差后的 GPS PWV 与 RS PWV、UCAR PWV
与 RS PWV 之间的差值的 RMSD 分别为 mm 、 mm ,相关系数分别为 、
。结果表明该方法具有可行性。
关键词:GPS,ECMWF; UCAR,插值方法,转换系数 K,大气可降水量
I
Abstract
GPS Meteorology is a discipline began in 1990s. Surface pressure Ps and weighted
mean temperature Tm are the two crucial parameters for the Ground-based GPS meteorology.
Aiming