山基和地基GPS联合探测大气折射率廓线的试验研究.pdfVIP

曹云昌等：山基和地基GPS联合探测大气折射率廓线的试验研究 山基和地基GPS联合探测大气折射率廓线的试验研究① 曹云昌②一”’ 胡雄“ 符养“。 杨光林。 毕研盟” (‘国家卫星气象中心 北京100081) (”中国科学倪空间科学与应用研究中心北京100080) (…北京应用气象研究所 北京100029) (…+大气探测技术中心北京100081) 摘要 通过在河北省雾灵山及其周边地区开展的山基GPS掩星观测和层析试验，利用 掩星和层析反演大气折射率的方法，共获取575条山基掩星的折射率廓线和120条GPS 层析的湿折射率廓线。比较山基掩星和探空获取的大气折射率表明，二者系统偏差在 l％左右，标准差为2％一3％，不同接收机反演的折射率符合精度优于1％，表明所选用的 接收机在地面试验中基本可以满足对大气掩星观测的需求；山基掩星、GPS层析和探空三 种方法获取的大气湿折射率比较表明，三者具有很好的一致性，这从另一个方面进一步验 证了山基掩星观测的效果；试验表明在低层山基掩星具有很好的垂直分辨率和精度，可以 和GPS层析对整个对流层的探测互为补充，在大气探测方面具有重要的潜在应用价值。 关键词 山基掩星，GPS层析，大气折射率，GPS气象学 以其掩星路径仅是低轨卫星的一半。利用山基掩星 0 引言 技术可以实现对特定地区进行观测，弥补星基掩星 GPS气象学具有全球覆盖、全天候、高分辨率和 资料在一地区相对稀疏、探测区域不易控制的局限。 高精度等特点，自20世纪90年代出现以来，一直受是星基掩星观测的有益补充。我国是一个多山的国 到气象应用领域的高度关注和重视H圳，利用GPS家。充分利用这一资源进行山基GPS的掩星观测， 进行大气遥感的技术也得到迅速的发展。目前这一 不仅可以获取大气低层丰富的观测资料，用于天气 技术已在卫星空间对地观测方面得到广泛应用，台 分析预报研究、数值模式和气象研究及气候应用研 湾和美国气象气候电离层星座观测系统(COSMIC) 究，而且通过开展山基GPS掩星观测试验，可以进 的实施引5、欧洲新一代极轨卫星(METOP)的发射…6， 行掩星接收技术、资料处理及反演方法等方面的研 已使这种探测手段成为气象气候应用的准业务化探 究，对发展我国低轨卫星GPS掩星探测，也具有十 测方式。另一方面，在利用GPS的地基气象探测技 分重要的科学意义。基于这种考虑，国家卫星气象 术方面，从测定大气垂直气柱的水汽含量的技 中心牵头于2005年在河北雾灵山地压进行了山基 术[7-9]，到近几年的GPS水汽层析技术【n坨]，水汽要 掩星的野外探测科学试验，本文在此作一报导。 素的探测已从总量探测深入到廓线的三维探测。此 外，近年来国际上还发展了一种利用掩星技术(利用 1 试验概况 卫星信号切过地球大气层所发生的折射效应来探测 地球大气参数)在山顶进行大气廓线反演的山基掩 2005年8月，由国家卫星气象中心牵头，北京 星技术[13．15J，即通过在高山的山顶架设GPS接收应用气象研究所、北京大学物理学院、中国科学院空 机，接收来自低仰角和负仰角的GPS电波载波信 间中心、航天704研究所、清华大学空间信息所、国 号，利用载波相位信号变化测量出信号的弯曲角，进 家基础地理信息中心、北京市信息管理中心、河北省 而反演得到接收机高度以下的大气折射率廓线。相 气象局和北京市气象局等相关单位参加，在河北省 对于低轨卫星上的星基掩星其GPS接收机位于大 兴隆县雾灵山地区进行了为期