利用GPS讯号延迟量反演对流层可降水之研究 - 气象科技研究.PDF

利用 訊號延遲量反演對流層可降水之研究 GPS 許家維1 1 2 2 、葉大綱、洪景山、蔡雅婷 清雲科技大學空間資訊與防災科技研究所1 2 中央氣象局氣象資訊中心 摘 要 水氣對於地球上來說是原本存在的物理現象，也是大家生活中常常接觸的部份之 一，對於氣候上的變遷水氣是扮演一種能量傳遞方式，相較於整個大氣層中與其他的氣 體做比較時，在呈現上會屬於比較不穩定的狀態，並且對人類的生活帶來許多的影響。 因此，若能在快速的時效下獲得大氣中水氣含量資訊，對於天氣狀態的研究與分析以及 氣象的預報會有相當的幫助。本研究是以地面GPS接收訊號來計算對流層天頂向的濕延 遲量，藉以觀察天頂向濕延遲量與地面可降雨量之間的關係。資料計算使用Bernese 5.0 軟體來處理GPS觀測資料，並利用水氣微波輻射儀所觀測到的濕延遲量來驗證本研究所 計算之成果。研究成果顯示，水氣微波輻射儀及GPS訊號值呈現一致的趨勢，以北港站 為例，兩者的相關係數達0.96 ，平均誤差為−0.83 mm ；而墾丁站的相關係數達0.91 ，平 均誤差為4.84 mm 。配合地面上雨量數據呈現出，在延遲量較高的形況下通常即有降雨的 跡象，藉由數據上的統計分析了解天氣的狀態，希望對氣象的預報上提供參考的數據。 關鍵字：全球定位系統、水氣微波輻射儀、對流層、濕延遲、降雨量。 至四公里所集中水氣約佔總水氣25% ，其他水氣則分 一、前言 布在4 到 10 公里這個範圍之中。雖然水氣對整個大 隨著科技的進步，全球定位系統GPS 已被廣泛的 氣範圍所佔有的比例並沒有很大，但由於水可以在自 應用在生活及工程當中，尤其在許多需要精密定位的 然界中三態並存，並藉由這些三態相位的改變形成了 領域上，其基本原理方式是以電磁波傳遞的時間（相 各種天氣現象，水三態的變化中會釋放或吸收能量， 位或距離）計算真實的位置。然而地球上的大氣層會 其中水氣的蒸發與凝結能夠吸收或釋放潛熱，這些熱 影響電磁波的傳遞路徑，如何準確的估計電磁波傳遞 量的傳輸，是颱風、雷雨等的能量所在，因此水氣在 時間，經過地球大氣層時產生的誤差時間，也是國際 氣象預報與氣象監測中，扮演了很重要的角色（楊承 上相關領域、學者共同努力克服的課題之一。GPS 益，2008 ）。 定位的精度是需要克服很多因素才有可能獲得，這些 本文研究主要目的是使用GPS 追蹤網，利用GPS 因素大部分都有其相對應的處理方式及對策，唯獨大 訊號來得知對流層的天頂濕延遲量，並將 GPS 信號 氣影響因子部分，特別是水氣的部分比較難以分析固 得到的天頂濕延遲量與可降雨量作分析比較，利用水 定特性，再加上台灣地區是處在四面環海，也是世界 氣微波輻射儀(Water Vapor Radiometer ,WVR)所量測 上最大的季風區內，因此氣候上深受季風的影響，台 的天頂濕延遲量來驗證 GPS 訊號所求得天頂濕延遲 灣地區平均降水量（約2500 mm ）在世界平均值（約 量的正確性，未來希望可以對於氣象預報及防災方面 834 mm ）（姜善鑫，1994 ；Raudkivi,1979 ）之上， 有明