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水汽是大气中一种重要的温室气体,在中小尺度灾害性天气的监视、预报中占有重要地位。相比于常规水汽探测手段,GPS探测水汽具有时空分辨率高,无需标定,费用较低,适合大范围推广等特点,在大气探测、气象监测预报系统的优化完善、短时临近气象系统的优化、突发灾害性天气监测预报、洪涝灾害性天气气候趋势预测等方面具有着积极的促进作用。目前,地基GPS/MET己经在气象领域开始得到广泛研究应用。 近几年,气候变化以及人类活动使得中国低纬度地区暴雨和干旱等自然灾害频发,特别是2010年初的西南大旱给该地区造成了严重的影响。因此,研究该地区地基GPS气象学的理论具有很大的科学意义和应用价值。 本文研究主要内容及结果有: 1.详细阐述了地基GPS反演大气可降水量(PWV)的理论及各项误差分析。着重介绍天顶干延迟、加权平均温度模型和转换系数K的解算方法。 2.建立了适用于广西地区的加权平均温度(Tm)模型。利用广西地区四个探空站2011年的探空数据,建立了月和年单站Tm模型、区域混合Tm模型,并与已有的Tm模型进行对比分析。结果表明,混合模型的精度比已有的经验模型和Bevis模型的精度更高,可以在任一站点、任一时刻获得1mm以内精度的GPS PWV。 3.研究中国低纬度地区天顶湿延迟模型在该地区的适用性以及计算该地区的大气可降水量。利用桂林探空站2011年第150~250天的观测资料计算出该站的ZWD值,将两种经验模型与探空资料计算的ZWD值(作为真值)进行比较分析,用于分析和评价Saastamoinen模型和Hopfield模型在该地区的适用性。在不建立局地加权平均温度模型的情况下,直接根据ZWD与PWV具有较强的线性关系,通过最小二乘和线性回归的方法得到基于ZWD的局地PWV线性回归模型,分别采用Bevis模型和常数模型(K=0.15)将ZWD值转化为PWV值,并与探空PWV值进行对比分析,得到两种模型在该地区的适用性。 4.建立了顾及地形起伏的中国低纬度地区区域转换系数K模型。利用20个探空站2008~2011年的探空数据,在分析K值随纬度和海拔变化特征的基础上,建立与站点纬度、年积日和海拔相关的单站和区域转换系数K值模型。结果表明:各站平均K值分别随纬度、海拔的增大而减小,减小速率分别为0.0002/degree和0.002/km;本文建立的区域模型的精度与单站模型或者通过加权平均温度(Tm)获得的转换系数K值的精度相当,可用于该区域无气象数据条件下GPS反演PWV。