联合地基GPS和MODIS研究成都地区大气可降水量变化

论文摘要

成都的热力和动力作用对四川地区的气候变化有重要的影响,而成都地区大气可降水量变化是揭示成都平原热力、动力作用及区域水循环机制的重要信息。为进一步提高成都地区大气可降水量变化研究结果的空间分辨率和精度,本文利用近年发展起来的地基GPS大气探测技术,联合高空间分辨率卫星遥感数据（MODIS）,定量反演了成都地区大气可降水量变化。本文的研究内容主要分为以下四个部分:1、通过解算成都地区成都（CHDU）、简阳（JYAN）、郫县（PIXI）、邛崃（QLAI）、人寿（RENS）、中江（ZHJI）共6个站的地基GPS大气可降水量探测资料,获得了这些站的大气可降水量;分析了成都站的大气可降水量的变化特征、地基GPS探测结果的精度及大气可降水量与地面气象要素之间的关系。结果表明:①成都站2005年7月大气可降水量变化为31.6～62.3mm,8月36.9～62.5mm,9月23.1～58.2mm;②成都站地基GPS探测与同一时刻无线电探空结果的平均差值为0.45mm,均方根误差为2.82mm,相关系数为98.27%,二者的线性关系式为:GPS=1.018×SONDE-0.328;③大气可降水量变化与降水密切相关,降水往往发生在大气可降水量发生跳跃递增、持续递增或者出现骤变时刻。2、探讨利用MODIS近红外波段反演大气可降水量的方法,得到了两通道比值加权法和三通道比值加权法的MODIS大气可降水量产品。对该两种方法结果进行统计,并与成都站SONDE大气可降水量进行比较分析,结果显示,三通道比值加权法可靠性更高。3、将成都站地基GPS大气可降水量与MODIS大气可降水量进行了比较分析。研究发现地基GPS大气可降水量与MODIS大气可降水量的变化趋势较一致（相关系数为85.4%）,但均方根误差却达2.98mm,且MODIS大气可降水量明显偏低,有些几乎相差一半。因此,需要对MODIS大气可降水量进行订正。经订正得到的MODIS大气可降水量的精度明显提高,两者在数值上很接近,相关系数达到89.8%,均方根误差也减到了2.15mm。4、由于MODIS的空间分辨率较高,其大气可降水量结果更能较为详细地反映大气可降水量变化。因此,将地基GPS大气可降水量面与MODIS大气可降水量进行联合分析,不仅能增强成都地区大气可降水量变化研究的可靠性,还可以有效提高成都地区大气可降水量变化的空间分辨率。综上所述,与利用少量的地基GPS站点获得的成都地区大气可降水量变化结果相比,将地基GPS和MODIS联合进行大气可降水量变化研究,可有效提高大气可降水量的时间分辨率、空间分辨率及可靠性,且具有全天候、长期、稳定、成本低等优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 成都地区大气可降水量变化研究概况
• 1.2 GPS气象学的研究概况
• 1.3 MODIS卫星遥感大气可降水量简介
• 1.4 本文研究背景、主要研究内容及意义
• 第2章 GPS气象学（GPS/MET）
• 2.1 大气可降水量监测的重要性
• 2.2 GPS/MET介绍
• 2.2.1 GPS/MET的定义
• 2.2.2 GPS/MET的分类
• 2.2.3 GPS/MET的原理
• 2.3 GPS/MET的应用前景
• 2.3.1 天气预报
• 2.3.2 气候和全球变化监测
• 2.3.3 海岸气象学
• 2.3.4 水文学
• 2.3.5 其他应用
• 2.4 国内外地基GPS/MET进展
• 2.4.1 国外GPS/MET的研究
• 2.4.2 国外地基GPS/MET监测网的建设
• 2.4.3 国内GPS/MET的研究
• 2.4.4 国内地基GPS/MET监测网的建设
• 第3章 地基GPS探测大气可降水量的理论与方法
• 3.1 地基GPS探测大气可降水量的基本原理
• 3.1.1 用双频法消除电离层的影响
• 3.1.2 天顶总延迟（ZTD）
• 3.1.3 映射函数
• 3.1.4 天顶静力学延迟（ZHD）
• 3.1.5 天顶湿延迟（ZWD）
• 3.2 由天顶湿延迟计算大气可降水量
• 3.2.1 加权平均温度
• 3.2.2 水汽转换系数
• 3.3 地基GPS探测大气可降水量误差分析
• 3.3.1 观测方程误差分析
• 3.3.2 利用地基GPS测定天顶总延迟误差分析
• 3.3.3 计算天顶静力学延迟误差分析
• 3.3.4 大气可降水量计算误差分析
• 第4章 利用地基GPS资料探测大气可降水量
• 4.1 Bernese4.2介绍
• 4.2 利用四川GPS观测网络资料探测大气可降水量
• 4.2.1 四川GPS观测网络介绍
• 4.2.2 地基GPS观测资料处理方法
• 4.2.3 地基GPS观测资料探测结果
• 4.3 地基GPS探测结果精度检验
• 4.3.1 无线电探空资料的处理方法介绍
• 4.3.2 地基GPS探测与无线电探空资料比较结果
• 4.4 大气可降水量与地面要素关系分析
• 4.4.1 大气可降水量与地面温度变化的关系
• 4.4.2 大气可降水量与地面实际降水的关系
• 4.4.3 大气可降水量与地面水汽压的关系
• 4.4.4 大气可降水量与地面气压的关系
• 4.4.5 大气可降水量与地面相对温度的关系
• 4.4.6 大气可降水量与地面相对湿度的关系
• 4.5 几种利用地面湿度参量计算大气可降水量模型的精度比较
• 第5章 利用MODIS反演大气可降水量的实现
• 5.1 MODIS反演大气可降水量的原理
• 5.1.1 MODIS近红外通道传输方程
• 5.1.2 1μm附近的地面反射率
• 5.1.3 MODIS陆面和洋面上大气可降水量的反演
• 5.1.4 云层上可降水量反演
• 5.2 MODIS反演大气可降水量的数学模型
• 5.3 MODIS反演大气可降水量的实现
• 5.3.1 云检测
• 5.3.2 数据处理
• 5.4 MODIS反演结果分析
• 5.4.1 与SONDE大气可降水量的比较结果
• 5.4.2 两种加权方法结果的统计分析
• 第6章 联合地基GPS与MODIS研究成都地区大气可降水量变化
• 6.1 MODIS反演大气可降水量的精度验证
• 6.2 MODIS订正后的大气可降水量图像
• 6.3 联合地基GPS和MODIS研究成都地区大气可降水量变化
• 结论与讨论
• 结论
• 讨论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 攻读硕士期间参与的科研项目