GPS氣象學(xué)及其應(yīng)用

內(nèi)容概要

　　2006年上海市氣象局成立了上海市衛(wèi)星遙感和測(cè)量應(yīng)用中心，成為GPS氣象學(xué)研究和應(yīng)用的專業(yè)機(jī)構(gòu)。2006年底我們又開始進(jìn)行了空基GPS反演資料的應(yīng)用研究。多年來，我們和國(guó)內(nèi)外同行保持著學(xué)術(shù)交流，跟蹤國(guó)際GPS氣象學(xué)的最新動(dòng)態(tài)。我們?cè)诰幹緯鴷r(shí)，除了綜合介紹國(guó)內(nèi)外同行的研究成果外，著重介紹了我們自己在地基GPS網(wǎng)的建設(shè)和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)以及在GPS氣象學(xué)應(yīng)用研究方面的工作成果和著作，力求使本書的內(nèi)容適合我國(guó)的實(shí)際情況，達(dá)到易懂實(shí)用的目標(biāo)，既能滿足氣象部門人員的需求，也能適用于學(xué)校的教學(xué)。

書籍目錄

前言第1章  GPS系統(tǒng)和定位原理1.1  引言1.2  GPS系統(tǒng)1.2.1  GPS系統(tǒng)的組成1.2.2  GPS衛(wèi)星信號(hào)1.2.3  全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS1.3  GPS衛(wèi)星定位的基本原理1.3.1  測(cè)距碼偽距法定位1.3.2  載波相位法定位1.3.3  載波相位測(cè)量差分法參考文獻(xiàn)第2章  地基GPS氣象學(xué)原理2.1  引言2.2  大氣對(duì)GPS信號(hào)傳播的影響2.3  大氣延遲，天頂延遲和地圖函數(shù)2.4  大氣天頂延遲和可降水量的計(jì)算2.4.1  用雙頻法消除電離層的延遲2.4.2  天頂靜力延遲的計(jì)算2.4.3  天頂濕延遲和可降水量2.5  地基GPS氣象學(xué)的發(fā)展2.5.1  國(guó)際地基GPS氣象學(xué)的發(fā)展2.5.2  我國(guó)地基GPS氣象學(xué)的發(fā)展2.5.3  GPS氣象學(xué)的發(fā)展前景參考文獻(xiàn)第3章  GPS氣象網(wǎng)的建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)3.1  GPS氣象網(wǎng)的基本組成3.2  GPS氣象網(wǎng)的站點(diǎn)布局3.3  GPS基準(zhǔn)站的建設(shè)3.3.1  基準(zhǔn)站設(shè)備3.3.2  GPS基準(zhǔn)站的站址和環(huán)境選擇3.3.3  基建3.3.4  設(shè)備安裝3.3.5  接收機(jī)設(shè)置3.3.6  設(shè)備安裝建檔3.4  GPS和氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的采集3.5  GPS資料的解算3.6  GPS氣象應(yīng)用產(chǎn)品的生成3.7  GPS氣象網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)參考文獻(xiàn)第4章  地基GPS氣象網(wǎng)的資料解算4.1  引言4.2  實(shí)時(shí)解算軟件(以GAMIT軟件為例)4.2.1  GPS數(shù)據(jù)處理軟件4.2.2  解算前的資料準(zhǔn)備4.2.3  軟件參數(shù)設(shè)置4.2.4  天頂總延遲量的計(jì)算(GAMIT的解算過程)4.2.5  可降水量的計(jì)算4.3  GAMIT解算軟件的下載和安裝4.3.1  軟件下載4.3.2  軟件安裝參考文獻(xiàn)第5章  地基GPS反演水汽結(jié)果的精度檢驗(yàn)和誤差分析5.1  檢驗(yàn)工具和方法5.1.1  檢驗(yàn)工具5.1.2  GPS/PWV與Radio/PWV、WVR/PWV的差別5.1.3  檢驗(yàn)方法5.2  GPS/PwV的精度檢驗(yàn)5.2.1  中國(guó)長(zhǎng)江三角洲GPS網(wǎng)的GPS/PWV精度檢驗(yàn)(GPS與探空比較)5.2.2  美國(guó)中部GPS網(wǎng)準(zhǔn)實(shí)時(shí)的PwV的檢驗(yàn)(GPS與探空、水汽輻射儀比較)5.2.3  水汽梯度對(duì)GPS/PWV計(jì)算精度的影響(GPS與水汽輻射儀比較)5.2.4  GPS/PWV誤差的日變化5.3  GPS/PwV的誤差源分析5.3.1  對(duì)流層總延遲量的觀測(cè)誤差5.3.2  靜力延遲量估算誤差5.3.3  GPS/PWV的反演誤差參考文獻(xiàn)第6章  GPS氣象工作站的產(chǎn)品和應(yīng)用6.1  用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)的產(chǎn)品6.1.1  單站PWV的7天時(shí)序圖和1天時(shí)序圖6.1.2  PWV的分布圖和動(dòng)畫顯示6.1.3  PWV的梯度圖6.1.4  PWV的3小時(shí)變化圖6.1.5  與其他天氣資料圖的疊加顯示6.1.6  PWV層析資料和產(chǎn)品6.2  整編后的歷史資料和產(chǎn)品6.2.1  整編后的歷史資料6.2.2  單站月PWV和小時(shí)雨量時(shí)序圖6.3  電離層電子含量的產(chǎn)品第7章  GPS/PWV資料在氣候分析中的應(yīng)用7.1  長(zhǎng)江三角洲地區(qū)的水汽在時(shí)間變化上的氣候分析7.1.1  年間變化7.1.2  季節(jié)變化7.1.3  月內(nèi)變化7.1.4  日變化7.2  長(zhǎng)江三角洲地區(qū)的水汽在空間分布上的氣候分析7.3  利用PWV資料診斷長(zhǎng)江三角洲地區(qū)入梅的方法7.3.1  利用GPS/PWV資料診斷入梅日期的方法7.3.2  歷史資料的驗(yàn)證7.3.3  在診斷2006年入梅的應(yīng)用參考文獻(xiàn)第8章  GPS/PWV資料在天氣預(yù)報(bào)和分析中的應(yīng)用8.1  利用單站GPS/PwV的閾值預(yù)報(bào)降水過程的方法8.1.1  GPS/PWV的預(yù)報(bào)閾值的選擇8.1.2  預(yù)報(bào)檢驗(yàn)和PWV閾值的調(diào)整8.1.3  預(yù)報(bào)時(shí)效8.1.4  兩個(gè)降水過程的預(yù)報(bào)個(gè)例8.2  利用GPS/PWV資料分析臺(tái)風(fēng)期間大氣中水汽的變化8.2.1  1998年臺(tái)風(fēng)Zeb影響期間的水汽的變化8.2.2  2002年臺(tái)風(fēng)Ramasun影響華東期間PWV演變分析8.3  GPS/PwV資料在暴雨等強(qiáng)對(duì)流天氣過程分析和預(yù)報(bào)中的應(yīng)用8.3.1  2008年8月25日上海地區(qū)特大暴雨的個(gè)例8.3.2  2002年8月24日長(zhǎng)江三角洲地區(qū)的一次颮線天氣過程8.3.3  PWV變化圖對(duì)暴雨預(yù)報(bào)的指示作用參考文獻(xiàn)第9章  GPS資料在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式中的資料同化9.1  引言9.2  GPS資料同化技術(shù)簡(jiǎn)介9.2.1  資料同化的基本原理9.2.2  WRF/3DVAR同化系統(tǒng)介紹9.2.3  WRF/3DVAR系統(tǒng)中GPS同化資料輸入/輸出格式說明9.3  GPS/PWV資料同化研究實(shí)例9.3.1  利用GPS/PWV資料調(diào)整數(shù)值模式初始場(chǎng)的研究9.3.2  GPS/PWV資料同化改進(jìn)降水預(yù)報(bào)的個(gè)例試驗(yàn)9.3.3  GPS/PWV資料變分同化改進(jìn)降水預(yù)報(bào)的連續(xù)試驗(yàn)9.4  GPS觀測(cè)延遲量資料的同化試驗(yàn)9.4.1  天頂總延遲GPS/ZTD資料的同化試驗(yàn)9.4.2  天頂濕延遲GPS/ZWD資料的同化試驗(yàn)9.4.3  斜路徑濕延遲GPS/SWD資料的同化試驗(yàn)參考文獻(xiàn)第10章GPS信號(hào)斜路徑方向可降水量的計(jì)算和層析技術(shù)10.1  引言10.2  斜路徑大氣濕延遲量和可降水量的計(jì)算方法10.2.1  斜路徑大氣濕延遲量SWD的求解10.2.2  斜路徑可降水量SWV的求解10.2.3  斜路徑可降水量SWV的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證10.2.4  斜路徑大氣可降水量SWV的氣象應(yīng)用10.3  三維層析技術(shù)10.3.1  層析原理10.3.2  層析方程組的解法10.3.3  網(wǎng)格劃分10.3.4  水汽三維層析初步結(jié)果及檢驗(yàn)10.3.5  水汽三維層析的產(chǎn)品和應(yīng)用參考文獻(xiàn)第11章  地基GPS技術(shù)探測(cè)電離層的原理和電離層資料同化11.1  電離層探測(cè)技術(shù)及研究?jī)?nèi)容11.2  國(guó)內(nèi)外在地基GPS電離層探測(cè)和應(yīng)用方面的進(jìn)展11.3  地基GPS技術(shù)探測(cè)電離層的基本原理11.3.1  電離層折射率指數(shù)11.3.2  電離層傳播延遲11.3.3  天頂方向總電子含量VTEC11.3.4  單層模型11.4  電離層電子總量TEC的計(jì)算流程和產(chǎn)品11.4.1  計(jì)算流程11.4.2  GPS/TEC計(jì)算的產(chǎn)品11.5  全球電離層同化模型研究11.5.1  全球電離層同化研究的歷史和背景11.5.2  USC/JPL的GAIM系統(tǒng)11.5.3  正演模型11.5.4  四維變分同化11.5.5  遞推估計(jì)方法11.5.6  GAIM N化結(jié)果的驗(yàn)證11.5.7  小結(jié)和展望參考文獻(xiàn)第12章  GPS反射信號(hào)新技術(shù)的應(yīng)用12.1  引言12.2  GNSS-R海浪探測(cè)技術(shù)12.2.1  地基反演有效浪高的GNSS接收機(jī)的技術(shù)要求12.2.2  實(shí)驗(yàn)設(shè)備、安排12.2.3  數(shù)據(jù)分析及產(chǎn)品12.2.4  實(shí)驗(yàn)基本原理及反演方法12.3  GNSS-R信號(hào)反演土壤濕度的技術(shù)12.3.1  干涉復(fù)合場(chǎng)12.3.2  Oceanpal土壤濕度反演的基本原理12.3.3  土壤濕度反演的約束條件12.3.4  系統(tǒng)噪聲12.3.5  實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果12.4  有待考慮的問題參考文獻(xiàn)第13章  空基GPS氣象學(xué)的基本原理13.1  空基GPS氣象學(xué)的發(fā)展歷史13.2  GPS掩星技術(shù)反演電離層的原理13.3  GPS掩星技術(shù)反演中性大氣的原理13.3.1  總折射角的計(jì)算13.3.2  折射率廓線的反演13.3.3  從折射率廓線導(dǎo)出大氣參數(shù)廓線13.4  GPS掩星技術(shù)反演中性大氣的特點(diǎn)13.5  GPS掩星反演的折射率的一維變分同化方法13.6  GPS掩星反演技術(shù)中存在的問題和改進(jìn)13.6.1  低層大氣多路徑效應(yīng)13.6.2  超折射效應(yīng)參考文獻(xiàn)第14章  空基GPS氣象學(xué)的試驗(yàn)計(jì)劃和資料處理14.1  空基GPS氣象學(xué)的試驗(yàn)計(jì)劃的進(jìn)展14.1.1  GPS/MET實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星MicroLabl14.1.2  φrsted和Sunsat計(jì)劃14.1.3  SAC-C計(jì)劃和CHAMP計(jì)劃14.2  COSMIC系統(tǒng)14.3  COSMIC資料的介紹14.4  COSMIC資料的下載和解碼14.4.1  從COSMIC網(wǎng)頁直接查看和下載14.4.2  編程下載資料文件14.4.3  COSMIC資料的解碼14.5  COSMIC的wetPrf和brfPrf資料的解碼范例14.5.1  wetPrf資料解碼范例14.5.2  bfrPrf資料解碼范例參考文獻(xiàn)第15章  COSMIC資料的檢驗(yàn)和應(yīng)用15.1  COSMIc資料的精度和有關(guān)特性的檢驗(yàn)15.1.1  總體精度檢驗(yàn)方法15.1.2  COSMIC資料精度的檢驗(yàn)結(jié)果15.1.3  結(jié)論15.2  COSMIC資料在實(shí)時(shí)天氣資料分析中的應(yīng)用15.3  COSMIC資料在臺(tái)風(fēng)熱力結(jié)構(gòu)的分析中的應(yīng)用15.3.1  資料收集和處理15.3.2  臺(tái)風(fēng)范圍內(nèi)大氣各熱力要素的特征分析15.4  COSMIC資料探測(cè)大氣邊界層的應(yīng)用15.4.1  大氣邊界層15.4.2  掩星觀測(cè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)大氣邊界層高度算法15.4.3  大氣邊界層高度在時(shí)間和空間上的結(jié)構(gòu)和變化15.5  COSMIC資料在數(shù)值預(yù)報(bào)模式中的資料同化15.5.1  COSMIC資料同化的數(shù)據(jù)處理15.5.2  COSMIC資料同化的試驗(yàn)個(gè)例參考文獻(xiàn)

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