一种探空观测青藏高原大气水汽的方法技术

一种探空观测青藏高原大气水汽的方法，包括如下步骤：S100、收集资料，处理数据；S200、探空观测，获取数据；S300、计算探空观测地区的探空观测大气水汽总量。本发明专利技术的探空观测青藏高原大气水汽的方法，通过收集同时具有地基GPS站和探空观测站的地区的历年气象数据建立数据库，创造性的以地基GPS站历年GPS遥感大气水汽总量曲线图为基础，提出太阳天顶角，探空观测站所处环境的地面气温是影响探空观测的大气水汽总量的重要因素，并创造性的提出探空观测大气水汽总量的修订公式，大幅提高了探空观测大气水汽总量的精确度。

【技术实现步骤摘要】
一种探空观测青藏高原大气水汽的方法
本专利技术涉及气象领域中的探空观测大气水汽的方法，尤其是一种探空观测青藏高原大气水汽的方法。
技术介绍
水汽是地球大气中的微量气体，在大气中所占比例很小，仅0.1％～3％，却是大气中最活跃的组分，水汽相比于其他微量气体更具有重要性。天气现象大多是大气水汽变化的结果，水汽在相变过程中吸收和释放大量潜热，直接影响地面和空气温度，进而影响大气垂直稳定度和对流天气系统的形成。大气水汽的三维分布、水汽垂直输送和相变是制约中尺度天气系统发展的动力机制之一。青藏高原是地球表面隆起的一个庞大的自然体，平均海拔高度约4000m，而实际有效高度却可达6000-7000m，青藏高原大尺度地形对气流起到了阻挡作用，分流作用和引导作用，青藏高原大气水汽的分布对区域天气气候有很大影响，因此，青藏高原大气水汽的观测至关重要，探空观测是大气水汽观测的一种常用手段，但是，探空观测存在着较大误差，导致数据不准，不能够准确的实现对大气水汽的观测，影响了大气观测的精度和有效性，而现有技术中，对于探空观测大气水汽误差的研究甚少，尤其是如何提高青藏高原探空观测大气水汽的精确度尚无有效的方法。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种探空观测青藏高原大气水汽的方法。本专利技术的技术解决方案是：一种探空观测青藏高原大气水汽的方法，包括如下步骤：S100)、收集资料，处理数据。S110)、筛选青藏高原中，同时具有地基GPS站和探空观测站的地区。S120)、收集步骤S110筛选地区的历年气象数据,并以收集的步骤S110筛选地区的历年气象数据建立数据库。收集的步骤S110筛选地区的历年气象数据建立数据包括:步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站的纬度,地基GPS站距离地面的高度和步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站每次接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，温度，水汽压；以及，步骤S110筛选的每个地区的探空观测站的每组探空气象观测数据中，探空仪中温度传感器检测到的环境温度，探空仪中温度传感器所处环境的环境压力，探空观测的大气水汽总量，太阳天顶角，探空观测站所处环境的地面气温。S130)、根据收集的步骤S110筛选的每个地区的GPS站的纬度,GPS站距离地面的高度和步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站每次接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，温度，水汽压，建立步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站的GPS遥感大气水汽总量与地基GPS站的纬度,地基GPS站距离地面的高度和步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站每次接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，温度，水汽压的回归方程。S140)、根据收集的步骤S110筛选的每个地区的探空观测站的每组探空气象观测数据中，探空仪中温度传感器检测到的环境温度，探空仪中温度传感器所处环境的环境压力，探空观测的大气水汽总量，太阳天顶角，探空观测站所处环境的地面气温以及根据步骤S130建立的步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站的GPS遥感大气水汽总量与地基GPS站的纬度,地基GPS站距离地面的高度和步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站每次接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，温度，水汽压的回归方程建立探空观测大气水汽总量的修订公式。S200)、探空观测，获取数据。探空观测过程中，获取探空观测数据，每组探空观测数据包括探空仪中温度传感器检测到的环境温度，探空仪中温度传感器所处环境的环境压力，探空观测的大气水汽总量，太阳天顶角，探空观测站所处环境的地面气温。S300)、计算探空观测地区的探空观测大气水汽总量。根据步骤S200获取的探空观测数据以及步骤S140建立的探空观测大气水汽总量的修订公式确定探空观测地区的探空观测大气水汽总量。进一步的，步骤130中，根据收集的步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站的纬度,地基GPS站距离地面的高度和步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站每次接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，温度，水汽压，建立步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站的GPS遥感大气水汽总量与地基GPS站的纬度,地基GPS站距离地面的高度和步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站每次接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，温度，水汽压的回归方程，包括如下步骤：S131)、建立地基GPS站的天顶对流层总延迟的回归方程：式中，ZTDGPS为地基GPS站天顶对流层总延迟，单位为mm，下同；为地基GPS站的纬度，下同；hGPS为地基GPS站距离地面的高度，单位为m，下同；P0GPS为地基GPS站接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，单位为mbar，下同；T0GPS为地基GPS站接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的环境温度，单位为℃，下同；e0GPS为地基GPS站接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的水汽压，单位为mbar，下同；S132)、建立地基GPS站的天顶静力延迟的回归方程：式中，ZHDGPS为地基GPS站天顶静力延迟，单位为mm，下同；S133)、计算地基GPS站天顶对流层湿延迟根据公式ZWDGPS＝ZTDGPS-ZHDGPS计算地基GPS站天顶对流层湿延迟，式中，ZWDGPS为地基GPS站天顶对流层湿延迟，单位为mm，下同；S134)、建立地基GPS站的GPS遥感大气水汽总量与地基GPS站的纬度，地基GPS站距离地面的高度和地基GPS站接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，温度，水汽压的回归方程：PWGPS＝ΠGPS×ZWDGPS式中，PWGPS为地基GPS站的GPS遥感大气水汽总量，单位为mm，下同；ΠGPS为转换因子，下同。进一步的，转换因子的经验计算公式为：式中，ρw为液态水密度，单位为kg/m3，下同；Rv为水汽气体常数，单位为J/kg·K，下同；k3和k′2均为气体常数，其中，k3的单位为K2/mb，k′2的单位为K/mb，下同；Tm为加权平均温度，Tm＝70.2+0.72(T0GPS+273)，单位为K，下同。进一步的，Rv＝461.495J/kg·K；k3＝373900K2/mb；k′2＝22.1±2.2K/mb进一步的，S140中，根据收集的步骤S110筛选的每个地区的探空观测站的每组探空气象观测数据中，探空仪中温度传感器检测到的环境温度，探空仪中温度传感器所处环境的环境压力，探空观测的大气水汽总量，太阳天顶角，探空观测站所处环境的地面气温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种探空观测青藏高原大气水汽的方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS100)、收集资料，处理数据/nS110)、筛选青藏高原中，同时具有地基GPS站和探空观测站的地区；/nS120)、收集步骤S110筛选地区的历年气象数据,并以收集的步骤S110筛选地区的历年气象数据建立数据库；/n收集的步骤S110筛选地区的历年气象数据建立数据包括:/n步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站的纬度,地基GPS站距离地面的高度和步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站每次接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，温度，水汽压；/n以及，/n步骤S110筛选的每个地区的探空观测站的每组探空气象观测数据中，探空仪中温度传感器检测到的环境温度，探空仪中温度传感器所处环境的环境压力，探空观测的大气水汽总量，太阳天顶角，探空观测站所处环境的地面气温；/nS130)、根据收集的步骤S110筛选的每个地区的GPS站的纬度,GPS站距离地面的高度和步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站每次接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，温度，水汽压，建立步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站的GPS遥感大气水汽总量与地基GPS站的纬度,地基GPS站距离地面的高度和步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站每次接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，温度，水汽压的回归方程；/nS140)、根据收集的步骤S110筛选的每个地区的探空观测站的每组探空气象观测数据中，探空仪中温度传感器检测到的环境温度，探空仪中温度传感器所处环境的环境压力，探空观测的大气水汽总量，太阳天顶角，探空观测站所处环境的地面气温以及根据步骤S130建立的步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站的GPS遥感大气水汽总量与地基GPS站的纬度,地基GPS站距离地面的高度和步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站每次接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，温度，水汽压的回归方程建立探空观测大气水汽总量的修订公式；/nS200)、探空观测，获取数据/n探空观测过程中，获取探空观测数据，每组探空观测数据包括探空仪中温度传感器检测到的环境温度，探空仪中温度传感器所处环境的环境压力，探空观测的大气水汽总量，太阳天顶角，探空观测站所处环境的地面气温；/nS300)、计算探空观测地区的探空观测大气水汽总量/n根据步骤S200获取的探空观测数据以及步骤S140建立的探空观测大气水汽总量的修订公式确定探空观测地区的探空观测大气水汽总量。/n...

【技术特征摘要】
1.一种探空观测青藏高原大气水汽的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100)、收集资料，处理数据
S110)、筛选青藏高原中，同时具有地基GPS站和探空观测站的地区；
S120)、收集步骤S110筛选地区的历年气象数据,并以收集的步骤S110筛选地区的历年气象数据建立数据库；
收集的步骤S110筛选地区的历年气象数据建立数据包括:
步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站的纬度,地基GPS站距离地面的高度和步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站每次接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，温度，水汽压；
以及，
步骤S110筛选的每个地区的探空观测站的每组探空气象观测数据中，探空仪中温度传感器检测到的环境温度，探空仪中温度传感器所处环境的环境压力，探空观测的大气水汽总量，太阳天顶角，探空观测站所处环境的地面气温；
S130)、根据收集的步骤S110筛选的每个地区的GPS站的纬度,GPS站距离地面的高度和步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站每次接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，温度，水汽压，建立步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站的GPS遥感大气水汽总量与地基GPS站的纬度,地基GPS站距离地面的高度和步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站每次接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，温度，水汽压的回归方程；
S140)、根据收集的步骤S110筛选的每个地区的探空观测站的每组探空气象观测数据中，探空仪中温度传感器检测到的环境温度，探空仪中温度传感器所处环境的环境压力，探空观测的大气水汽总量，太阳天顶角，探空观测站所处环境的地面气温以及根据步骤S130建立的步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站的GPS遥感大气水汽总量与地基GPS站的纬度,地基GPS站距离地面的高度和步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站每次接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，温度，水汽压的回归方程建立探空观测大气水汽总量的修订公式；
S200)、探空观测，获取数据
探空观测过程中，获取探空观测数据，每组探空观测数据包括探空仪中温度传感器检测到的环境温度，探空仪中温度传感器所处环境的环境压力，探空观测的大气水汽总量，太阳天顶角，探空观测站所处环境的地面气温；
S300)、计算探空观测地区的探空观测大气水汽总量
根据步骤S200获取的探空观测数据以及步骤S140建立的探空观测大气水汽总量的修订公式确定探空观测地区的探空观测大气水汽总量。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤130中，根据收集的步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站的纬度,地基GPS站距离地面的高度和步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站每次接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，温度，水汽压，建立步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站的GPS遥感大气水汽总量与地基GPS站的纬度,地基GPS站距离地面的高度和步骤S110筛选的每个地区的地基GPS站每次接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，温度，水汽压的回归方程，包括如下步骤：
S131)、建立地基GPS站的天顶对流层总延迟的回归方程：



式中，
ZTDGPS为地基GPS站天顶对流层总延迟，单位为mm，下同；

为地基GPS站的纬度，下同；
hGPS为地基GPS站距离地面的高度，单位为m，下同；
P0GPS为地基GPS站接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，单位为mbar，下同；
T0GPS为地基GPS站接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的环境温度，单位为℃，下同；
e0GPS为地基GPS站接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的水汽压，单位为mbar，下同；
S132)、建立地基GPS站的天顶静力延迟的回归方程：



式中，ZHDGPS为地基GPS站天顶静力延迟，单位为mm，下同；
S133)、计算地基GPS站天顶对流层湿延迟
根据公式ZWDGPS＝ZTDGPS-ZHDGPS计算地基GPS站天顶对流层湿延迟，
式中，ZWDGPS为地基GPS站天顶对流层湿延迟，单位为mm，下同；
S134)、建立地基GPS站的GPS遥感大气水汽总量与地基GPS站的纬度,地基GPS站距离地面的高度和地基GPS站接收全球定位系统发送的无线电信号时，地基GPS站所处环境的大气压，温度，水汽压的回归方程
PWGPS＝ΠGPS×ZWDGPS
式中，
PWGPS为地基GPS站的GPS遥感大气水汽总量，单位为mm，下同；
ΠGPS为转换因子，下同。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
转换因子的经验计算公式为：



式中，
ρw为液态水密度，单位为kg/m3，下同；
Rv为水汽气体常数，单位为J/kg·K，下同；
k3和k′2均为气体常数，其中，k3的单位为K2/mb,k′2的单位为K/mb，下同；
Tm为加权平均温度，Tm＝70.2+0.72(T0GPS+273)，单位为K，下同。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
RV＝461.495J/kg·K
k3＝373900K2/mb
k′2...

【专利技术属性】
技术研发人员：常舒捷，郭栋，徐建军，涂石飞，陈思奇，
申请(专利权)人：广东海洋大学，南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：广东;44