一种基于GNSSPWV降雨监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于GNSS PWV降雨监测方法，该方法包括步骤S1：获取GNSS数据及IGS精密轨道钟差数据，通过实时PPP观测方程，获取天顶对流层延迟ZTD；步骤S2：利用Saastamoinen模型计算天顶对流层干延迟ZHD；步骤S3：计算天顶对流层湿延迟ZWD，并转换为PWV，该方法精度高，无需定标，时间分辨率高，可以提供实时的水汽信息，成本低，维护简单。维护简单。维护简单。

【技术实现步骤摘要】
一种基于GNSS PWV降雨监测方法


[0001]本专利技术涉及降雨监测的领域，尤其涉及一种基于GNSS PWV降雨监测方法。

技术介绍

[0002]GNSS对流层水汽反演技术具有连续运行、全天候、高精度、高时空分辨率等优点，且测站布设成本低，投入使用快，相比于传统技术手段，基于GNSS观测的大气探测技术可实现对大气水汽的高时空分辨率监测，是未来天气预报中十分重要的大气探测手段，也为极端天气事件的短临预报预警提供了可能。
[0003]大气可降水量(precipitable water vapor，PWV)指单位面积柱体中的水汽全部凝结成的液态水柱高度，可作为衡量大气中水汽含量的指标。基于实时精密单点定位(precise point positioning，PPP)技术，可通过全球导航卫星系统(global naviga
‑
tion satellite system，GNSS)实时反演PWV。GNSS反演PWV技术，关键就在于获取高精度的天顶湿延迟ZWD。对流层延迟产品主要包括天顶对流层延迟ZTD(zenith tropospheric delay，ZTD)，对流层湿延迟ZWD(zenith wet delay，ZWD)，对流层静力学延迟(干延迟)ZHD(zenith hydrostatic delay，ZHD)，这三种延迟存在如下关系：ZTD＝ZHD+ZWD
[0004]然而对流层湿延迟一般占总延迟的10％
‑
20％，由于其变化迅速，很难用模型来进行表示，所以湿延迟一般不使用模型来进行表述。现有的降雨监测方法一方面监测存在准确度不高，另一方面受云雨影响，无法全天候观测。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种基于GNSS PWV降雨监测方法。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，该方法包括：
[0007]步骤S1：获取GNSS数据及IGS精密轨道钟差数据，通过实时PPP观测方程，获取天顶对流层延迟ZTD；
[0008]步骤S2：利用Saastamoinen模型计算天顶对流层干延迟ZHD；
[0009]步骤S3：计算天顶对流层湿延迟ZWD，并转换为PWV；
[0010]进一步地，所述PPP观测方程，表达式为：
[0011][0012][0013]将IGS精密卫星星历和钟差引入，可以得到最终的定位误差方程，表达式为：
[0014]P
′
IF
＝ρ
‑
c
·
dT+d
trop
+ε
′
(P
IF
)
[0015]Φ
′
IF
＝ρ
‑
c
·
dT+d
trop
+N
′
+ε
′
(Φ
IF
)
[0016]以上各式中，P
IF
、Φ
IF
是伪距和相位观测值，上标
’
表示经过精密卫星星历和钟差改正的相应的观测值；ρ代表卫星到测站的几何距离；dt代表卫星钟差，dT代表接收机钟差；d
trop
代表对流层参数(由投影函数和天顶对流层参数构成)；d
mult
代表多路径影响；N代表无电离层组合的整周模糊度参数；ε代表观测值的随机误差。
[0017]进一步地，利用Saastamoinen模型计算天顶对流层干延迟ZHD，表达式为：
[0018][0019][0020]其中，Ps为大气压，为纬度，H为测站的高度。
[0021]进一步地，所述步骤S3，天顶湿延迟ZWD等于天顶总延迟ZTD减去天顶干延迟ZHD，将天顶湿延迟ZWD乘以转换系数Π得到大气可降水量PWV，表达式为：
[0022][0023]天顶湿延迟ZWD通过计算转换成可降水总量PWV，公式中的转换系数∏，表达式为：
[0024][0025]其中，ρ
w
代表水汽密度，R
v
代表水汽气体常数，M
w
、M
d
分别代表水汽和干空气分子摩尔质量，k1、k2、k3代表大气折射系数，k1＝77.6890K/hPa，k2＝71.2952K/hPa，k3＝375463K2/hPa。
[0026]进一步地，T
m
代表大气加权平均温度，表达式为：
[0027][0028]其中，e代表水汽压，T代表绝对温度，T
d
代表露点温度，e
s
代表饱和水汽压，e
s0
代表0摄氏度时的饱和水汽压6.11hPa，对于水面来说a0＝7.5，b0＝273.3，对于冰面来说a0＝9.5，b0＝265.7。
[0029]进一步地，Π为无量纲数值，其数值与T
m
的大小有关系，T
m
利用地面或者探空资料对T
m
进行数值积分来计算，然后利用地面温度对T
m
进行统计建模。
[0030]有益效果：
[0031]本专利技术提出一种基于GNSS PWV降雨监测方法，该方法具有
[0032](1)精度高，无需定标。一般情况下，GNSS系统无需定标，只要已知精确的测站点坐标，就能正确探测GNSS水汽量，因此GNSS水汽探测具有精度高且无需定标的优点。测雨雷达测量降水的准确性不高，需要结合雨量计的数据。
[0033](2)不受云雨影响，可全天候观测。常规的遥感探测手段几乎都是靠波动进行观测，比如电磁波、声波或重力波，它们的变化携带着有用的遥感信息。大多数观测方法用波动中的振幅信息，激光雷达用波动中的频率信息，而GNSS探测则是利用了波动中的相位信息，降水的发生不会对相位信息造成影响，所以GNSS探测水汽不受云雨的影响，可全天候进行观测，而其它的方法如水汽辐射计则容易受到云雨的影响。
[0034](3)时间分辨率高，可以提供实时的水汽信息。GNSS可以任意时间分辨率进行观测，其水汽探测的分辨率也优于30分钟，这与传统手段相比是一个很大的优势。
[0035](4)成本低，维护简单。GNSS接收机价格相对于其它大型观测仪来说，体积小，价格低，并且适合于野外观测。测雨雷达的布设相对成本较高。GPS/MET在国内外已成为一种全新的水汽探测手段，并广泛应用于水汽的探测、试验及业务试运行中，并且将在未来气象探测、天气预报等技术中将扮演重要角色。
附图说明
[0036]图1为本专利技术总体步骤流程图；
[0037]图2为本专利技术实施例预测降水区域面积图；
[0038]图3为本专利技术实施例预测降水站点规划图；
[0039]图4为本专利技术实施例预测降水覆盖范围图。
具体实施方式
[0040]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于GNSS PWV降雨监测方法，其特征在于，该方法包括：步骤S1：获取GNSS数据及IGS精密轨道钟差数据，通过实时PPP观测方程，获取天顶对流层延迟ZTD；步骤S2：利用Saastamoinen模型计算天顶对流层干延迟ZHD；步骤S3：计算天顶对流层湿延迟ZWD，并转换为PWV。2.如权利要求1所述的一种基于GNSS PWV降雨监测方法，其特征在于，所述PPP观测方程，表达式为：程，表达式为：将IGS精密卫星星历和钟差引入，可以得到最终的定位误差方程，表达式为：P
′
IF
＝ρ
‑
c
·
dT+d
trop
+ε
′
(P
IF
)Φ
′
IF
＝ρ
‑
c
·
dT+d
trop
+N
′
+ε
′
(Φ
IF
)以上各式中，P
IF
、Φ
IF
是伪距和相位观测值，上标
’
表示经过精密卫星星历和钟差改正的相应的观测值；ρ代表卫星到测站的几何距离；dt代表卫星钟差，dT代表接收机钟差；d
trop
代表对流层参数(由投影函数和天顶对流层参数构成)；d
mit
代表多路径影响；N代表无电离层组合的整周模糊度参数；ε代表观测值的随机误差。3.如权利要求1所述的一种基于GNSS PWV降雨监测方法，其特征在于，利用Saastamoinen模型计算天顶对流层干延...

【专利技术属性】
技术研发人员：李喆，向大享，姜莹，陈喆，张穗，文雄飞，赵静，吴仪邦，李经纬，王莹，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：