[发明专利]利用GPS测量技术监测火山的方法

权利要求书

1.一种利用GPS测量技术监测火山的方法，其特征在于，所述利用GPS测量技术监测火山的方法包括如下步骤：

1)基于GNSS掩星反演算法得到火山所在区域的实际大气温度值及实际大气温度轮廓线；

2)取所述火山爆发前若干年±5天所述火山所在区域的大气温度日均值，并依据所述大气温度日均值得到背景温度轮廓线；

3)将步骤2)得到的大气温度日均值与步骤1)得到的实际大气温度值相减得到所述火山所在区域由于火山灰引起的扰动温度轮廓线；

4)取步骤2)得到的大气温度日均值±二分之一的标准偏差作为偏差轮廓线区间，所述偏差轮廓线区间作为衡量所述火山所在区域的实际大气温度变化的标准；

5)依据所述实际大气温度轮廓线、所述背景温度轮廓线、所述扰动温度轮廓线及所述偏差轮廓线区间对火山喷发的火山灰进行监测。

2.根据权利要求1所述的利用GPS测量技术监测火山的方法，其特征在于，步骤1)中包括如下步骤：

1-1)依据多普勒频移或附加相位获得掩星弯曲角轮廓曲线；

1-2)利用阿贝尔变换将获得的所述掩星弯曲角轮廓曲线变换成折射率轮廓曲线；

1-3)利用大气折射率与温度、气压及水汽含量的关系得到所述火山所在区域的实际大气温度值及实际大气温度轮廓线。

3.根据权利要求2所述的利用GPS测量技术监测火山的方法，其特征在于，步骤1-3)中，还利用大气折射率与温度、气压、电子密度的关系得到所述火山所在区域的气压参数及电离层的电子密度参数。

4.根据权利要求2所述的利用GPS测量技术监测火山的方法，其特征在于，步骤1-1)中，获得掩星弯曲角轮廓曲线的公式为：

其中，α(a)为改正后的弯曲角，α₁(a)、α₂(a)分别是使用L1、L2频段上的多普勒频移得出的弯曲角轮廓线，f₁、f₂是L1、L2频段的载波频率，a为碰撞参数。

5.根据权利要求2所述的利用GPS测量技术监测火山的方法，其特征在于，步骤1-2)中，得到的折射率关于弯曲角的关系式为：

其中，n为大气折射率，a为碰撞参数，x为碰撞参数上的积分变量。

6.根据权利要求2所述的利用GPS测量技术监测火山的方法，其特征在于，步骤1-3)中，大气折射率与温度、气压及水汽含量的公式为：

其中，N为大气折射率；P为气压，单位为mb；，P_w为水汽压，单位为mb；T为温度，单位为K；k₁＝77.6，k₂＝3.73×10⁶。

7.根据权利要求6所述的利用GPS测量技术监测火山的方法，其特征在于，步骤1-3)中，水汽含量忽略不计，水汽压P_w为零，同时设定大气为理想气体，满足理想气体方程：

式中ρ(h)为大气密度，R为不考虑水汽含量的空气气体常数，其值为0.287Jg^-1K^-1，h为海拔高度，使用获得，其中R_c为切点处的地球曲率半径；

设定大气还满足流体静平衡条件：

其中，g表示重力加速度；

由此可得如下公式：

其中，P(z_m)是通过欧洲中心在z_m＝40km时初始化流体静力学方程得到的；

将公式经过迭代即可得到气压轮廓线，将得到的气压代入并忽略公式中的第二项即可得到实际大气温度值及实际大气温度轮廓线。

8.根据权利要求1所述的利用GPS测量技术监测火山的方法，其特征在于，步骤5)中，当所述扰动温度轮廓线出现骤降，且所述实际大气温度轮廓线位于所述偏差轮廓线区间之外时，则判定由于火山向上喷射的火山灰引起了对应海拔高度的大气温度降低。

9.根据权利要求8所述的利用GPS测量技术监测火山的方法，其特征在于，步骤5)中，依据所述扰动温度轮廓线出现骤降处的海拔高度判定所述火山喷射的所述火山灰的高度，依据所述扰动温度轮廓线出现骤降处骤降的程度判断所述扰动温度轮廓线出现骤降处的海拔高度处所述火山喷射的所述火山灰的浓度。