[发明专利]耦合GNSS及地面气象站监测数据的实时水汽场生成方法

说明书

本发明提供一种耦合GNSS及地面气象站监测数据的实时水汽场生成方法，根据探空数据、GNSS测站数据与地面气象站监测数据，分别计算获得探空PWV时间序列y_R、GNSS的PWV时间序列y_G和地面气象站PWV时间序列y_M；计算GNSS的PWV相对于探空数据PWV的系统性偏差b_G和地面气象站的PWV相对于探空数据PWV的系统性偏差b_M；得到区域范围内GNSS测站的实时PWV向量与地面气象站的实时PWV向量构建耦合GNSS和地面气象数据的简化球冠谐分析模型；获得耦合GNSS的PWV和地面气象站PWV的实时水汽场；本发明能够通过耦合GNSS和地面气象数据生成实时水汽场，精度高，能够提高实时水汽场的时空分辨率，具有良好的实时性能，进而可有效地描述实时水汽在空间范围内的连续性变化。

技术领域

本发明涉及一种耦合GNSS及地面气象站监测数据的实时水汽场生成方法，属于GNSS气象学技术领域。

背景技术

水汽是底层大气的重要组成部分之一，其蒸发和凝结对短期天气特征的形成和长期气候变化有着深远的影响。目前，主要的大气水汽估算技术包括GNSS(GlobalNavigation Satellite System)观测资料反演法、探空资料积分法、再分析/预报资料积分法、地面气象参数模型法和遥感资料反演法，获取的大气可降水量(Precipitable WaterVapor，PWV)在精度、成本、可用性、时空连续性等方面存在着明显的差异性。

为了提高区域水汽场的时空分辨率和精度，学者提出了多种融合方法，如高斯过程法、球冠谐分析法、时空增强自适应融合模型等。这些方法通常基于GNSS观测数据、遥感卫星水汽产品和大气再分析产品，以事后分析为主。当进行实时水汽场估计时，由于无法实时获得这些PWV数据集，即ERA5、MODIS和探空仪PWV的时间分辨率与GNSS PWV的时间分辨率不一致。因此，当前水汽融合方法在实时水汽场估计方面大多存在一定的局限性。

事实上，PWV与许多其他气象参数之间有着密切的物理关系。利用研究区域范围内广泛分布的地面气象站可以获取多种高精度和高可靠性的大气参数，能够为实时水汽场的估计提供另一种可靠的实时PWV数据源。遗憾的是，由于地面气象参数水汽反演的精度较低，目前尚无利用GNSS及地面气象站数据生成实时水汽场的方法研究。

鉴于实时水汽场研究的重要性及地面气象站观测数据实时性的特点，如何提高地面气象站数据反演PWV的精度、确定GNSS PWV与地面气象站PWV的系统偏差和相对权重，以及选取合适的融合模型是实时水汽场构建中亟需解决的问题，其对于区域水汽连续性变化特征分析和短临降水预报均具有重要理论研究和现实应用意义。

上述问题是在实时水汽场生成过程中应当予以考虑并解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种耦合GNSS及地面气象站监测数据的实时水汽场生成方法解决现有技术中存在的原有水汽模型实时性能差、单一GNSS数据源实时水汽探测空间分辨率低的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种耦合GNSS及地面气象站监测数据的实时水汽场生成方法，包括以下步骤，

S1、根据探空数据、GNSS测站数据与地面气象站监测数据，分别计算获得探空PWV时间序列y_R、GNSS的PWV时间序列y_G和地面气象站PWV时间序列y_M；

S2、计算GNSS的PWV相对于探空数据PWV的系统性偏差b_G和地面气象站的PWV相对于探空数据PWV的系统性偏差b_M，以及GNSS的PWV的权重P_G和地面气象站PWV的权重P_M；