GPS技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮著巨大的作用，今天和大家介紹下GPS技術(shù)在氣象領(lǐng)域的應(yīng)用情況。
GPS技術(shù)在氣象上的應(yīng)用研究起源于美國(guó)，早在1992年美國(guó)人就提出了采用地基GPS技術(shù)探測(cè)大氣水汽含量的原理，并可以使用掩星技術(shù)通過(guò)對(duì)大氣折射率的遙感來(lái)反演大氣的溫濕特性。GPS/MET是GPS/Meteorology(GPS氣象學(xué))的簡(jiǎn)寫，它是由衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)、大地測(cè)量學(xué)、地球物理學(xué)和氣象學(xué)交叉派生出的新興邊緣學(xué)科。我國(guó)從1997年后逐步開始這方面的研究。GPS探空是運(yùn)用GPS系統(tǒng)的定位功能而發(fā)展起來(lái)的一門新型技術(shù)。
GPS/MET探測(cè)數(shù)據(jù)具有覆蓋范圍廣(全球)、高垂直分辨率、高精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定的特點(diǎn)。對(duì)它的研究將給天氣預(yù)報(bào)、氣候和全球變化監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域產(chǎn)生深刻的影響。
1.天氣預(yù)報(bào)
我們知道數(shù)值天氣預(yù)報(bào)(NWP)模式須用溫、壓、濕和風(fēng)的三維數(shù)據(jù)作為初值。目前提供這些初始化數(shù)據(jù)的探測(cè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)空密度限制了預(yù)報(bào)模式的精度。無(wú)線電探空資料一般只在大陸地區(qū)存在，而在重要的海洋區(qū)域，資料缺乏。即使在大陸地區(qū)，探測(cè)一般也只是每隔12h進(jìn)行一次。雖然目前氣象衛(wèi)星資料可以反演得到溫度廓線，但這些廓線有限的垂直分辨率使得它們對(duì)預(yù)報(bào)模式的影響相當(dāng)小。而GPS/IMET觀測(cè)系統(tǒng)可以進(jìn)行全球探測(cè)，加上觀測(cè)值的高精度和高垂直分辨率，使得NWP精度的提高成為可能。這樣，可以提高數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和可靠性。
2.氣候和全球變化監(jiān)測(cè)
全球平均溫度和水汽是全球氣候變化的兩個(gè)重要指標(biāo)。與當(dāng)前的傳統(tǒng)探測(cè)方法相比，GPS/MET探測(cè)系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地提供相對(duì)高精度和高垂直分辨率的溫度廓線，尤其是在對(duì)流層頂和平流層下部區(qū)域。更重要的是，從GPS/MET數(shù)據(jù)計(jì)算得到的大氣折射率是大氣溫度、濕度和氣壓的函數(shù)，因此可以直接把大氣折射率作為"全球變化指示器”。
3.其他應(yīng)用
GPS/MET觀測(cè)數(shù)據(jù)有可能以足夠的時(shí)空分辨率來(lái)提供全球電離層映像，這將有助于電離層/熱層系統(tǒng)中許多重要的動(dòng)力過(guò)程及其與地氣過(guò)程關(guān)系的研究。例如，重力波使中層大氣與電離層之間進(jìn)行能量和動(dòng)量交換，通過(guò)測(cè)量LEO衛(wèi)星和Gps衛(wèi)星之間信號(hào)路徑上總的電子含量(TEC)來(lái)追蹤重力波可能是一種方法。
GPS/MET提供的溫度廓線還可以用于其他的衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)中。如臭氧(03)的遙感系統(tǒng)中需要提供準(zhǔn)確的溫度廓線，利用GPS/MET數(shù)據(jù)可以很好地滿足這一要求。
隨著科技的發(fā)展，相信GPS技術(shù)在氣象學(xué)上將會(huì)有更大的突破，在加上北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)2020年建成后，氣象學(xué)研究將達(dá)到一個(gè)新的高度。
GPS技術(shù)在氣象上的應(yīng)用研究起源于美國(guó)，早在1992年美國(guó)人就提出了采用地基GPS技術(shù)探測(cè)大氣水汽含量的原理，并可以使用掩星技術(shù)通過(guò)對(duì)大氣折射率的遙感來(lái)反演大氣的溫濕特性。GPS/MET是GPS/Meteorology(GPS氣象學(xué))的簡(jiǎn)寫，它是由衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)、大地測(cè)量學(xué)、地球物理學(xué)和氣象學(xué)交叉派生出的新興邊緣學(xué)科。我國(guó)從1997年后逐步開始這方面的研究。GPS探空是運(yùn)用GPS系統(tǒng)的定位功能而發(fā)展起來(lái)的一門新型技術(shù)。
GPS/MET探測(cè)數(shù)據(jù)具有覆蓋范圍廣(全球)、高垂直分辨率、高精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定的特點(diǎn)。對(duì)它的研究將給天氣預(yù)報(bào)、氣候和全球變化監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域產(chǎn)生深刻的影響。
1.天氣預(yù)報(bào)
我們知道數(shù)值天氣預(yù)報(bào)(NWP)模式須用溫、壓、濕和風(fēng)的三維數(shù)據(jù)作為初值。目前提供這些初始化數(shù)據(jù)的探測(cè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)空密度限制了預(yù)報(bào)模式的精度。無(wú)線電探空資料一般只在大陸地區(qū)存在，而在重要的海洋區(qū)域，資料缺乏。即使在大陸地區(qū)，探測(cè)一般也只是每隔12h進(jìn)行一次。雖然目前氣象衛(wèi)星資料可以反演得到溫度廓線，但這些廓線有限的垂直分辨率使得它們對(duì)預(yù)報(bào)模式的影響相當(dāng)小。而GPS/IMET觀測(cè)系統(tǒng)可以進(jìn)行全球探測(cè)，加上觀測(cè)值的高精度和高垂直分辨率，使得NWP精度的提高成為可能。這樣，可以提高數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和可靠性。
2.氣候和全球變化監(jiān)測(cè)
全球平均溫度和水汽是全球氣候變化的兩個(gè)重要指標(biāo)。與當(dāng)前的傳統(tǒng)探測(cè)方法相比，GPS/MET探測(cè)系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地提供相對(duì)高精度和高垂直分辨率的溫度廓線，尤其是在對(duì)流層頂和平流層下部區(qū)域。更重要的是，從GPS/MET數(shù)據(jù)計(jì)算得到的大氣折射率是大氣溫度、濕度和氣壓的函數(shù)，因此可以直接把大氣折射率作為"全球變化指示器”。
3.其他應(yīng)用
GPS/MET觀測(cè)數(shù)據(jù)有可能以足夠的時(shí)空分辨率來(lái)提供全球電離層映像，這將有助于電離層/熱層系統(tǒng)中許多重要的動(dòng)力過(guò)程及其與地氣過(guò)程關(guān)系的研究。例如，重力波使中層大氣與電離層之間進(jìn)行能量和動(dòng)量交換，通過(guò)測(cè)量LEO衛(wèi)星和Gps衛(wèi)星之間信號(hào)路徑上總的電子含量(TEC)來(lái)追蹤重力波可能是一種方法。
GPS/MET提供的溫度廓線還可以用于其他的衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)中。如臭氧(03)的遙感系統(tǒng)中需要提供準(zhǔn)確的溫度廓線，利用GPS/MET數(shù)據(jù)可以很好地滿足這一要求。
隨著科技的發(fā)展，相信GPS技術(shù)在氣象學(xué)上將會(huì)有更大的突破，在加上北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)2020年建成后，氣象學(xué)研究將達(dá)到一個(gè)新的高度。
