本书全面阐述了GPS气象学的形成及国内外研究与应用的现状和最新发展。内容包括GPS原理及GPS测量误差影响源分析，地基GPS水汽遥感的理论与方法，加权平均温度及其计算模型，GPS水汽反演的对比研究与精度评定，GPS水汽产品序列的插补等基本问题，并以日本关东平原、中国华北平原和四川盆地为例，详细介绍了几个地基GPS观测网水汽遥感的试验、研究及应用的主要成果，具体展示了地基GPS数据解算及水汽反演的业务化应用系统的建设及应用实例。作为国内第一部专门系统论述地基GPS气象学的学术专著，本书总结了这一新兴交叉学科近十多年的发展历程，展望了其今后的发展方向，具有较强的理论性与实用性，有助于推进我国地基GPS气象学的理论研究及业务应用。
本书可作为气象学、大气物理学与大气环境学科的研究生课程教材或大气科学、应用气象学本科高年级学生专业选修课的教学参考书，也可供气象、测量（测绘）、地震、天文、空间、航天或其他相关专业的科研、教学和业务人员参考。
样章试读
目录
- 前言
第1章 绪论
1.1 地基GPS技术探测大气的意义
1.1.1 大气水汽的重要性
1.1.2 大气水汽常规探测手段及其特点
1.1.3 地基GPS技术探测大气的特点及优势
1.2 国内外GPS水汽遥感的研究综述
1.2.1 国内外GPS水汽遥感的研究及应用
1.2.2 存在的主要问题
1.3 国内外GPS气象学研究进展
1.3.1 GPS观测水汽和气温
1.3.2 GPS测风
1.3.3 国内外GPS气象学研究及应用现状与最新进展
1.3.4 GPS气象学的发展趋势及应用前景
第2章 GPS原理
2.1 全球导航卫星系统简介
2.1.1 美国GPS卫星导航系统
2.1.2 俄罗斯GLONASS卫星导航系统
2.1.3 欧洲伽利略卫星导航系统
2.1.4 中国北斗卫星导航系统
2.2 GPS的组成
2.2.1 空间星座部分
2.2.2 地面跟踪控制部分
2.2.3 用户接收处理部分
2.2.4 GPS的特点
2.3 GPS参考系统
2.3.1 坐标系统
2.3.2 时间系统
2.4 GPS定位原理
2.4.1 GPS基本观测量
2.4.2 观测量的线性组合
2.4.3 相位与码伪距观测量的线性组合
2.4.4 GPS定位基本原理及方法
2.4.5 卫星定位的数学模型
2.4.6 GPS测量数据的处理模型
2.4.7 中长距离相对定位
2.4.8 中长距离GPS相对定位模型
2.5 GPS卫星接收机
2.6 GPS应用现状与发展趋势
2.6.1 GPS技术发展趋势
2.6.2 GPS应用领域
第3章 GPS测量误差影响源分析
3.1 与GPS卫星有关的误差
3.1.1 卫星钟差
3.1.2 卫星轨道偏差
3.1.3 卫星天线相位偏差
3.2 与GPS卫星信号传播有关的误差
3.2.1 电磁波的相速度与群速度
3.2.2 电离层折射理论基础
3.2.3 利用Klobuchar模型估算TEC的影响
3.2.4 利用双频伪距观测量计算TEC
3.2.5 利用双频相位观测量估计电离层延迟
3.2.6 电离层延迟及误差改正措施
3.2.7 对流层延迟及误差改正模型
3.3 与接收设备有关的误差
3.3.1 接收机钟差
3.3.2 接收机天线相位中心偏差
3.3.3 周跳及整周模糊度
3.3.4 相对论的影响
3.4 多路径的影响
3.4.1 单反射信号多路径影响
3.4.2 多个反射信号多路径影响
3.4.3 墙面反射信号路径延迟
3.4.4 地面反射信号路径延迟
3.5 其他误差的影响
3.5.1 地球自转改正
3.5.2 潮汐的影响
3.6 观测量的线性组合
3.6.1 双频相位线性组合通用公式
3.6.2 几种常用的组合观测值
3.6.3 相位观测量与伪距观测量的线性组合
3.6.4 其他的双频组合观测量
第4章 地基GPS水汽遥感的理论与方法
4.1 从大地卫星测量学到GPS气象学
4.2 大气折射率与对流层天顶延迟
4.3 映射函数
4.4 高精度GPS数据处理软件
4.5 影响天顶总延迟解算精度的因子
4.6 天顶静力延迟计算模型及其误差分析
4.7 天顶湿延迟及其计算方法
4.8 大气可降水量的反演
4.8.1 加权平均温度
4.8.2 水汽转换系数
4.8.3 天顶湿延迟反演可降水量的误差分析
4.9 GPS反演可降水量的流程
4.9.1 计算GPS可降水量的基本步骤
4.9.2 加入IGS数据反演可降水量的解算过程
4.10 GPS数据处理前期准备与利用GAMIT反演可降水量
4.10.1 GAMIT软件的安装与配置
4.10.2 相关数据文件的准备
4.10.3 文件编辑
4.10.4 相关参数文件的设置
4.10.5 解算天顶总延迟
4.10.6 反演可降水量
第5章 加权平均温度及其计算模型
5.1 对流层加权平均温度的局地计算模型
5.1.1 加权平均温度的计算方案
5.1.2 加权平均温度计算方案的比较
5.2 华北地区地基GPS水汽反演中加权平均温度模型研究
5.2.1 加权平均温度的时空变化特征
5.2.2 加权平均温度与地面气象要素的关系
5.2.3 几种加权平均温度计算方法的对比
5.2.4 加权平均温度本地化计算模型的建立
5.3 基于40年探空资料的川渝地区加权平均温度及其局地建模
5.3.1 川渝地区的加权平均温度及其变化特征
5.3.2 川渝地区加权平均温度计算的局地模型
第6章 获取大气可降水量的其他方法
6.1 基于无线电探空资料的可降水量计算方法
6.2 地基水汽辐射计探测水汽含量的原理
6.3 多普勒雷达探测垂直累积液态水含量的原理
6.4 利用地面水汽压估算可降水量的方案
6.4.1 地面水汽压和比湿的计算
6.4.2 可降水量与地面水汽压的关系
6.4.3 华北地区水汽总量特征及其与地面水汽压关系
6.4.4 川渝地区大气可降水量的气候特征以及与地面水汽量的关系
6.4.5 GPS/MET监测的可降水量资料的一种插补方案
第7章 日本关东平原GPS可降水量的特征分析
7.1 日本关东平原GPS可降水量研究的意义
7.2 资料和分析方法
7.3 可降水量日循环的分析与讨论
7.3.1 山区可降水量日循环特征
7.3.2 盆地可降水量日循环的特征
7.3.3 平原和海岸可降水量日循环的特征
第8章 华北平原地基GPS水汽遥感及天气学应用
8.1 地基GPS反演大气可降水量的精度检验
8.1.1 资料
8.1.2 资料质量控制
8.1.3 GPS反演可降水量的精度分析
8.2 地基GPS反演的大气可降水量及其特征
8.2.1 资料及处理方法
8.2.2 计算大气可降水量的两种方法
8.3 GPS大气可降水量的时空分布特征
8.3.1 资料处理及质量控制
8.3.2 月平均可降水量变化
8.3.3 日平均可降水量变化
8.3.4 可降水量的日变化
8.4 地基GPS水汽资料在石家庄一次暴雨过程中的应用
8.4.1 过程降水实况及能量场分析
8.4.2 基于地基GPS可降水量资料的暴雨过程分析
8.5 不同云系降水过程中GPS可降水量的特征
8.5.1 GPS可降水量与实际降水
8.5.2 积状云产生的对流性降水
8.5.3 层状云产生的稳定性降水
8.5.4 层积混合云产生的暴雨
第9章 四川盆地GPS水汽遥感的试验及多领域应用
9.1 四川盆地地基GPS观测网水汽遥感的试验
9.1.1 GPS资料和气象资料
9.1.2 GPS遥感可降水量的方案
9.1.3 气象探空资料计算可降水量的方案
9.1.4 GPS可降水量的测量精度
9.1.5 Bevis公式的适用性
9.1.6 成都夏季GPS可降水量的日循环合成分析
9.2 成都地基GPS观测网反演大气可降水量的精度分析
9.2.1 资料与方法
9.2.2 大气可降水量的对比和误差分析
9.3 不同辐射强度下地基GPS-PWV的日变化特征分析
9.3.1 资料与方法
9.3.2 不同辐射强度下大气可降水量的日变化特征
9.3.3 强、弱辐射条件下GPS-PWV与气温及局地水汽循环的综合分析
9.4 成都市秋、冬季地基GPS遥感的可降水量的时空变化分析
9.4.1 资料和方法
9.4.2 GPS-PWV的时空分布特征
9.5 基于GPS-PWV资料的成都暴雨个例分析
9.6 华西秋雨天气过程中GPS遥感的水汽总量的演变特征
9.6.1 资料获取与处理方法
9.6.2 GPS-PWV与实际降水的关系
9.6.3 不同类型秋雨过程中GPS-PWV的变化特征
9.7 地基GPS网监测持续低温雨雪灾害中的水汽异常输送强信号
9.7.1 雨雪天气中GPS-PWV的时序变化
9.7.2 雨雪天气中GPS-PWV的日变化
9.8 基于GPS-PWV的成都不同云系降水个例的综合分析
9.8.1 资料与方法
9.8.2 对流云降水
9.8.3 层状云降水
9.9 不同类型降雨过程GPS可降水量的对比分析
9.9.1 GPS可降水量在不同类型降雨天气过程中的演变特征
9.9.2 不同类型降雨天气过程中GPS可降水量日变化的合成分析
9.10 GPS-PWV与大雾天气关系的初步分析
9.10.1 大雾天气特征
9.10.2 大雾天气个例分析
9.10.3 大雾天气的合成分析
9.11 GPS-PWV及雷达VIL在人工增雨中的初步应用
9.11.1 资料与方法
9.11.2 人工增雨作业中GPS-PWV和VIL演变特征的个例分析
第10章 地基GPS气象网与水汽监测系统一体化建设
10.1 GPS网的基本组成
10.2 GPS网的布设原则
10.3 GPS基准站的建设
10.3.1 GPS基准站设备
10.3.2 GPS基准站选址
10.3.3 GPS基准站基建
10.4 GPS站常见故障处理方法
10.5 解算GPS数据时映射函数的选择
10.5.1 映射函数
10.5.2 三种映射函数的对比分析
10.6 解算GPS数据时选取IGS站数的优化
10.6.1 数据准备与计算
10.6.2 计算结果比较
10.7 水汽产品可视化界面的制作
10.7.1 GUI布局设置
10.7.2 GUI控件代码的设置
10.7.3 数据可视化显示
10.8 GPS水汽监测系统的一体化与自动化
10.8.1 数据采集流程
10.8.2 数据解算流程
10.8.3 产品调用流程
10.8.4 自动化流程
10.9 GPS气象网的运行与维护
10.10 GPS水汽监测系统的运行实例
第11章 地基GPS水汽监测系统的业务化建设与应用展望
11.1 成都市地基GPS遥感水汽应用研究及业务化建设
11.1.1 研发内容
11.1.2 成都市地基GPS水汽监测应用系统
11.1.3 性能指标要求、系统特点及应用领域
11.2 地基GPS水汽监测应用系统的研究进展
11.3 地基GPS水汽监测应用系统的设计原理
11.3.1 地基GPS水汽监测系统的工作流程
11.3.2 地基GPS水汽监测应用系统的组成
11.4 地基GPS水汽监测系统的业务应用
11.4.1 我国GPS站网的建设
11.4.2 我国GPS水汽监测系统的业务应用
11.5 地基GPS探测水汽技术的发展趋势展望
11.5.1 技术完善
11.5.2 站网建设及反演斜径水汽量
11.5.3 资料处理
11.5.4 产品在天气预报的应用
11.5.5 数值天气预报模式的资料同化
11.6 地基GPS水汽监测系统的发展及潜在应用
11.6.1 人工影响天气时机选择
11.6.2 空中水资源评估及开发利用
11.6.3 与雷达液态水含量探测资料的比较
11.6.4 为中尺度数值模式提供初始场
11.7 地基GPS探测水汽的发展与气象业务应用
11.7.1 GPS-PWV用于灾害性天气监测分析预报
11.7.2 GPS-PWV为中尺度数值预报模式提供初始场
11.7.3 GPS-PWV用于全球气候变化的监测和分析
11.7.4 GPS-PWV为人工影响天气作业提供依据
11.7.5 GPS-SWV用于确定水汽三维分布
参考文献
京公网安备 11010102004214号