[发明专利]一种顾及天气的GNSS大气加权平均温度计算方法

说明书

本发明公开了一种顾及天气的GNSS大气加权平均温度计算方法，包括历史探空数据的收集、数据的预处理、数据按天气分类、依分类数据分别构建大气加权平均温度与地表气温间线性模型和根据模型及实测计算不同天气下值。充分顾及不同天气下线性模型的差异性，可以进一步提高大气加权平均温度的计算精度，进而促进GNSS大气可降水量估计精度的提升。本发明可用于日常GNSS水汽估计业务中，也可用于对历史GNSS数据重处理，以提高历史GNSS水汽数据的精度。

技术领域

本发明涉及测绘科学与技术/导航卫星气象学领域，特别是一种顾及天气的GNSS大气加权平均温度计算方法。

背景技术

大气加权平均温度是利用全球导航卫星系统(GNSS)观测数据获取大气可降水量过程中的一个关键参数，其精度直接决定着天顶方向GNSS信号湿延迟向大气可降水量转换的精度。大气加权平均温度可以由定义式计算，也可以由经验模型计算。由定义式计算大气加权平均温度需要知道大气的温度和水汽压垂直廓线信息，这导致应用受限，所以实际应用中常采用经验模型计算，一般是建立大气加权平均温度与地表气温的线性关系，然后根据地表气温观测值计算大气加权平均温度。研究发现，大气加权平均温度与地表气温的线性关系并不是恒定不变的，它与时间和空间均有关系，之前已有方法考虑了这种线性关系的地理特性(空间)和季节特性(时间)，一定程度上提高了大气加权平均温度的计算精度。不同的天气，会导致大气温度和水汽压垂直分布的不同，因此会影响大气加权平均温度与地表气温间线性关系，然而，以往在建立大气加权平均温度线性模型时并未考虑天气因素，这使得模型的精度受到一定的限制。当前的大气加权平均温度线性模型并未考虑天气信息这一问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种顾及天气的GNSS大气加权平均温度计算方法，以进一步提高大气加权平均温度的计算精度，进而促进GNSS大气可降水量估计精度的提升。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种顾及天气的GNSS大气加权平均温度计算方法，包括以下步骤：

步骤1、收集历史探空数据，用于构建Ts-Tm线性模型；其中，Tm为大气加权平均温度，Ts为地表气温；

步骤2、对历史探空数据进行预处理；

步骤3、将预处理后的探空数据按天气分类；具体如下：

获取预处理后的探空数据对应时间与位置处的降雨信息，以天为单位，根据当天是否降雨，将所有通过预处理的探空数据分为无雨天数据和有雨天数据；

步骤4、分天气构建Ts-Tm模型；具体如下：

根据无雨天数据和有雨天数据分别构建Ts-Tm线性模型；Ts-Tm线性模型的形式为

Tm＝a·Ts+b   (1)

其中，a为比例系数，即线性模型的斜率，b为线性模型的截距；

大气加权平均温度Tm的定义式为

其中，P_w为水汽压，T为温度，h为高度，h₀为测站高度，h₁为大气层顶高度；根据探空数据计算Tm时，采用(2)式的离散形式

式中，N为探空数据将大气分层的数目，定义气球上升过程中相邻两次观测间为一层，Δh_i为第i层大气的厚度，即相邻两次观测高度之差；P_wi为第i层平均大气水汽压，T_i为第i层平均温度；

根据各探空廓线计算大气加权平均温度Tm，并与地表气温Ts观测值建立方程，写成误差方程形式如下