基于地基GNSS的中国区域准实时、高时空分辨率水汽模型构建与应用

High-accuracy and high spatio-temporal resolution water vapor model is indispensable in now-casting and providing tropospheric delay corrections for geodetic applications. However, the spatial and temporal resolutions of current water vapor models are not sufficient enough, which significantly limits their applications. Nowadays, there are already massive GNSS stations built in China including stations from China Meteorological Administration GNSS network, Crustal Movement Observation Network of China and National BDS Augmentation Service System. They can provide large-scale (more than 2000 stations) GNSS observation data for China's regional water vapor model refinement and applications. Based on these GNSS data, the objectives of this proposal includes, 1) the large-scale, multi-system GNSS real-time tropospheric delay processing method study; 2) China regional high resolution tomography model construction and product generation; 3) GNSS water vapor model verifications and applications in regional InSAR deformation monitoring. The China regional three-dimensional water vapor tomography model and the corresponding data processing software developed in this proposal will significantly improve the accuracy and spatio-temporal resolution compared with the current water vapor models. The related works can also provide high-accuracy tropospheric delay corrections for high-accuracy GNSS and InSAR data processing and benefit the now-cast and other meteorological research.

高精度、高时空分辨率的水汽模型是进行短临气象预报和空间大地测量大气延迟误差改正的重要资料。然而，当前的水汽模型受时间和空间分辨率的限制，无法较好的发挥作用。目前，我国气象局GNSS网、大陆构造环境监测网络、北斗地基增强网等可以提供大规模（大于2000个站）地基GNSS观测资料，为中国区域水汽模型精化与应用研究提供了良好的基础数据平台。本项目拟综合利用上述GNSS数据资源，重点研究：1）大规模、多系统GNSS大网准实时对流层延迟处理方法；2）中国区域高分辨率水汽层析模型构建与产品处理；3）GNSS水汽模型验证及其在区域性InSAR形变监测中的应用。本项目研制中国区域的三维层析水汽模型及其数据处理软件系统，有望大大提高现有水汽产品的精度和时空分辨率，将为高精度GNSS和InSAR数据处理提供关键的大气延迟改正依据，为短临天气预报和其它气象研究提供重要的参考资料。

高精度、高时空分辨率的大气水汽模型产品对于气候分析、天气监测和预报以及空间大地测量大气延迟误差改正十分关键。然而大气水汽变化十分复杂，目前仍然是大气中观测不确定性最大的要素。地基GNSS相比于其他水汽观测手段具备高精度、高时空分辨率和全天候的综合优势。我国气象局GNSS网、大陆构造环境监测网络、北斗地基增强网等可提供大规模的地基GNSS观测资料，能为中国地区水汽模型精化与应用提供良好的基础数据平台。.在此背景下，本项目重点开展了中国地区大规模GNSS数据处理算法、水汽模型精化和应用验证的研究。项目突破了GNSS大网水汽延迟处理中的水平非对称、大型法方程快速估计、高维模糊度快速固定等难题，研制了大规模GNSS水汽处理软件（GMET-ZTD），软件已在中国气象局气象探测中心部署，替代美国GAMIT软件实现了中国地区大规模GNSS测站观测数据业务化处理，支撑了武汉大学成为E-GVAP计划唯一一家非欧美地区分析中心；提出了附加NWM背景场约束的自适应代数重构三维层析方法，解决了广域三维层析的秩亏和大规模参数快速解算难题，实现了千公里级的三维快速层析；融合GNSS和NWM构建了高精度大气模型产品，并在精密定位、InSAR大气改正和暴雨预警预报中开展应用验证。.项目形成了多系统非差大网GNSS对流层延迟快速处理算法1套、广域三维层析水汽约束模型1套、地基GNSS三维水汽层析准实时处理软件1套、中国区域近20年的高时空分辨率水汽产品1套，创建了非欧美区域唯一的EGVAP分析中心，发表学术论文16篇，其中SCI论文13篇（含一区论文6篇，二区TOP论文1篇）；申请发明专利1项，获批软件著作权3项；项目成员在国际国内学术会议做特邀报告3人次，做口头报告17人次；获省部级奖励1项，各类论文奖励5项；项目负责人入选国家级高层次人才项目，项目组成员3人入选中国科协“青年人才托举工程”。