中国地区GNSS/无线电探空均一化水汽产品构建及水汽多时间尺度变化研究

Accurate knowledge of the atmospheric water vapor variations in multi-time scales is indispensable to the understanding of both the climate and weather systems. However, for China region, due to the limits of the measuring tools or the size of the published datasets, the current water vapor products are not satisfactory yet, especially in the homogeneity and resolution, which has significantly hindered our understanding of the water vapor variations over China and the feedback effects to the regional climate changes. Compared to other measuring tools, the ground-based GNSS has the advantages of high accuracy, high resolution and good homogeneity. There are already more than 2000 GNSS stations over China in Crustal Movement Observation Network of China (CMONOC), China Meteorological Administration GNSS network and National BDS Augmentation Service System network. The accumulated abundant historical GNSS observations (near 20 years) can provide important foundations to the generation and applications of high-accuracy and homogenized water vapor products. This project will utilize these datasets over China to, (1) reprocess long-term large-scale GNSS observations and generate homogenized water vapor products, (2) develop a new GNSS-based model to homogenize the radiosonde water vapor products over China, (3) retrieve the details of multi-time-scale variations of water vapor, and (4) study the relationships between the multi-time-scale water vapor variations and multiple climate factors. This project can have important scientific values and practical significances to the understanding of climate and weather systems, to the study of climate changes and to the utilization of atmospheric water resources.

研究水汽多时间尺度变化对气候分析、极端天气预报及大气过程机制研究十分关键，而均一化水汽资料是水汽多时间尺度变化研究的基础，但受限于观测手段或数据规模，目前中国地区已有的包括无线电探空在内的水汽资料在均一性和分辨率上仍不太理想，是制约中国地区水汽变化及其区域反馈效应研究的主要瓶颈。地基GNSS具备高精度、高分辨率和均一性好的优势，目前中国陆态网、气象局观测网和地基增强网共有超2000个测站，积累了近20年的观测，可为均一化水汽产品构建和应用提供重要的基础数据。本项目拟利用上述数据资源对中国地区开展：（1）长时间大规模GNSS数据重处理及均一化水汽产品构建；（2）基于GNSS的无线电探空水汽均一化订正模型研究；（3）水汽多时间尺度变化精细特征提取；（4）水汽变化同多种气候因子的关联研究。本项目的开展和成果对深入理解中国地区天气气候系统、研究气候变化及合理利用水资源具有重要的科学价值和现实意义。

研究水汽多时间尺度变化对气候分析、极端天气预报及大气过程机制研究十分关键，而均一化水汽资料是水汽多时间尺度变化研究的基础，但受限于观测手段或数据规模，目前中国地区已有的包括无线电探空在内的水汽资料在均一性和分辨率上仍不太理想，是制约中国地区水汽变化及其区域反馈效应研究的主要瓶颈。地基GNSS具备高精度、高分辨率和均一性好的优势，并积累了十分丰富的观测资料，可为中国地区均一化水汽产品构建和应用提供重要的基础数据。. 项目为此开展了GNSS历史数据高精度重处理策略和模型影响分析，完成了全球IGS测站（~60个测站）和中国地区气象局测站网（~1000个测站）、陆态网（~260个测站）、地基增强站网（~150个测站）和部分省市CORS站网的历史数据重处理，并通过均一化，构建了逐小时GNSS水汽产品；分析了中国地区不同类型无线电探空仪器系统性偏差的误差特性，建立了均一化订正模型，相比于国际上广泛使用的Dai方法，订正后同GNSS一致性更好，采用该新模型完成了对中国地区近40年的无线电探空资料的订正；基于构建的中国地区长时间均一化水汽产品，提取了中国地区年代际（趋势）、年际、季节和天的多时间尺度变化特征；通过和并址气象站的关联分析，揭示了中国地区水汽产品同降水的相关特性，并通过构建双峰度量指标，从水汽时空变化的角度，分析了中国地区季风影响范围和运动特征。. 项目研究成果发表SCI论文12篇，EI论文2篇，其他论文2篇，其中TOP期刊论文5篇；授权/受理发明专利2项，获批软件著作权3项；国内外权威学术会议报告7人次（含特邀报告1次）；获CPGPS优秀论文特等奖、中卫协年度优秀论文奖等奖励；负责人张卫星2020年入选第五届中国科协“青年人才托举工程”。. 本项目的研究和成果对深入理解中国地区天气气候系统、研究气候变化及合理利用水资源具有重要的科学价值和现实意义。