基于多源数据的高时空分辨率全球对流层延迟精化模型的构建及其应用研究

The troposphere which contains majority of water vapor content and the 75% quantity of the atmosphere is the lowest layer of the atmosphere. It is well known that there is deep connection between troposphere variation and the weather phenomena and the troposphere delay is the main error resource for GNSS signals processing. This project aims to build two kinds of tropospheric delay models with physical and mathematical solutions respectively under the same external conditions, then the accuracy assessment of the two solutions can be implemented by evaluating the accuracy of the two kinds of models. Furthermore, the GNSS data, combined with GGOS atmosphere data and ECMWF data, are used to establish the refined global or regional troposphere model. The solution for the model application in precise point positioning, wide area augmentation system, and also the coming Beidou-based wide area augmentation system in is studied comprehensively and presented in detail in this project. For deep application study, the GNSS data from continuously operating references system of different and typical provinces and cities of China are processed to monitor the water vapor variation in the troposphere. The changing pattern of water vapor (wet delay) are studied along with the generation, evolution and dying of the severe convection weather. Based on this, the correlation between the weather process and the water vapor variation are explored, and the new idea for severe convection weather forewarn are expected to be given out.

对流层是地球大气层最靠近地面的一层，蕴含了整个大气层约75%的质量，并包含了几乎所有的水汽。对流层的状态与天气现象密切相关，同时也会对导航卫星系统的信号产生延迟误差。本项目在研究对流层延迟建模思想的基础上，构建外部条件一致的基于不同建模方法的对流层延迟模型，进而将对流层延迟建模方法的评估等价转化为模型的评估。基于新的对流层延迟建模思想，融合GGOS Atmosphere、ECMWF和GNSS等多源数据构建一个全球适用局域增强的对流层延迟精化模型，并全面测试新模型在GNSS导航定位中的应用效果，提供将该模型应用于广域增强系统和精密单点定位的完整解决方案，为我国即将建成的北斗广域增强系统做好相关准备工作。同时，利用典型区域的密集CORS网监测对流层的水汽信息，研究强对流天气产生、演变和消亡过程中水汽（湿延迟）的时变模式，探索二者之间的耦合响应关系，进而为强对流天气的预警探索新的思路。

对流层是地球大气层中最靠近地面的一层，由不均匀的中性大气组成，蕴含了整个大气层约 75%的质量以及几乎所有的水蒸气。当无线电信号穿越对流层时会产生非色散性折射，进而导致信号传播路径的弯曲和时延，这一效应一方面为超短波、微波的超视距通信创造了天然条件，另一方面也会对卫星通信、卫星遥感、卫星导航定位、授时等产生不利影响。深入了解对流层的折射效应对无线电信号的影响对于提高通信、遥感、导航、定位和授时的质量有着重要的科学意义。.目前已有多种对流层经验模型，但模型在函数形式、建模数据的精度与时空分辨率、模型的全球表达形式等方面均有一定的缺陷。如目前广泛应用的 GPT2 系列模型的函数形式仍只包含了年周期和半年周期项，无法表达对流层延迟的日变化特性。因此，本项目在研究对流层延迟建模思想的基础上，构建外部条件一致的基于不同建模方法的对流层延迟模型，进而将对流层延迟建模方法的评估等价转化为模型的评估。基于新的对流层延迟建模思想，融合GGOS Atmosphere、ECMWF和GNSS等多源数据构建一个全球适用局域增强的对流层延迟精化模型，并全面测试新模型在GNSS导航定位中的应用效果，提供将该模型应用于广域增强系统和精密单点定位的完整解决方案，为我国即将建成的北斗广域增强系统做好相关准备工作。同时，利用典型区域的密集CORS网监测对流层的水汽信息，研究强对流天气产生、演变和消亡过程中水汽（湿延迟）的时变模式，探索二者之间的耦合响应关系，进而为强对流天气的预警探索新的思路。.在上述理论模型的基础上，进行了高时空分辨率全球对流层延迟精化模型的构建及其应用研究，建立了全球高精度高时空分辨率全球对流层精化模型，该模型可直接用于GNSS测站上大气可降水量信息的计算，进一步应用到强对流天气的监测和预警中。此外，该模型也可用到GNSS导航和定位中，进一步提高GNSS定位的效率。