GPS技術在氣象觀測中的應用

張玉源　劉宏旺　莊品　張放

一、前言

GPS技術經過20多年的發展，其應用研究及應用領域得到了極大的擴展，其中一個重要的應用領域就是氣象學研究。利用GPS理論和技術來遙感地球大氣，進行氣象學的理論和方法研究，如測定大氣溫度及水汽含量，監測氣候變化等，叫做GPS氣象學（GPS/MET eorology，簡寫為GPS/MET）。GPS氣象學的研究于80年代后期最先在美國起步，在美國取得理想的試驗結果之后，其他國家如日本等也逐步開始GPS在氣象學中的研究。

二、GPS氣象學簡介

大氣溫度、大氣壓、大氣密度和水汽含量等量值是描述大氣狀態最重要的的參數。無線電探測、衛星紅外線探測和微波探測等手段是獲取氣溫、氣壓和濕度的傳統手段。但是它們與GPS手段相比，就可明顯地看出傳統手段的局限性。無線電探測法的觀測值精度較好，垂直分辨率高，但地區覆蓋不均勻，在海洋上幾乎沒有數據。被動式的衛星遙感技術可以獲得較好的全球覆蓋率和較高的水平分辨率，但垂直分辨率和時間分辨率很低。利用GPS手段來遙感大氣的優點是，它是全球覆蓋的，費用低廉，精度高，垂直分辨率高。根據1995年4月3日美國發射的用于GPS氣象學研究的Microlab-1低軌衛星的早期結果顯示，對于干空氣，在從5-7 km到35-40 km的高度上，所獲得的溫度可以精確到±1.0℃之內。正是這些優點使得GPS/MET技術成為大氣遙感的最有效最有希望的方法之一。

當GPS發出的信號穿過大氣層中對流層時，受到對流層的折射影響，GPS信號要發生彎曲和延遲，其中信號的彎曲量很小，而信號的延遲量很大，通常在2.3 m左右。……