张宏敏 孙章宇 武汉大学测绘学院 湖北省武汉市 430079

1 引言

当全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)的信号穿越对流层时会发生弯曲和延迟,从而在伪距/相位的观测值中引入误差.通常ZTD被用来表示这种误差.ZTD又分为天顶干延迟(Zenith Hydrostatic Delay, ZHD)和ZWD.当从ZTD中减去ZHD时,可以获得ZWD,其通过一个由Tm计算得来的转换系数可以被转换成PWV.如果可以提前知道ZTD、ZWD、ZHD、PWV和Tm等对流层关键参量的信息,将会显著提升定位效果及水汽反演精度.因此有许多学者构建了相应的对流层参量模型,一类模型是通过地表实测气象值来计算的,因此对对流层关键参量与地表气象参数在全球范围内的相关性进行研究具有重要意义.

2 相关原理及方法

2.1 对流层关键参量计算方法

通常对流层关键参量都可以通过对垂直方向上的气象廓线积分求出.因为Saastamoinen模型利用实测气压可以高精度地估计出ZHD ,所以本文对ZHD不予讨论.其他几种关键参量的积分公式如下所示:其中h是地表高度(m),T是温度(K),p是气压(hPa),e是水汽压(hPa),k1、k2、k3和是折射率常数,其值分别为77.604 K/Pa、64.79 K/Pa、377600 K/Pa和16.52 K/Pa,R是水汽气体常量,其值为461.495 J/(kgK).

2.2 相关性分析方法

本文通过计算全球范围内每一个格网点对流层关键参量与地表气象参数相关系数的方法,对两者的全球相关性进行分析.其中相关系数的计算方法如下:

其中Y代表对流层关键参量,即ZTD、ZWD、 PWV和Tm,X代表地表气象参数,即T、p和 e,Cov(X,Y)为X和Y的协方差,D(X)和D(Y)分别为X和Y的方差.

3 实验数据介绍

本文的实验数据为ERA-Interim,其是欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)近年来发布的一……