水汽監(jiān)測(cè)

水汽監(jiān)測(cè)在天氣預(yù)報(bào)和氣候研究領(lǐng)域占有很重要的地位，一般可以用高空探空直接獲得，也可由衛(wèi)星水汽通道與雷達(dá)等手段反演得到。隨著GPS技術(shù)的發(fā)展及其與氣象學(xué)的交叉融合，使得GPS成為水汽監(jiān)測(cè)的一種先進(jìn)手段。

GPS即全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，是1970—1990年在美國(guó)發(fā)展起來的一種技術(shù)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng)，主要由三個(gè)部分組成：空間星座、地面監(jiān)控和用戶設(shè)備。

空間星座由24顆高空GPS衛(wèi)星組成，保證在全球任何地區(qū)、任何時(shí)刻都有不少于4顆衛(wèi)星可供用于觀測(cè)定位，實(shí)現(xiàn)了全球地面連續(xù)覆蓋，從而確保了全球全天候連續(xù)地提供動(dòng)態(tài)目標(biāo)的三維位置、速度和時(shí)間信息。

地面監(jiān)控目前主要由分布在全球的5個(gè)地面站組成，其中包括衛(wèi)星檢測(cè)站、主控站和信息注入站。根據(jù)GPS用戶的不同要求，所需的接收設(shè)備各異，主要由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件、微處理機(jī)及其終端設(shè)備組成。GPS氣象學(xué)是應(yīng)用GPS設(shè)備來研究大氣科學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科。根據(jù)GPS接收機(jī)的位置，可將GPS遙感技術(shù)分為地基和空基兩種。地基GPS氣象遙感技術(shù)是利用地球表面上靜止的GPS接收機(jī)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，以連續(xù)對(duì)地球大氣參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。空基GPS氣象遙感技術(shù)主要利用安置在人造衛(wèi)星平臺(tái)上的GPS接收機(jī)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，然后采用掩星法對(duì)氣象參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。

利用實(shí)時(shí)的高時(shí)空密度GPS水汽遙感資料，結(jié)合同一時(shí)段氣象衛(wèi)星和多普勒天氣雷達(dá)資料，分析中小尺度天氣系統(tǒng)特征，尤其是水汽總量的空間分布與強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)演變之間的關(guān)系，可以改善中小尺度天氣系統(tǒng)的預(yù)警能力。將GPS反演的大氣水汽含量同化到數(shù)值預(yù)報(bào)中，可明顯提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。GPS遙感技術(shù)可以比較精確地反演大氣垂直積分水汽含量或?qū)α鲗哟髿馑偭?，即可降水量，具有不受降水影響、時(shí)間分辨率高和設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因而越來越受到各國(guó)氣象部門的重視。

瑞典早在1993年就開始建立包括24站的地基GPS觀測(cè)網(wǎng)，日本已于1998年建成了覆蓋全國(guó)的地基GPS觀測(cè)網(wǎng)，美國(guó)已建成了由200多個(gè)GPS接收站組成的全國(guó)性探測(cè)網(wǎng)，而我國(guó)的國(guó)家衛(wèi)星氣象中心和北京大學(xué)地球物理系也在1995年開展了利用空基GPS信號(hào)反演大氣參數(shù)和利用地基GPS反映大氣柱總水汽含量的研究工作。2000年夏季，北京市范圍內(nèi)布設(shè)10個(gè)GPS觀測(cè)點(diǎn)，開始地基GPS的觀測(cè)試驗(yàn)。目前，GPS遙感探測(cè)技術(shù)還處于探索和試驗(yàn)階段，有待進(jìn)一步的研究和發(fā)展以推進(jìn)其在監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)中的應(yīng)用。