CORS站点水汽量时序分析综述
摘要：随着我国北斗卫星导航系统的建成，基于北斗卫星导航系统的学科融合应用技术也成为研究热点，针对水汽探测技术的研究也越来越多，目前利用卫星定位数据研究各种气象要素，特别是利用卫星定位数据中的大气水汽量进行灾害气候的预报已成为测绘科技工作者关注的研究方向之一。本文通过对国内外大气水汽量时间序列分析研究进行梳理、归纳、总结。
关键词：水汽量；CORS；时间序列分析
1 前言
随着人类社会工业化进程的深入，全球气候变暖趋势加剧，中国近些年来也受到严重的影响，全国各地的暴雨洪水、超强台风、高温干旱和局部强降雨等极端天气事件频发，降雨时空分布不均匀的问题更为明显，水旱隐患对社会经济的发展和生态系统影响增加，预防难度也随之加大。局部突发性暴雨极易造成洪涝灾害和严重的水土流失，2020年长江发生流域性大洪水,上游发生特大洪水,出现了1998年以来最严重汛情，造成安徽、江西、湖北、湖南、广东、广西、重庆、四川、贵州等27省（区、市）3020万人次受灾，140人死亡失踪，172.1万人次紧急转移安置，直接经济损失617.9亿元[1]。为了达到预防灾害再次发生的根本性目标，努力地提高对暴雨灾害的短临预报和监测预警准确度依然是气象工作者长期以往的任务。
水汽，即呈气态的水，是大气中活跃多变的重要组成成分，也是引起温室效应的气体，其在大气环流中充当了重要的角色，在时空中的变化是形成和演变各种灾难性天气的主要驱动因素。预测水汽含量的多少及时空区域分布的变化不仅对常规数值天气预报的精度的提高有很大的帮助，同时也在预报暴雨等灾难性天气监测分析预报、大气质量监测、全球区域性气候变化、水文及海洋学方面也具有显著的作用。由此，细致深入的研究大气中水汽的时空演变规律以及对气候变化的影响对于预报区域气候变化具有巨大的意义[2-3]。
2 国内外GNSS反演大气水汽的研究进展
美国早在20世纪80年代开始将GPS用于水汽探测的研究，GPS气象学由此产生，发展至今已形成较为完备的地基GNSS探测大气可降水量技术。Bevis等于1992年利用GPS进行大气水汽探测实验,并获得误差接近5%的实验成果,由此开始了GPS气象学的发展。1993年，Rocken等对美国Oklahoma地区进行了著名的GPS/SRTOM实验，并利用WVR水汽探测结果用于评定地基GPS探测水汽的精度，实验结果精度为1-2mm，但该实验无法减弱系统误差的影响[4]。后来，Duan等人与1996年同样进行了GPS/SRTOM实验，相比于Rocken等人的研究，该实验引入了四个远距离IGS观测数据，实验结果受系统误差影响明显减弱。从1992至1997年时间内，Bevis等研究学者进行了多个实验，从各个方面证明了地基GNSS探测大气水汽的可行性[5]。在2005年Champollion等用ESCOMPTE在法国布设的GPS观测网进行层析实验，层析先验信息开用的是中纬度标准大气模型，虽然在4000m高度以上的水汽信息没有能够有效分辨出来，但是最后的层析结果还是和探空轮廓线一致[6]。在2010年，Ha等对水汽层析结果进行了垂直剖面的结果和精度通过无线电探空数据进行了验证和比对,观测网数据解决层析模型不适定性的问题上取得了较好的结果[7]。
北京大学毛节泰等人在1993年引进了地基GPS气象学理论，并分析讨论了地基GPS气象学探测大气水汽在我国的可行性[8]，这是我国GPS气象学的开端。陈俊勇在1998年主要对相关的测量原理与方法以及探测精度进行了分析。自1997年开始，在上海、北京、武汉等地开展了一系列野外GPS水汽实验，验证了湿延迟和可降水量的反演精度。1997年李成才利用东南亚地区夏季GPS跟踪站和IGS(International GPS service）数据，基于GAMIT软件反演了上海及武汉暴雨期的PWV[9]。随着中国北斗卫星导航系统的不断地完善,现已能提供覆盖全球的高精度定位服务，并且应用于气象领域研究。徐老师选取了北京地区周边6个GNSS观测站，分别利用GPS和BDS计算对流层天顶总延迟（zenith total delay，ZTD），二者之间的偏差和标准差分别为2mm和5mm左右[10]。李敏等利用PANDA软件处理了亚太地区和西印度洋地区10个连续运行参考站(Continuously Operating Reference Stations，CORS）的BDS和GPS数据，得出BDS反演的水汽与GPS相比，偏差和标准差均小于2mm[11]。韩阳利用精密单点定位（precise point position，PPP)的方法，采用GPS、DBS和GPS BDS三种方案来计算水汽，对比分析后得到BDS可以单独反演出高精度的水汽，利用GPS BDS反演出的水汽精度最高[12]。
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