Введение 3
Глава 1. Возможность применения ГНСС в зондировании атмосферы 5
1.1 Распространение радиоволн в атмосфере Земли 5
1.2 Дистанционное зондирование тропосферы сигналами ГНСС 8
1.3 Выводы 11
Глава 2. Спутниковая радиотомография тропосферы 12
2.1 Математическая модель томографии 12
2.2 Сингулярное разложение 13
2.3 Спутниковая радиотомография тропосферы 14
2.4 Программная реализация восстановления профиля индекса
рефракции 18
2.5 Результаты 22
2.6 Выводы 25
Глава 3. Восстановление структуры водяного пара 26
3.1 Основное уравнение статики атмосферы 26
3.2 Радиотомография водяного пара 27
3.3 Сравнение результатов с реанализом 32
3.4 Сравнение методов радиотомографии водяного пара в тропосфере
3.5 Программно-аппаратный комплекс радиомониторинга атмосферы 34
3.6 Выводы 36
Заключение 37
Список литературы 38
Приложения 40
Список публикаций и докладов на конференциях 44
Осаждаемый водяной пар (PWV) - это один из параметров первостепенной важности в изучении физики атмосферы, который может улучшить качество составления численных прогнозов погоды (NWP), краткосрочных и долгосрочных прогнозов. Также этот параметр помогает в изучении таких явлений как грозы, наводнения, естественная изменчивость климата (глобальное потепление, изменение климата, повышение уровня моря), выпадение осадков, атмосферная теле- коннекция и т.д [1].
В области физики атмосферы и околоземного космического пространства одним из самых современных, высокоэффективных и перспективных методов исследований является прием радиосигналов со спутниковых аппаратов высокоорбитальных навигационных спутников на сети приемных пунктов. Метод GPS Метеорологии начал развиваться в 1990-ых гг. и с тех пор применяется для обеспечения точности, всепогодности, обобщения показателей преломления, давления, профилей плотности в тропосфере, температуры в нижней стратосфере (35 - 40 км) и ионосферного полного электронного содержания (TEC), а также профилей электронной плотности для улучшения качества анализа и прогноза погоды, мониторинга изменений климата и отслеживания ионосферных процессов.
Высокоорбитальные (GPS/ГЛОНАСС) спутниковые навигационные системы и сеть наземных приемников дают возможность проводить зондирование атмосферы и ионосферы по различным направлениям и применять томографические методы, т.е. позволяют восстанавливать пространственную структуру атмосферы и ионосферы с высоким временным разрешением.
Содержание водяного пара определяется путем измерения пространственных задержек радиосигналов в атмосфере в результате уменьшения фазовой скорости радиоволн за счет эффекта поляризации молекул водяного пара [2].
Целью данной работы являлось разработка методики радиотомографии водяного пара по данным сети приемников ГНСС и сравнение полученных результатов с данными реанализа.
Задачи, которые встали в ходе работы:
1. модернизация и автоматизация программы радиотомграфии индекса рефракции;
2. разработка методики и программного обеспечения мониторинга пространственно-временной структуры водяного пара в тропосфере по сигналам ГНСС и метеорологическим данным приземного слоя;
3. сравнение результатов радиотомографии тропосферы с данными реанализа.
В ходе проделанной работы разработана методика и программа радиотомографии водяного пара по данным сети приемников ГНСС.
Также были выполнены все поставленные задачи, а именно:
1. модернизирована и автоматизирована программа восстановления вертикального профиля индекса рефракции радиоволн по данным сети приемников ГНСС;
2. разработана методика и программное обеспечения мониторинга пространственно-временной структуры водяного пара в тропосфере по сигналам ГНСС и метеорологическим данным приземного слоя;
3. проведено сравнение полученных результатов с независимыми данными реанализа, которое показало соответствие и высокий коэффициент корреляции пространственно-временной картины водяного пара;
Таким образом, разработанная методика радиотомографии водяного пара по сигналам ГНСС может быть использована для оперативного мониторинга тропосферы.
