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 Спутниковая радиотомография тропосферы 12
2.2 Математическая модель томографии 14
2.3 Сингулярное разложение 15
2.4 Программная реализация восстановления профиля индекса
рефракции 16
2.5 Выводы 20
Глава 3. Восстановление структуры водяного пара 21
3.1 Основное уравнение статики атмосферы 21
3.2 Радиотомография водяного пара 22
3.3 Программно-аппаратный комплекс радиомониторинга атмосферы 25
3.4 Выводы 26
Заключение 27
Список литературы 28
Приложения
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 телеконнекция 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 являлась разработка методики радиотомографии водяного пара по данным сети приемников ГНСС.
Задачи, которые встали в ходе работы: освоение методики томографии индекса рефракции, модернизация, апробация методики по данным сети, написание программного обеспечения для восстановления пространственно-временной структуры водяного пара в тропосфере по сигналам спутниковых навигационных систем и метеорологическим данным приземного слоя.
В результате проделанной работы разработана методика радиотомографии водяного пара по данным сети приемников ГНСС.
Также были выполнены все поставленные задачи, а именно:
1. освоена методика томографии индекса рефракции по фазовым измерениям сигналов спутниковых навигационных систем;
2. модернизирована программа радиотомографии индекса рефракции;
3. написано программное обеспечение для восстановления пространственно-временной структуры водяного пара в тропосфере по сигналам спутниковых навигационных систем и метеорологическим данным приземного слоя
