水汽監(jiān)測

水汽監(jiān)測在天氣預(yù)報和氣候研究領(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)測的一種先進手段。

GPS即全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，是1970—1990年在美國發(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)、任何時刻都有不少于4顆衛(wèi)星可供用于觀測定位，實現(xiàn)了全球地面連續(xù)覆蓋，從而確保了全球全天候連續(xù)地提供動態(tài)目標(biāo)的三維位置、速度和時間信息。

地面監(jiān)控目前主要由分布在全球的5個地面站組成，其中包括衛(wèi)星檢測站、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、數(shù)據(jù)處理軟件、微處理機及其終端設(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)的一個分支學(xué)科。根據(jù)GPS接收機的位置，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接收機接收GPS衛(wèi)星信號，以連續(xù)對地球大氣參數(shù)進行測量。空基GPS氣象遙感技術(shù)主要利用安置在人造衛(wèi)星平臺上的GPS接收機接收GPS衛(wèi)星信號，然后采用掩星法對氣象參數(shù)進行測量。

利用實時的高時空密度GPS水汽遙感資料，結(jié)合同一時段氣象衛(wèi)星和多普勒天氣雷達資料，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對流系統(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)報中，可明顯提高預(yù)報準(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、時間分辨率高和設(shè)備維護簡單等優(yōu)點，因而越來越受到各國氣象部門的重視。

瑞典早在1993年就開始建立包括24站的地基GPS觀測網(wǎng)，日本已于1998年建成了覆蓋全國的地基GPS觀測網(wǎng)，美國已建成了由200多個GPS接收站組成的全國性探測網(wǎng)，而我國的國家衛(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GPS觀測點，開始地基GPS的觀測試驗。目前，GPS遙感探測技術(shù)還處于探索和試驗階段，有待進一步的研究和發(fā)展以推進其在監(jiān)測和預(yù)測中的應(yīng)用。