GPS气象学及其应用

　　前言
　　第1章 GPS系统和定位原理
　　1.1 引言
　　1.2 GPS系统
　　1.2.1 GPS系统的组成
　　1.2.2 GPS卫星信号
　　1.2.3 全球导航卫星系统GNSS
　　1.3 GPS卫星定位的基本原理
　　1.3.1 测距码伪距法定位
　　1.3.2 载波相位法定位
　　1.3.3 载波相位测量差分法
　　参考文献
　　第2章 地基GPS气象学原理
　　2.1 引言
　　2.2 大气对GPS信号传播的影响
　　2.3 大气延迟，天顶延迟和地图函数
　　2.4 大气天顶延迟和可降水量的计算
　　2.4.1 用双频法消除电离层的延迟
　　2.4.2 天顶静力延迟的计算
　　2.4.3 天顶湿延迟和可降水量
　　2.5 地基GPS气象学的发展
　　2.5.1 国际地基GPS气象学的发展
　　2.5.2 我国地基GPS气象学的发展
　　2.5.3 GPS气象学的发展前景
　　参考文献
　　第3章 GPS气象网的建设、运行和维护
　　3.1 GPS气象网的基本组成
　　3.2 GPS气象网的站点布局
　　3.3 GPS基准站的建设
　　3.3.1 基准站设备
　　3.3.2 GPS基准站的站址和环境选择
　　3.3.3 基建
　　3.3.4 设备安装
　　3.3.5 接收机设置
　　3.3.6 设备安装建档
　　3.4 GPS和气象观测数据的采集
　　3.5 GPS资料的解算
　　3.6 GPS气象应用产品的生成
　　3.7 GPS气象网的运行维护
　　参考文献
　　第4章 地基GPS气象网的资料解算
　　4.1 引言
　　4.2 实时解算软件（以GAMIT软件为例）
　　4.2.1 GPS数据处理软件
　　4.2.2 解算前的资料准备
　　4.2.3 软件参数设置
　　4.2.4 天顶总延迟量的计算（GAMIT的解算过程）
　　4.2.5 可降水量的计算
　　4.3 GAMIT解算软件的下载和安装
　　4.3.1 软件下载
　　4.3.2 软件安装
　　参考文献
　　第5章 地基GPS反演水汽结果的精度检验和误差分析
　　5.1 检验工具和方法
　　5.1.1 检验工具
　　5.1.2 GPS/PWV与Radio/PWV、WVR/PWV的差别
　　5.1.3 检验方法
　　5.2 GPS/PwV的精度检验
　　5.2.1 中国长江三角洲GPS网的GPS/PWV精度检验（GPS与探空比较）
　　5.2.2 美国中部GPS网准实时的PwV的检验（GPS与探空、水汽辐射仪比较）
　　5.2.3 水汽梯度对GPS/PWV计算精度的影响（GPS与水汽辐射仪比较）
　　5.2.4 GPS/PWV误差的日变化
　　5.3 GPS/PwV的误差源分析
　　5.3.1 对流层总延迟量的观测误差
　　5.3.2 静力延迟量估算误差
　　5.3.3 GPS/PWV的反演误差
　　参考文献
　　第6章 GPS气象工作站的产品和应用
　　6.1 用于实时监测和预报的产品
　　6.1.1 单站PWV的7天时序图和1天时序图
　　6.1.2 PWV的分布图和动画显示
　　6.1.3 PWV的梯度图
　　6.1.4 PWV的3小时变化图
　　6.1.5 与其他天气资料图的叠加显示
　　6.1.6 PWV层析资料和产品
　　6.2 整编后的历史资料和产品
　　6.2.1 整编后的历史资料
　　6.2.2 单站月PWV和小时雨量时序图
　　6.3 电离层电子含量的产品
　　第7章 GPS/PWV资料在气候分析中的应用
　　7.1 长江三角洲地区的水汽在时间变化上的气候分析
　　7.1.1 年间变化
　　7.1.2 季节变化
　　7.1.3 月内变化
　　7.1.4 日变化
　　7.2 长江三角洲地区的水汽在空间分布上的气候分析
　　7.3 利用PWV资料诊断长江三角洲地区入梅的方法
　　7.3.1 利用GPS/PWV资料诊断入梅日期的方法
　　7.3.2 历史资料的验证
　　7.3.3 在诊断2006年入梅的应用
　　参考文献
　　第8章 GPS/PWV资料在天气预报和分析中的应用
　　8.1 利用单站GPS/PwV的阈值预报降水过程的方法
　　8.1.1 GPS/PWV的预报阈值的选择
　　8.1.2 预报检验和PWV阈值的调整
　　8.1.3 预报时效
　　8.1.4 两个降水过程的预报个例
　　8.2 利用GPS/PWV资料分析台风期间大气中水汽的变化
　　8.2.1 1998年台风Zeb影响期间的水汽的变化
　　8.2.2 2002年台风Ramasun影响华东期间PWV演变分析
　　8.3 GPS/PwV资料在暴雨等强对流天气过程分析和预报中的应用
　　8.3.1 2008年8月25日上海地区特大暴雨的个例
　　8.3.2 2002年8月24日长江三角洲地区的一次飑线天气过程
　　8.3.3 PWV变化图对暴雨预报的指示作用
　　参考文献
　　第9章 GPS资料在数值天气预报模式中的资料同化
　　9.1 引言
　　9.2 GPS资料同化技术简介
　　9.2.1 资料同化的基本原理
　　9.2.2 WRF/3DVAR同化系统介绍
　　9.2.3 WRF/3DVAR系统中GPS同化资料输入/输出格式说明
　　9.3 GPS/PWV资料同化研究实例
　　9.3.1 利用GPS/PWV资料调整数值模式初始场的研究
　　9.3.2 GPS/PWV资料同化改进降水预报的个例试验
　　9.3.3 GPS/PWV资料变分同化改进降水预报的连续试验
　　9.4 GPS观测延迟量资料的同化试验
　　9.4.1 天顶总延迟GPS/ZTD资料的同化试验
　　9.4.2 天顶湿延迟GPS/ZWD资料的同化试验
　　9.4.3 斜路径湿延迟GPS/SWD资料的同化试验
　　参考文献
　　第10章GPS信号斜路径方向可降水量的计算和层析技术
　　10.1 引言
　　10.2 斜路径大气湿延迟量和可降水量的计算方法
　　10.2.1 斜路径大气湿延迟量SWD的求解
　　10.2.2 斜路径可降水量SWV的求解
　　10.2.3 斜路径可降水量SWV的实验验证
　　10.2.4 斜路径大气可降水量SWV的气象应用
　　10.3 三维层析技术
　　10.3.1 层析原理
　　10.3.2 层析方程组的解法
　　10.3.3 网格划分
　　10.3.4 水汽三维层析初步结果及检验
　　10.3.5 水汽三维层析的产品和应用
　　参考文献
　　第11章 地基GPS技术探测电离层的原理和电离层资料同化
　　11.1 电离层探测技术及研究内容
　　11.2 国内外在地基GPS电离层探测和应用方面的进展
　　11.3 地基GPS技术探测电离层的基本原理
　　11.3.1 电离层折射率指数
　　11.3.2 电离层传播延迟
　　11.3.3 天顶方向总电子含量VTEC
　　11.3.4 单层模型
　　11.4 电离层电子总量TEC的计算流程和产品
　　11.4.1 计算流程
　　11.4.2 GPS/TEC计算的产品
　　11.5 全球电离层同化模型研究
　　11.5.1 全球电离层同化研究的历史和背景
　　11.5.2 USC/JPL的GAIM系统
　　11.5.3 正演模型
　　11.5.4 四维变分同化
　　11.5.5 递推估计方法
　　11.5.6 GAIM N化结果的验证
　　11.5.7 小结和展望
　　参考文献
　　第12章 GPS反射信号新技术的应用
　　12.1 引言
　　12.2 GNSS-R海浪探测技术
　　12.2.1 地基反演有效浪高的GNSS接收机的技术要求
　　12.2.2 实验设备、安排
　　12.2.3 数据分析及产品
　　12.2.4 实验基本原理及反演方法
　　12.3 GNSS-R信号反演土壤湿度的技术
　　12.3.1 干涉复合场
　　12.3.2 Oceanpal土壤湿度反演的基本原理
　　12.3.3 土壤湿度反演的约束条件
　　12.3.4 系统噪声
　　12.3.5 实验及其结果
　　12.4 有待考虑的问题
　　参考文献
　　第13章 空基GPS气象学的基本原理
　　13.1 空基GPS气象学的发展历史
　　13.2 GPS掩星技术反演电离层的原理
　　13.3 GPS掩星技术反演中性大气的原理
　　13.3.1 总折射角的计算
　　13.3.2 折射率廓线的反演
　　13.3.3 从折射率廓线导出大气参数廓线
　　13.4 GPS掩星技术反演中性大气的特点
　　13.5 GPS掩星反演的折射率的一维变分同化方法
　　13.6 GPS掩星反演技术中存在的问题和改进
　　13.6.1 低层大气多路径效应
　　13.6.2 超折射效应
　　参考文献
　　第14章 空基GPS气象学的试验计划和资料处理
　　14.1 空基GPS气象学的试验计划的进展
　　14.1.1 GPS/MET实验卫星MicroLabl
　　14.1.2 φrsted和Sunsat计划
　　14.1.3 SAC-C计划和CHAMP计划
　　14.2 COSMIC系统
　　14.3 COSMIC资料的介绍
　　14.4 COSMIC资料的下载和解码
　　14.4.1 从COSMIC网页直接查看和下载
　　14.4.2 编程下载资料文件
　　14.4.3 COSMIC资料的解码
　　14.5 COSMIC的wetPrf和brfPrf资料的解码范例
　　14.5.1 wetPrf资料解码范例
　　14.5.2 bfrPrf资料解码范例
　　参考文献
　　第15章 COSMIC资料的检验和应用
　　15.1 COSMIc资料的精度和有关特性的检验
　　15.1.1 总体精度检验方法
　　15.1.2 COSMIC资料精度的检验结果
　　15.1.3 结论
　　15.2 COSMIC资料在实时天气资料分析中的应用
　　15.3 COSMIC资料在台风热力结构的分析中的应用
　　15.3.1 资料收集和处理
　　15.3.2 台风范围内大气各热力要素的特征分析
　　15.4 COSMIC资料探测大气边界层的应用
　　15.4.1 大气边界层
　　15.4.2 掩星观测自动监测大气边界层高度算法
　　15.4.3 大气边界层高度在时间和空间上的结构和变化
　　15.5 COSMIC资料在数值预报模式中的资料同化
　　15.5.1 COSMIC资料同化的数据处理
　　15.5.2 COSMIC资料同化的试验个例
　　参考文献

　　2006年上海市气象局成立了上海市卫星遥感和测量应用中心，成为GPS气象学研究和应用的专业机构。2006年底我们又开始进行了空基GPS反演资料的应用研究。多年来，我们和国内外同行保持着学术交流，跟踪国际GPS气象学的最新动态。我们在编著本书时，除了综合介绍国内外同行的研究成果外，着重介绍了我们自己在地基GPS网的建设和维护经验以及在GPS气象学应用研究方面的工作成果和著作，力求使本书的内容适合我国的实际情况，达到易懂实用的目标，既能满足气象部门人员的需求，也能适用于学校的教学。