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我国是一个洪涝灾害多发的国家,近年来,洪涝灾害的监测与防治越来越受到全社会的关注。利用 GPS观测手段获取洪涝变化规律,为突发的洪涝等灾害进行预警预报,对国民经济的发展和社会和谐具有重要意义。 暴雨是引发洪涝灾害的重要原因之一,而对对流层上空的水汽实时监测对暴雨预报起着至关重要的作用。利用 GPS技术可以获得准实时、高精度、高时空分辨率的PWV时间序列,鉴于GPS技术独特的优越性,结合高效率数据处理软件及合理的层析算法,使 GPS技术发展成一种观测大气水汽变化的重要方法。本文围绕对流层上空水汽变化核心问题展开研究,基于 Matlab软件编写程序计算大气可降水量,实现区域可降水量分布和气候状况的分析。为进一步获得大气水汽三维分布信息,对测站上空区域进行层析;针对层析解算方程可能会出现的秩亏情况,提出了利用反投影函数加密斜路径的方法实现层析解算。主要研究内容如下: (1)探讨了地基GPS反演大气可降水量过程中最优模型的选择问题、探空数据反演可降水量过程中需要注意的关键问题以及天顶对流层延迟计算影响因素。 (2)进行地基GPS反演大气可降水量方法的实验研究。通过高精度解算软件GAMIT/GLOBK解算天顶对流层总延迟量,利用模型计算对流层静力延迟,然后分离出天顶湿延迟,通过转换因子得到最终的大气可降水量。与探空数据计算的大气可降水量对比,结果表明两种方法计算的可降水量相差很小,验证该方法的正确性和可行性。 (3)探讨了地基GPS层析大气水汽中的关键问题。针对层析解算方程中可能会出现的秩亏情况,提出反投影方法;基于卡尔曼滤波高效可计算估计过程状态的特点,提出了基于卡尔曼滤波的层析方法,获得较好的层析结果。 (4)进行地基GPS层析大气可降水量实验研究。利用上述方法,对层析结果分析论证,分别从测站上空大气水汽三维分布、GPS层析水汽廓线和GPS层析水汽随时间变化等方面分析研究,验证该方法的正确性和可行性。最后基于IDW方法计算实验区某一位置可降水量,并与已知数据对比分析,取得较好结果。