Мониторинг атмосферы над Харьковским регионом посредством GPS
Работа посвящена разработке методики определения тропосферной зенитной задержки (ZTD) по данным дистанционного зондирования при помощи системы GPS и экспериментальной проверке предложенного алгоритма. Исходные данные, используемые для вычисления зенитной задержки, а в дальнейшем – метеопараметров в...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Радіофізика та електроніка |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
2013
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105964 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Мониторинг атмосферы над Харьковским регионом посредством GPS / А.Л. Коворотный, Ю.В. Гончаренко, В.Н. Горобец, Ф.В. Кивва, А.И. Горб, А.Ю. Балан // Радіофізика та електроніка. — 2013. — Т. 4(18), № 1. — С. 59-64. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860267865479839744 |
|---|---|
| author | Коворотный, А.Л. Гончаренко, Ю.В. Горобец, В.Н. Кивва, Ф.В. Горб, А.И. Балан, А.Ю. |
| author_facet | Коворотный, А.Л. Гончаренко, Ю.В. Горобец, В.Н. Кивва, Ф.В. Горб, А.И. Балан, А.Ю. |
| citation_txt | Мониторинг атмосферы над Харьковским регионом посредством GPS / А.Л. Коворотный, Ю.В. Гончаренко, В.Н. Горобец, Ф.В. Кивва, А.И. Горб, А.Ю. Балан // Радіофізика та електроніка. — 2013. — Т. 4(18), № 1. — С. 59-64. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Радіофізика та електроніка |
| description | Работа посвящена разработке методики определения тропосферной зенитной задержки (ZTD) по данным дистанционного зондирования при помощи системы GPS и экспериментальной проверке предложенного алгоритма. Исходные данные, используемые для вычисления зенитной задержки, а в дальнейшем – метеопараметров в каждой из приемных точек, получены при помощи региональной системы высокоточных спутниковых геодезических измерений в Харьковской области (NGCNET). В работе описана методика определения гидростатической и влажной (ZWD) компонент тропосферной задержки на основании данных, полученных с помощью двухчастотных приемников GPS. Проведено сравнение между данными, рассчитанными по известным моделям, и полученными от NGCNET. Показано, что коэффициенты корреляции между значениями ZWD составляет 0,5–0,6 – для летних и 0,7–0,8 – для зимних и весенних измерений. В работе также оценены радиусы корреляции значений ZWD для различных сезонов.
Робота присвячена розробці методики визначення тропосферної зенітної затримки (ZTD) за даними дистанційного зондування за допомогою системи GPS та експериментальній перевірці запропонованого алгоритму. Вихідні дані, використовувані для обчислення ZTD, а в подальшому – метеопараметрів в кожній із прийомних точок, отримано за допомогою регіональної системи високоточних супутникових геодезичних вимірювань в Харківській області (NGCNET). У роботі описано методику визначення гідростатичної і вологої (ZWD) компонент тропосферної затримки на підставі даних, отриманих за допомогою двочастотних приймачів GPS. Проведено порівняння між даними, розрахованими за відомими моделями, та отриманими від NGCNET. Показано, що коефіцієнти кореляції між значеннями ZWD становить 0,5–0,6 – для літніх та 0,7–0,8 – для зимових і весняних вимірювань. Також оцінено радіуси кореляції значень ZWD для різних сезонів.
This paper deals with the development of methods for determining the tropospheric zenith delay (ZTD) from remote sensing data using GPS systems and algorithm of the experimental validation. The raw data were obtained by means of a regional system of high-precision satellite geodetic measurements in the Kharkiv region (NGCNET). Later they were used to calculate the zenith delay and weather parameters in each of the receiving points. The article describes a method’s for determining the hydrostatic and “wet” (ZWD) component of the tropospheric delay on the data obtained by the two-frequency receivers GPS. A comparison between the data calculated from the known models, and received from NGCNET. It is shown that the correlation coefficients between the values of the “wet” ingredients tropospheric delay is 0,5–0,6 for summer season and 0,7–0,8 for winter and spring seasons measurements. The correlation radius of ZWD values for different seasons were evaluated in this work.
|
| first_indexed | 2025-12-07T19:02:45Z |
| format | Article |
| fulltext |
РРААССППРРООССТТРРААННЕЕННИИЕЕ РРААДДИИООВВООЛЛНН,, РРААДДИИООЛЛООККААЦЦИИЯЯ ИИ ДДИИССТТААННЦЦИИООННННООЕЕ ЗЗООННДДИИРРООВВААННИИЕЕ
_________________________________________________________________________________________________________________
__________
ISSN 1028−821X Радиофизика и электроника. 2013. Т. 4(18). № 1 © ИРЭ НАН Украины, 2013
УДК 537.877
А. Л. Коворотный1, Ю. В. Гончаренко1, В. Н. Горобец1, Ф. В. Кивва1, А. И. Горб2, А. Ю. Балан3
1Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины
12, ул. Ак. Проскуры, Харьков, 61085, Украина
E-mail: kovorotniy@ire.kharkov.ua
2Навигационно-геодезический центр, Харьков, Украина, e-mail: ngc@ngc.com.ua
3Представительство Leica Geosystems AG в Украине, e-mail: andrey.balan@leica-geosystems.com
МОНИТОРИНГ АТМОСФЕРЫ НАД ХАРЬКОВСКИМ РЕГИОНОМ ПОСРЕДСТВОМ GPS
Оценка состояния атмосферы, а также прогнозирование погоды и климата были и остаются актуальными для различных
областей науки и техники. Работа посвящена разработке методики определения тропосферной зенитной задержки (ZTD) по данным
дистанционного зондирования при помощи системы GPS и экспериментальной проверке предложенного алгоритма. Исходные
данные, используемые для вычисления зенитной задержки, а в дальнейшем – метеопараметров в каждой из приемных точек, полу-
чены при помощи региональной системы высокоточных спутниковых геодезических измерений в Харьковской области (NGCNET).
В работе описана методика определения гидростатической и влажной (ZWD) компонент тропосферной задержки на основании
данных, полученных с помощью двухчастотных приемников GPS. Проведено сравнение между данными, рассчитанными по из-
вестным моделям, и полученными от NGCNET. Показано, что коэффициенты корреляции между значениями ZWD составляет
0,5–0,6 – для летних и 0,7–0,8 – для зимних и весенних измерений. В работе также оценены радиусы корреляции значений ZWD для
различных сезонов.
Ключевые слова: атмосфера, глобальная спутниковая навигационная система, тропосферная задержка, прогнозирование,
перманентная станция.
Оценка состояния атмосферы (монито-
ринг), а также прогнозирование погоды и клима-
та, обусловленных природными и антропогенны-
ми процессами в космосе и на Земле, были и
остаются актуальными в жизни и деятельности
человека [1, 2].
Традиционно, вплоть до возникновения и
развития космических технологий, решение этих
задач производилось статистическими методами
путем анализа астрономических, метеорологиче-
ских, аэрологических и ракетных измерений,
проведенных на стационарных и подвижных
пунктах в различных географических, сезонных и
погодных условиях. Определялись средние и
флуктуационные параметры атмосферы в зависи-
мости от географических координат и влияния
космических факторов, преимущественно актив-
ности Солнца [1]. Было установлено, что энергия
метеорологических образований на порядок и
более превосходит их средние значения, что дало
основания для анализа нелинейных связей между
ними [3], в том числе триггерных эффектов, про-
являющихся в виде ураганов, торнадо, тайфунов
и других катастрофических явлений [3]. Установ-
лено также, что только за два последние десяти-
летия количество и интенсивность метеообразо-
ваний, приводящих к авариям, наводнениям, цу-
нами и другим катастрофам, существенно возрос-
ло. Расширились также географические масштабы
и длительность их существования в годовом цикле
изменения метеорологических параметров атмо-
сферы. В настоящее время актуальность монито-
ринга и прогнозирования состояния атмосферы
продолжает нарастать и, что особенно важно,
возникает острая необходимость в реализации в
глобальном масштабе и реальном времени.
Для решения перечисленных задач все
возрастающее применение наряду с контактными
методами мониторинга находят космические ме-
тоды, основанные на использовании глобальных
навигационных спутниковых систем (ГНСС),
такие как GPS, ГЛОНАСС и др. [4].
Для них информационными являются
сигналы, излучаемые передатчиками, которые уста-
новлены на искусственных спутниках Земли (ИСЗ),
работающими в сантиметровом (см) диапазоне
волн. Приемники ГНСС устанавливаются в базо-
вых и измерительных пунктах, координаты кото-
рых точно известны или подлежат определению.
Известно, что основное влияние на рас-
пространение радиоволн см диапазона оказывают
пространственно-временные характеристики по-
казателя преломления атмосферы [2].
Наиболее существенные погрешности в
измерении координат местоположения возникают
при прохождении радиосигналом ионосферы
Земли. Ионосфера – это ионизированный атмо-
сферный слой в диапазоне высот от 50…1 000 км
над Землей [5, 6], содержащий свободные элект-
роны и ионы. Наличие заряженных частиц вызы-
вает задержку распространения сигнала спутника,
прямо пропорциональную концентрации элект-
ронов и обратно пропорциональную квадрату
частоты радиосигнала. Ионосферная погрешность
может быть существенно уменьшена путем фазо-
вых измерений, проведенных на двух частотах в
L-диапазоне [7].
Другим источником ошибок ГНСС явля-
ется тропосферная рефракция. Тропосфера – слабо-
диспергирующая среда, показатель преломления
которой не зависит от частоты в L-диапазоне.
Тропосферная рефракция и многолучевость не
mailto:kovorotniy@ire.kharkov.ua
mailto:ngc@ngc.com.ua
mailto:andrey.balan@leica-geosystems.com
А. Л. Коворотный и др. / Мониторинг атмосферы над Харьковским…
_________________________________________________________________________________________________________________
60
исключаются посредством измерений на не-
скольких частотах. Тропосферная погрешность
зависит от температуры, давления и влажности,
которые определяются путем моделирования и
прогнозирования [8–10]. При этом наиболее
вариабельной величиной, влияющей на точность
в определении координат местоположения, явля-
ется влажность тропосферы, которая вносит пре-
обладающий вклад в показатель преломления или
индекс ее рефракции. Эти параметры, кроме мо-
нотонных зависимостей от координат и времени,
учитываемых посредством математических моде-
лей, могут содержать структурные особенности,
например, динамические неустойчивости, связан-
ные с конвективными и адвективными процесса-
ми, инверсионными слоями, турбулентностью,
влиянием подстилающей поверхности и др.
Среди известных и наиболее часто применяемых
можно назвать экспоненциальную и биэкспонен-
циальную модели.
Тропосферная задержка сигнала, завися-
щая от метеопараметров среды, моделируется с
помощью зенитной тропосферной задержки (ZTD)
и проектирующей функции (ПФ). Для определе-
ния значения ZTD разработано значительное ко-
личество моделей: Hopfield, Saastamoinen, Niell,
MOPS (Minimum Operational Performance Stan-
dards) и др. [11], каждая из которых имеет свои
достоинства и недостатки. Наибольшей популяр-
ностью в настоящее время пользуется модель
Saastamoinen; она использует метеорологические
данные, полученные в точке расположения при-
емника, и лучше других соответствует реальным
условиям. Одним из недостатков этой модели
является то, что для расчета ZTD используется
модель стандартной атмосферы (MCA) [12], а не
модели, учитывающие особенности исследуемого
региона (региональные модели).
Целью настоящей работы является разра-
ботка методики определения влажной компонен-
ты зенитной тропосферной задержки (ZWD) по
данным дистанционного зондирования при по-
мощи системы GPS и проверка ее работоспособ-
ности на примере Харьковской области.
1. Методика измерения ZWD в точке
приема. Исходные экспериментальные данные об
условиях распространения радиоволн были полу-
чены при помощи региональной системы высоко-
точных спутниковых геодезических измерений в
Харьковской области (NGCNET). Достоинствами
данной системы являются:
– хорошее техническое обеспечение, так как
данная сеть оборудована профессиональными
двухчастотными приемниками LEICA GEOSYSTEM;
– большое количество измерительных пунк-
тов, которое позволяет проводить мониторинг
значительной площади земной поверхности (око-
ло 31 тыс. км2);
– большое расстояние между приемными
пунктами (40…150 км);
– высокая частота измерений (15 Гц), тогда
как в большинстве аналогичных сетей измерения
проводятся один раз в 30 с.
Для повышения точности измерений в
работе также использовались данные сети перма-
нентных станций EUREF (IGS).
На рис. 1 представлена карта расположе-
ния базовых измерительных станций вблизи
Харькова. Принятая информация по ADSL каналу
связи передается в диспетчерский пункт в Харь-
кове и переводится в RINEX-формат.
Рис. 1. Расположение базовых измерительных станций
Данные, полученные с различных прием-
ных станций, используются для вычисления ZTD,
а в дальнейшем – для вычисления метеопарамет-
ров в каждой из приемных точек.
Идея предлагаемого метода вычисления
ZTD состоит в следующем. Зная координаты при-
емной станции, полученные усреднением на вре-
менном интервале не менее одной недели, и по-
ложение спутников, рассчитанное на основе
высокоточных эфемерид, можно вычислить фак-
тическое расстояние между спутником и наблю-
дательным пунктом. Фактическое и измеренное
при помощи GPS расстояния между приемником
и спутником связаны выражением
,clocktropoionomesreal LLLLL ∆+∆+∆+= (1)
где Lreal – фактическое расстояние до спутника;
Lmes – измеренная при помощи GPS псевдодаль-
ность до спутника; ∆Liono – ошибка измерения
псевдодальности, внесенная ионосферой; ∆Ltropo –
Валки Чугуев
Богодухов Харьков
Изюм
Волчанск
Купянск
Лозовая
Первомайск
Красноград
А. Л. Коворотный и др. / Мониторинг атмосферы над Харьковским…
_________________________________________________________________________________________________________________
61
ошибка измерения псевдодальности, внесенная
тропосферой; ∆Lclock – ошибка, внесенная сдвигом
часов приемника и передатчика.
Коррекция псевдодальности с учетом
ионосферных задержек выполняется по алгорит-
му [7]
,
1
)(1)(2
γ
γ
−
−
==∆ YPLYPL
iono
PRPR
PRL (2)
где PR – псевдодальность после коррекции;
)(2 YPLPR – псевдодальность, полученная при по-
мощи Р-кода на частоте L2; )(1 YPLPR – псевдо-
дальность, полученная при помощи Р-кода на
частоте L1; γ – частотный коэффициент:
( ) ( ) .647,16,1227/42,1575/ 22
21 === LL ffγ (3)
Ошибка определения псевдодальности,
внесенная сдвигом часов приемника и передатчи-
ка, вычисляется как [7]
,ΔΔ ctL SVclock = (4)
где SVtΔ – коррекция часов приемника; с – ско-
рость света в вакууме;
( ) ( ) ,ΔΔ 2
210 rocfocffSV tttattaat +−+−+= (5)
где 210 ,, fff aaa – коэффициенты, получаемые из
текущих эфемерид; rtΔ – относительная времен-
ная поправка; toc – опорное время;
( ),sinΔ kr EAFet = (6)
где е, А, Еk – эфемеридные поправочные коэффи-
циенты; F – константа, вычисляемая как
],мс[10442807633,4
2 2
110
2
−− ⋅⋅−=
−
=
c
F
µ
(7)
где µ = 3,980605·1014 м3/с2 – гравитационная по-
стоянная Земли.
Из выражения (1) с учетом (2)–(7) можно
выделить задержку, связанную с распространени-
ем радиоволн в тропосфере. Данная методика
определения тропосферной задержки предложена
в [13], однако описание программного обеспече-
ния для определения ZWD в литературе авторам
не известно.
Полученная задержка зависит не только
от метеопараметров тропосферы, но и от угла
места спутника, поэтому задержку, вносимую
тропосферой, необходимо преобразовать в зенит-
ную задержку. Для спутника, находящегося под
углом места υ, зенитная задержка определяется
как [14]
),(/)( υυ mTZTD = (8)
где Т(υ) – задержка, полученная от спутника,
расположенного под углом места υ; m(υ) – проек-
тирующая функция (ПФ).
Величина ZTD определяется высотными
профилями метеорологических величин – давле-
ния, температуры и влажности – и часто разбива-
ется на две составляющие: гидростатическую
(ZHD) и влажную (ZWD) [15]. При этом для каж-
дой составляющей зенитной задержки подбира-
ются индивидуальные ПФ. Характерные значения
ZTD составляют 2,2…2,4 м, при этом около 90–
95 % этой величины приходится на гидростатиче-
скую часть.
Модель Saastamoinen для вычисления ПФ
тропосферной задержки использует различные
зависимости для описания гидростатической и
влажной компонент:
),()()( υυυ ZWDZHDZTD += (9)
где υ – угол места спутника, °.
( ),)90(tg16,1
)90cos(
10277,2
)( 2
0
3
υ
υ
υ −°−
−°
⋅
=
−
PZHD (10)
где Р0 – атмосферное давление в точке наблюде-
ния, Па.
,05,0
1255
)90cos(
10277,2
)( 0
0
3
e
T
ZWD
+
−°
⋅
=
−
υ
υ (11)
где Т0 – температура в точке наблюдений, K;
е0 – парциальное давление водяного пара, Па.
При вычислении зенитной задержки (υ = 90°)
выражения (9)–(11) упрощаются:
0
310277,2)90( PZHD ⋅⋅=° − ; (12)
.05,0
1255
10277,2)90( 0
0
3 e
T
ZWD
+⋅=° − (13)
Из выражения (12) видно, что значения
гидростатической зенитной задержки и атмо-
сферного давления в точке наблюдения связаны
линейно. Изменение давления в районе Харькова
от 735 тopp (сильный циклон) до 750 тopp (анти-
циклон) вызывает изменение ZHD (90°) c 2,231 м
до 2,278 м, т. е. на ~ 4,5 см.
Рассмотрим влияние изменений относи-
тельной влажности и температуры в точке
наблюдения на ZWD. На рис. 2 представлен ре-
зультат расчета ZWD для диапазона температур –
25…+25 °С и влажностей 35, 50 и 85 % при атмо-
сферном давлении 745 торр. Из рисунка видно,
что значения ZWD в зимнее время в несколько раз
меньше, чем в теплое время года.
При –10 °С значение влажной компонен-
ты не превышает 1 % от полной тропосферной
задержки, а при +10 °С оно составляет 4–5 %.
Очевидно, что точность измерения влагосодер-
жания тропосферы в теплое время года будет бо-
лее высокой, чем в холодное время.
А. Л. Коворотный и др. / Мониторинг атмосферы над Харьковским…
_________________________________________________________________________________________________________________
62
30 20 10 0 10 20
0
10
20
30
85%
50%
35%
ZW
D,
см
T, °C
Рис. 2. Зависимость ZWD от температуры и относительной
влажности, рассчитанная по модели Saastamoinen в точке
наблюдения при атмосферном давлении 745 торр
2. Обсуждение результаттов. Для оцен-
ки работоспособности предложенного алгоритма
производились измерения ZWD и сравнение
полученных при помощи GPS-приемника значе-
ний с данными, рассчитанными по модели
Saastamoinen. Для увеличения площади покрытия
региональной сети приемных станций GPS и
улучшения точности измерений на границах
Харьковской области анализировались данные
перманентных станций в г. Полтава и Харь-
ков (KHAR), а также станции РИ НАНУ, распо-
ложенной в пос. Мартовая.
Проанализированы временные значения
ZTD и ZWD, относящиеся к трем сезонам: зима
(январь 2012 г.), весна (март 2012 г.) и лето (июль
2012 г.). На рис. 3 показан временной ход ZWD за
период 1–17 марта 2012 г. Различия между изме-
ренными (кривая 2) и рассчитанными (кривая 1)
величинами ZWD могут быть обусловлены, по
нашему мнению, пространственным разносом
между метеостанцией «Харьков» и станцией Харь-
ков (KHBA). Несмотря на эту ошибку, наблюдает-
ся существенная корреляция между измеренными
и рассчитанными значениями ZWD.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
2
14.03.1210.03.1206.03.12
ZW
D,
см
t, сут.02.03.12
1
Рис. 3. Временной ход ZWD: 1 – ZWD, рассчитанное по моде-
ли Saastamoinen; 2 – ZWD, рассчитанное на основании данных
ГНСС
На рис. 4 и 5 представлены вариации зна-
чений ZWD, полученные при помощи GPS изме-
рений на станциях Харьков (KHBA) и Изюм в
весенний (1 – 17.03.2012 г.) и летний (15 –
31.07.2012 г.) периоды. Из рисунков видно, что
среднее значение ZWD, полученное весной в 4–5 раз
меньше аналогичной величины ZWD, полученной
в летние месяцы.
0
2
4
6
8
14.03.1210.03.1206.03.12 t, сут.
ZW
D,
см
1
2
02.03.12
Рис. 4. Изменение ZWD на станциях IZUM (кривая 1) и KHBA
(кривая 2)
5
10
15
20
25
30
1
2
ZW
D,
см
t, сут.16.07.12 20.07.12 24.07.12 28.07.12
Рис. 5. Изменение ZWD на станциях IZUM (кривая 1) и KHBA
(кривая 2)
Коэффициент корреляции для зимнего и
весеннего сезонов составляет 0,70–0,75, а для
лета – 0,5–0,6. Разница коэффициента корреляции
для различных сезонов является следствием двух
причин:
• Модель Saastamoinen основывается на стан-
дартной модели тропосферы, в которой индекс
рефракции убывает с высотой и не зависит от
места наблюдения. Летом вероятность появления
температурных аномалий и инверсионных слоев
влажности больше, чем в весеннее и зимнее вре-
мя, поэтому для летних данных точность модели
Saastamoinen существенно уменьшается.
• В приведенных выше экспериментах точки
сбора метеоданных и GPS-приемники были раз-
несены на расстояние нескольких километров.
Поэтому метеопараметры тропосферы, опреде-
– – –
А. Л. Коворотный и др. / Мониторинг атмосферы над Харьковским…
_________________________________________________________________________________________________________________
63
ленные на метеостанции, могут несколько отли-
чаться от метеопараметров в точке размещения
навигационного приемника.
Также следует отметить, что в летние ме-
сяцы изменение ZWD на станции Изюм запазды-
вает относительно аналогичного изменения на
станции KHBA на 8…12 ч. Это означает, что в
рассматриваемый интервал времени скорость рас-
пространения возмущения составляла 30…40 км/ч.
Описанный эффект, который был отмечен в рабо-
те [16], хорошо виден на рис. 5 (17, 24 и 29 июля
2012 г.).
На рис. 6 представлены зависимости ко-
эффициента взаимной корреляции ZWD от рас-
стояния между приемными пунктами, построен-
ные по суточным данным, полученным для зимы
(30.01.2012 г.), весны (14.03.2012 г.) и лета
(20.07.2012 г.).
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
R
S, км
2
1
3
Рис. 6. Зависимость коэффициента взаимной корреляции ZWD
от расстояния между приемными пунктами: 1 – 30.01.2012 г.;
2 – 20.07.2012 г.; 3 – 14.03.2012 г.
Из рисунка видно, что коэффициент вза-
имной корреляции между данными о ZWD, полу-
ченными станциями, расположенными на рас-
стоянии 11 км (KHAR и KHBA) равен 0,97–0,99
для любого сезона. При увеличении расстояния
между приемными пунктами коэффициент кор-
реляции уменьшается до 0,1 для станций, нахо-
дящихся на расстоянии 120…130 км. Следует
отметить, что радиус корреляции ZWD зависит не
только от сезона, а также от актуальной метеоро-
логической ситуации. На протяжении 14–15 мар-
та 2012 г. (кривая 3 на рис. 6) на всей территории
Восточной Украины установился мощный циклон,
вызвавший плотную многоярусную облачность и
практически непрерывные осадки в виде снега.
Температура на всей территории Харьковской
области в это время колебалась от +3 до –0,5 °С.
Исходя из формы кривой 3 можно предположить,
что размер метеообразования, обуслoвливающего
вариации ZWD 14.03.2012 г., превышал 150 км.
Метеоситуация 30.01.2012 г. и 27.07.2012 г. была
менее стабильной, что обусловило уменьшение
радиуса корреляции до 80…100 км при R = 0,5.
На рис. 7 представлено пространственное
распределение ZWD, полученное в 8 ч 00 мин
20.07.2012 г. Метеорологическую ситуацию
20.07.2012 г. определял мощный грозовой фронт,
вызвавший ливневые осадки и грозы на фоне
высокой (25…27 ºС) дневной температуры.
Выпадение и быстрое испарение осадков обусло-
вило неравномерность поля ZWD, наблюдаемую
на рис. 7. Как видно из рисунка, максимальное
значение ZWD и, соответственно, максимальное
количество водяного пара в атмосфере наблюда-
ется на границе Харьковской области в районе
г. Красноград и Волчанск, в то время как в районе
г. Лозовая содержание водяного пара в атмосфере
существенно меньше.
Рис. 7. Распределение ZWD на территории Харьковской облас-
ти, полученное в 8 ч 00 мин 20.07.2012 г.
Выводы. Описана методика определения
ZНD и ZWD на основании данных, полученных с
помощью двухчастотных приемников ГНСС GPS.
Проведено сравнение между расчетными данны-
ми, полученными на основе измерений регио-
нальной системы высокоточных спутниковых
геодезических измерений Харьковской области, и
данными математического моделирования.
Показано, что коэффициент корреляции
между значениями ZWD, полученными при по-
мощи GPS-измерений и рассчитанными на осно-
вании модели Saastamoinen, составляет 0,5–0,6
для летних и 0,7–0,8 для зимних и весенних изме-
рений. Таким образом, модель Saastamoinen мо-
жет быть использована на первом этапе апроба-
ции предлагаемой методики расчета ZWD.
В работе оценен радиус корреляции зна-
чений ZWD, полученных в зимнее, весеннее и
летнее время. Показано, что пространственное
распределение ZWD, в летнее время, более неод-
нородно, чем распределения ZWD, в зимний и
весенний период.
Широта, °
ZWD, см
35 36 37 Долгота, °
Купянск
50
49
17,0
17,3
17,5
17,8
18,0
18,3
18,5
18,8
19,0
19,3
Изюм
Первомайск
Чугуев
Лозовая
Харьков
Богодухов Волчанск
Красноград
А. Л. Коворотный и др. / Мониторинг атмосферы над Харьковским…
_________________________________________________________________________________________________________________
64
Одним из метеорологических парамет-
ров, отражающих влагосодержание атмосферы,
есть количество осажденной воды или PWV
(Precipitable Water Vapor), поэтому дальнейшие
исследования необходимо направить на разработ-
ку алгоритмов определения PWV по данным
ГНСС-измерений.
Библиографический список
1. Поток энергии Солнца и его изменения / под ред.
О. Уайта; пер. с англ. под ред. Г. М. Никольского. – М.:
Мир, 1980. – 558 с.
2. Солнечно-земные связи, погода и климат / под ред. Бил-
лий М. Мскормац; пер. с англ. – М.: Мир, 1982. – 384 с.
3. Черногор Л. Ф. Нелинейности в природе и науке /
Л. Ф. Черногор. – Х.: Харьков. гос. ун-т, 2008. – 504 с.
4. Paroscientific, Inc. / GPS meteorology [Электронный ресурс]. –
Режим доступа: http://www.paroscientific.com/gpsmet.htm. –
Дата доступа: 27.10.12. – Загл. с экрана.
5. Richard B. L. GPS, Ionosphere and Solar Maximum /
B. L. Richard // GPS world. – 2000. – 11, Iss. 7. – P. 44–49.
6. Handbook of Geophysics and the Space Environment /
A. Jursa, ed. – Hanscom, US Air Force Geophysics Laborato-
ry, 1984. – 1042 р.
7. US Coast Guard Navigation Center. Interface control docu-
ment ICD-GPS-200, rev IRN-200C-04 [Электронный
ресурс]. – Режим доступа: http://www.navcen.uscg.gov/
pubs/gps/icd200/icd200cw1234.pdf . Дата доступа: 27.10.12. –
Загл. с экрана.
8. Долуханов М. П. Распространение радиоволн / М. П. Долу-
ханов. – М.: Сов. радио, 1972. – 155 с.
9. Du Castel Francois. Tropospheric Radiowave Propagation
beyond the Horizon / Du Castel, Franсois. – Oxford: Per-
gamon Press, 1966. – 231 p.
10. Бин Б. Р. Радиометеорология / Б. Р. Бин, Е. Дж. Даттон;
пер. с англ. под ред. А. А. Семенова. – Л.: Гидрометео-
издат., 1971. – 392 с.
11. Hofmann B. GNSS – Global Navigation Satellite Systems /
B. Hofmann, H. Lichtenegger, E. Wasle. – N. Y.: Springer,
2007. – 385 p.
12. U.S. Standard Atmosphere Supplements, 1966/ U.S. Govern-
ment Printing Office, Washington, D.C., 1966. [Электронный
ресурс]. – Режим доступа: http://oai.dtic.mil/oai/oai?verb=
=getRecord&metadataPrefix=html&identifier=AD0659543. –
Дата доступа:27.10.12. – Загл. с экрана.
13. Мониторинг интегрального содержания водяного пара в
атмосфере ГНСС-сигналами / В. В. Чукин, Е. С. Алдош-
кина, А. В. Вахнин и др. // Ученые зап. РГГМУ. – 2010. –
№ 12. – С. 51–60.
14. Mendes V. Modeling the neutral-atmospheric propagation
delay in radiometric space techniques: Ph.D. thesis, Depart-
ment of Geodesy and Geomatics Engineering Technical
Reрort N 199, University of New Brunswick / V Mendes. –
New Brunswick, 1999. – 353 p.
15. Заблоцький Ф. Д. Визначення і оцінка складових тропо-
сферної затримки у GPS вимірах / Ф. Д. Заблоцький // Гео-
дезія, картографія і аерофотознімання. – 2001. – Вип. 61. – С.
11–23.
16. Сопин А. А. Определение параметров холодного фронта
циклона «Кирилл» по синхронным измерениям давления
и потока мюонов / А. А. Сопин, Ю. М. Ямпольский //
Радиофизика и радиоастрономия. – 2011. – 11, № 1. –
С. 62–69.
Рукопись поступила 22.11.2012 г.
A. L. Kovorotniy, Yu. V. Goncharenko,
V. N. Gorobets, F. V. Kivva, A. I. Gorb, A. Yu. Balan
ATMOSPHERE MONITORING OVER
THE KHARKOV REGION BY MEANS OF GNSS
The state of the atmosphere rating, weather and climate
forecasting were actual for other areas of science and engineering.
This paper deals with the development of methods for determining
the tropospheric zenith delay (ZTD) from remote sensing data
using GPS systems and algorithm of the experimental validation.
The raw data were obtained by means of a regional system of
high-precision satellite geodetic measurements in the Kharkiv
region (NGCNET). Later they were used to calculate the zenith
delay and weather parameters in each of the receiving points.
The article describes a method’s for determining the hydrostatic
and “wet” (ZWD) component of the tropospheric delay on the data
obtained by the two-frequency receivers GPS. A comparison be-
tween the data calculated from the known models, and received
from NGCNET. It is shown that the correlation coefficients be-
tween the values of the “wet” ingredients tropospheric delay is
0,5–0,6 for summer season and 0,7–0,8 for winter and spring
seasons measurements. The correlation radius of ZWD values for
different seasons were evaluated in this work.
Key words: atmosphere, global navigation satellite sys-
tem, tropospheric delay, forecasting, permanent station.
О. Л. Коворотний, Ю. В. Гончаренко, В. М. Горобец,
Ф. В. Ківва, А. І. Горб, А. Ю. Балан
МОНІТОРИНГ АТМОСФЕРИ
НАД ХАРКІВСЬКИМ РЕГІОНОМ
ЗА ДОПОМОГОЮ GPS
Оцінка стану атмосфери, а також прогнозування по-
годи і клімату були та залишаються актуальними для різних
галузей науки і техніки. Робота присвячена розробці методики
визначення тропосферної зенітної затримки (ZTD) за даними
дистанційного зондування за допомогою системи GPS та екс-
периментальній перевірці запропонованого алгоритму. Вихід-
ні дані, використовувані для обчислення ZTD, а в подальшому
– метеопараметрів в кожній із прийомних точок, отримано за
допомогою регіональної системи високоточних супутникових
геодезичних вимірювань в Харківській області (NGCNET). У
роботі описано методику визначення гідростатичної і вологої
(ZWD) компонент тропосферної затримки на підставі даних,
отриманих за допомогою двочастотних приймачів GPS. Про-
ведено порівняння між даними, розрахованими за відомими
моделями, та отриманими від NGCNET. Показано, що коефі-
цієнти кореляції між значеннями ZWD становить 0,5–0,6 – для
літніх та 0,7–0,8 – для зимових і весняних вимірювань. Також
оцінено радіуси кореляції значень ZWD для різних сезонів.
Ключові слова: атмосфера, глобальна супутникова
навігаційна система, тропосферна затримка, прогнозування,
перманентна станція.
http://www.paroscientific.com/gpsmet.htm.%20–
http://www.navcen.uscg.gov/%20pubs/gps/icd200/icd200cw1234.pdf
http://www.navcen.uscg.gov/%20pubs/gps/icd200/icd200cw1234.pdf
http://oai.dtic.mil/oai/oai?verb=%20=getRecord&metadataPrefix=html&identifier=AD0659543
http://oai.dtic.mil/oai/oai?verb=%20=getRecord&metadataPrefix=html&identifier=AD0659543
6. Handbook of Geophysics and the Space Environment / A. Jursa, ed. – Hanscom, US Air Force Geophysics Laboratory, 1984. – 1042 р.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-105964 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1028-821X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T19:02:45Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Коворотный, А.Л. Гончаренко, Ю.В. Горобец, В.Н. Кивва, Ф.В. Горб, А.И. Балан, А.Ю. 2016-09-13T17:58:04Z 2016-09-13T17:58:04Z 2013 Мониторинг атмосферы над Харьковским регионом посредством GPS / А.Л. Коворотный, Ю.В. Гончаренко, В.Н. Горобец, Ф.В. Кивва, А.И. Горб, А.Ю. Балан // Радіофізика та електроніка. — 2013. — Т. 4(18), № 1. — С. 59-64. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 1028-821X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105964 537.877 Работа посвящена разработке методики определения тропосферной зенитной задержки (ZTD) по данным дистанционного зондирования при помощи системы GPS и экспериментальной проверке предложенного алгоритма. Исходные данные, используемые для вычисления зенитной задержки, а в дальнейшем – метеопараметров в каждой из приемных точек, получены при помощи региональной системы высокоточных спутниковых геодезических измерений в Харьковской области (NGCNET). В работе описана методика определения гидростатической и влажной (ZWD) компонент тропосферной задержки на основании данных, полученных с помощью двухчастотных приемников GPS. Проведено сравнение между данными, рассчитанными по известным моделям, и полученными от NGCNET. Показано, что коэффициенты корреляции между значениями ZWD составляет 0,5–0,6 – для летних и 0,7–0,8 – для зимних и весенних измерений. В работе также оценены радиусы корреляции значений ZWD для различных сезонов. Робота присвячена розробці методики визначення тропосферної зенітної затримки (ZTD) за даними дистанційного зондування за допомогою системи GPS та експериментальній перевірці запропонованого алгоритму. Вихідні дані, використовувані для обчислення ZTD, а в подальшому – метеопараметрів в кожній із прийомних точок, отримано за допомогою регіональної системи високоточних супутникових геодезичних вимірювань в Харківській області (NGCNET). У роботі описано методику визначення гідростатичної і вологої (ZWD) компонент тропосферної затримки на підставі даних, отриманих за допомогою двочастотних приймачів GPS. Проведено порівняння між даними, розрахованими за відомими моделями, та отриманими від NGCNET. Показано, що коефіцієнти кореляції між значеннями ZWD становить 0,5–0,6 – для літніх та 0,7–0,8 – для зимових і весняних вимірювань. Також оцінено радіуси кореляції значень ZWD для різних сезонів. This paper deals with the development of methods for determining the tropospheric zenith delay (ZTD) from remote sensing data using GPS systems and algorithm of the experimental validation. The raw data were obtained by means of a regional system of high-precision satellite geodetic measurements in the Kharkiv region (NGCNET). Later they were used to calculate the zenith delay and weather parameters in each of the receiving points. The article describes a method’s for determining the hydrostatic and “wet” (ZWD) component of the tropospheric delay on the data obtained by the two-frequency receivers GPS. A comparison between the data calculated from the known models, and received from NGCNET. It is shown that the correlation coefficients between the values of the “wet” ingredients tropospheric delay is 0,5–0,6 for summer season and 0,7–0,8 for winter and spring seasons measurements. The correlation radius of ZWD values for different seasons were evaluated in this work. ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Радіофізика та електроніка Распространение радиоволн, радиолокация и дистанционное зондирование Мониторинг атмосферы над Харьковским регионом посредством GPS Моніторинг атмосфери над Харківським регіоном за допомогою GPS Atmosphere monitoring over the Kharkov region by means of GNSS Article published earlier |
| spellingShingle | Мониторинг атмосферы над Харьковским регионом посредством GPS Коворотный, А.Л. Гончаренко, Ю.В. Горобец, В.Н. Кивва, Ф.В. Горб, А.И. Балан, А.Ю. Распространение радиоволн, радиолокация и дистанционное зондирование |
| title | Мониторинг атмосферы над Харьковским регионом посредством GPS |
| title_alt | Моніторинг атмосфери над Харківським регіоном за допомогою GPS Atmosphere monitoring over the Kharkov region by means of GNSS |
| title_full | Мониторинг атмосферы над Харьковским регионом посредством GPS |
| title_fullStr | Мониторинг атмосферы над Харьковским регионом посредством GPS |
| title_full_unstemmed | Мониторинг атмосферы над Харьковским регионом посредством GPS |
| title_short | Мониторинг атмосферы над Харьковским регионом посредством GPS |
| title_sort | мониторинг атмосферы над харьковским регионом посредством gps |
| topic | Распространение радиоволн, радиолокация и дистанционное зондирование |
| topic_facet | Распространение радиоволн, радиолокация и дистанционное зондирование |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105964 |
| work_keys_str_mv | AT kovorotnyial monitoringatmosferynadharʹkovskimregionomposredstvomgps AT gončarenkoûv monitoringatmosferynadharʹkovskimregionomposredstvomgps AT gorobecvn monitoringatmosferynadharʹkovskimregionomposredstvomgps AT kivvafv monitoringatmosferynadharʹkovskimregionomposredstvomgps AT gorbai monitoringatmosferynadharʹkovskimregionomposredstvomgps AT balanaû monitoringatmosferynadharʹkovskimregionomposredstvomgps AT kovorotnyial monítoringatmosferinadharkívsʹkimregíonomzadopomogoûgps AT gončarenkoûv monítoringatmosferinadharkívsʹkimregíonomzadopomogoûgps AT gorobecvn monítoringatmosferinadharkívsʹkimregíonomzadopomogoûgps AT kivvafv monítoringatmosferinadharkívsʹkimregíonomzadopomogoûgps AT gorbai monítoringatmosferinadharkívsʹkimregíonomzadopomogoûgps AT balanaû monítoringatmosferinadharkívsʹkimregíonomzadopomogoûgps AT kovorotnyial atmospheremonitoringoverthekharkovregionbymeansofgnss AT gončarenkoûv atmospheremonitoringoverthekharkovregionbymeansofgnss AT gorobecvn atmospheremonitoringoverthekharkovregionbymeansofgnss AT kivvafv atmospheremonitoringoverthekharkovregionbymeansofgnss AT gorbai atmospheremonitoringoverthekharkovregionbymeansofgnss AT balanaû atmospheremonitoringoverthekharkovregionbymeansofgnss |