第1章 GPS系统和定位原理 1
1.1 引言 1
1.2 GPS系统 1
1.2.1 GPS系统的组成 1
1.2.2 GPS卫星信号 2
1.2.3 全球导航卫星系统GNSS 3
1.3 GPS卫星定位的基本原理 6
1.3.1 测距码伪距法定位 6
1.3.2 载波相位法定位 7
1.3.3 载波相位测量差分法 8
参考文献 10
第2章 地基GPS气象学原理 11
2.1 引言 11
2.2 大气对GPS信号传播的影响 11
2.3 大气延迟，天顶延迟和地图函数 12
2.4 大气天顶延迟和可降水量的计算 16
2.4.1 用双频法消除电离层的延迟 16
2.4.2 天顶静力延迟的计算 17
2.4.3 天顶湿延迟和可降水量 17
2.5 地基GPS气象学的发展 18
2.5.1 国际地基GPS气象学的发展 18
2.5.2 我国地基GPS气象学的发展 24
2.5.3 GPS气象学的发展前景 29
参考文献 29
第3章 GPS气象网的建设、运行和维护 33
3.1 GPS气象网的基本组成 33
3.2 GPS气象网的站点布局 34
3.3 GPS基准站的建设 35
3.3.1 基准站设备 35
3.3.2 GPS基准站的站址和环境选择 37
3.3.3 基建 37
3.3.4 设备安装 38
3.3.5 接收机设置 39
3.3.6 设备安装建档 39
3.4 GPS和气象观测数据的采集 39
3.5 GPS资料的解算 40
3.6 GPS气象应用产品的生成 41
3.7 GPS气象网的运行维护 41
参考文献 44
第4章 地基GPS气象网的资料解算 45
4.1 引言 45
4.2 实时解算软件（以GAMIT软件为例） 45
4.2.1 GPS数据处理软件 45
4.2.2 解算前的资料准备 45
4.2.3 软件参数设置 47
4.2.4 天顶总延迟量的计算（GAMIT的解算过程） 49
4.2.5 可降水量的计算 52
4.3 GAMIT解算软件的下载和安装 52
4.3.1 软件下载 52
4.3.2 软件安装 52
参考文献 53
第5章 地基GPS反演水汽结果的精度检验和误差分析 54
5.1 检验工具和方法 54
5.1.1 检验工具 54
5.1.2 GPS/PWV与Radio/PWV、WVR/PWV的差别 55
5.1.3 检验方法 57
5.2 GPS/PWV的精度检验 57
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） 57
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） 61
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） 62
5.2.4 GPS/PWV误差的日变化 65
5.3 GPS/PWV的误差源分析 67
5.3.1 对流层总延迟量的观测误差 67
5.3.2 静力延迟量估算误差 68
5.3.3 GPS/PWV的反演误差 69
参考文献 73
第6章 GPS气象工作站的产品和应用 75
6.1 用于实时监测和预报的产品 75
6.1.1 单站PWV的7天时序图和1天时序图 75
6.1.2 PWV的分布图和动画显示 76
6.1.3 PWV的梯度图 78
6.1.4 PWV的3小时变化图 78
6.1.5 与其他天气资料图的叠加显示 78
6.1.6 PWV层析资料和产品 82
6.2 整编后的历史资料和产品 84
6.2.1 整编后的历史资料 84
6.2.2 单站月PWV和小时雨量时序图 84
6.3 电离层电子含量的产品 84
第7章 GPS/PWV资料在气候分析中的应用 86
7.1 长江三角洲地区的水汽在时间变化上的气候分析 86
7.1.1 年间变化 86
7.1.2 季节变化 86
7.1.3 月内变化 88
7.1.4 日变化 88
7.2 长江三角洲地区的水汽在空间分布上的气候分析 89
7.3 利用PWV资料诊断长江三角洲地区入梅的方法 91
7.3.1 利用GPS/PWV资料诊断入梅日期的方法 92
7.3.2 历史资料的验证 95
7.3.3 在诊断2006年入梅的应用 99
参考文献 99
第8章 GPS/PWV资料在天气预报和分析中的应用 100
8.1 利用单站GPS/PWV的阈值预报降水过程的方法 100
8.1.1 GPS/PWV的预报阈值的选择 100
8.1.2 预报检验和PWV阈值的调整 103
8.1.3 预报时效 104
8.1.4 两个降水过程的预报个例 105
8.2 利用GPS/PWV资料分析台风期间大气中水汽的变化 108
8.2.1 1998年台风Zeb影响期间的水汽的变化 109
8.2.2 2002年台风Ramasun影响华东期间PWV演变分析 109
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 116
8.3.1 2008年8月25日上海地区特大暴雨的个例 116
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 119
8.3.3 PWV变化图对暴雨预报的指示作用 125
参考文献 129
第9章 GPS资料在数值天气预报模式中的资料同化 130
9.1 引言 130
9.2 GPS资料同化技术简介 130
9.2.1 资料同化的基本原理 130
9.2.2 WRF/3DVAR同化系统介绍 131
9.2.3 WRF/3DVAR系统中GPS同化资料输入／输出格式说明 131
9.3 GPS/PWV资料同化研究实例 134
9.3.1 利用GPS/PWV资料调整数值模式初始场的研究 134
9.3.2 GPS/PWV资料同化改进降水预报的个例试验 137
9.3.3 GPS/PWV资料变分同化改进降水预报的连续试验 139
9.4 GPS观测延迟量资料的同化试验 142
9.4.1 天顶总延迟GPS/ZTD资料的同化试验 142
9.4.2 天顶湿延迟GPS/ZWD资料的同化试验 144
9.4.3 斜路径湿延迟GPS/SWD资料的同化试验 146
参考文献 146
第10章 GPS信号斜路径方向可降水量的计算和层析技术 148
10.1 引言 148
10.2 斜路径大气湿延迟量和可降水量的计算方法 149
10.2.1 斜路径大气湿延迟量SWD的求解 149
10.2.2 斜路径可降水量SWV的求解 153
10.2.3 斜路径可降水量SWV的实验验证 153
10.2.4 斜路径大气可降水量SWV的气象应用 155
10.3 三维层析技术 155
10.3.1 层析原理 156
10.3.2 层析方程组的解法 158
10.3.3 网格划分 158
10.3.4 水汽三维层析初步结果及检验 158
10.3.5 水汽三维层析的产品和应用 159
参考文献 161
第11章 地基GPS技术探测电离层的原理和电离层资料同化 163
11.1 电离层探测技术及研究内容 163
11.2 国内外在地基GPS电离层探测和应用方面的进展 163
11.3 地基GPS技术探测电离层的基本原理 164
11.3.1 电离层折射率指数 164
11.3.2 电离层传播延迟 165
11.3.3 天顶方向总电子含量VTEC 167
11.3.4 单层模型 167
11.4 电离层电子总量TEC的计算流程和产品 168
11.4.1 计算流程 168
11.4.2 GPS/TEC计算的产品 168
11.5 全球电离层同化模型研究 170
11.5.1 全球电离层同化研究的历史和背景 170
11.5.2 USC/JPL的GAIM系统 171
11.5.3 正演模型 175
11.5.4 四维变分同化 176
11.5.5 递推估计方法 178
11.5.6 GAIM同化结果的验证 180
11.5.7 小结和展望 182
参考文献 182
第12章 GPS反射信号新技术的应用 184
12.1 引言 184
12.2 GNSS—R海浪探测技术 185
12.2.1 地基反演有效浪高的GNSS接收机的技术要求 185
12.2.2 实验设备、安排 185
12.2.3 数据分析及产品 186
12.2.4 实验基本原理及反演方法 187
12.3 GNSS—R信号反演土壤湿度的技术 192
12.3.1 干涉复合场 192
12.3.2 Oceanpal土壤湿度反演的基本原理 192
12.3.3 土壤湿度反演的约束条件 193
12.3.4 系统噪声 194
12.3.5 实验及其结果 195
12.4 有待考虑的问题 196
参考文献 196
第13章 空基GPS气象学的基本原理 198
13.1 空基GPS气象学的发展历史 198
13.2 GPS掩星技术反演电离层的原理 200
13.3 GPS掩星技术反演中性大气的原理 202
13.3.1 总折射角的计算 202
13.3.2 折射率廓线的反演 204
13.3.3 从折射率廓线导出大气参数廓线 204
13.4 GPS掩星技术反演中性大气的特点 206
13.5 GPS掩星反演的折射率的一维变分同化方法 207
13.6 GPS掩星反演技术中存在的问题和改进 211
13.6.1 低层大气多路径效应 211
13.6.2 超折射效应 214
参考文献 215
第14章 空基GPS气象学的试验计划和资料处理 219
14.1 空基GPS气象学的试验计划的进展 219
14.1.1 GPS/MET实验卫星MicroLabl 219
14.1.2 ？rsted和Sunsat计划 220
14.1.3 SAC-C计划和CHAMP计划 220
14.2 COSMIC系统 221
14.3 COSMIC资料的介绍 224
14.4 COSMIC资料的下载和解码 225
14.4.1 从COSMIC网页直接查看和下载 225
14.4.2 编程下载资料文件 227
14.4.3 COSMIC资料的解码 228
14.5 COSMIC的wetPrf和brfPrf资料的解码范例 235
14.5.1 wetPrf资料解码范例 235
14.5.2 bfrPrf资料解码范例 242
参考文献 245
第15章 COSMIC资料的检验和应用 246
15.1 COSMIC资料的精度和有关特性的检验 246
15.1.1 总体精度检验方法 246
15.1.2 COSMIC资料精度的检验结果 247
15.1.3 结论 251
15.2 COSMIC资料在实时天气资料分析中的应用 254
15.3 COSMIC资料在台风热力结构的分析中的应用 255
15.3.1 资料收集和处理 256
15.3.2 台风范围内大气各热力要素的特征分析 257
15.4 COSMIC资料探测大气边界层的应用 258
15.4.1 大气边界层 258
15.4.2 掩星观测自动监测大气边界层高度算法 259
15.4.3 大气边界层高度在时间和空间上的结构和变化 259
15.5 COSMIC资料在数值预报模式中的资料同化 261
15.5.1 COSMIC资料同化的数据处理 261
15.5.2 COSMIC资料同化的试验个例 262
参考文献 263