ОПРЕДЕЛЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ ПО МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИМ И GPS-ДАННЫМ

Система спутникового позиционирования GPS с использованием сетей двухчастотных приемников активно применяется не только для решения задач геодинамики, но и для исследования ионосферы и тропосферы. Особый интерес представляет оценка атмосферного влагосодержания, так как это один из ведущих параметров определения точности прогнозов погоды и гидрологического мониторинга. Точность оценки влагосодержания определяет точность оценки задержки GPS-сигнала при геодинамических измерениях. В работе описывается методика, позволяющая оценивать значение интегрального влагосодержания атмосферы по измеряемым фазовым задержкам сигнала спутников GPS.

Рассматривается дистанционное зондирование нижней части атмосферы посредством GPS-измерений с целью определения содержания водяного пара в условном вертикальном столбе до уровня верхней части тропосферы (до 12 км над поверхностью Земли). Атмосферный водяной пар учитывается в процессе распространения сигналов от GPS-спутников до наземных приемников в виде «влажной» компоненты полной тропосферной задержки (ZWD). Полная тропосферная зенитная задержка (ZTD) является суммой «сухой», или гидростатической (ZHD), и «влажной» (ZWD) компонент. Данные по ZWD могут быть преобразованы с очень высокой достоверностью в данные по суммарному водяному пару (IWV) над каждым установленным GPS-приемником.

1. Bevis M., Businger S., Herring T., Rocken C., Anthes V., Ware R., 1992. GPS meteorology: remote sensing of atmospheric water vapor using the Global Positioning System. Journal of Geophysical Research: Atmospheres 97 (D14), 15787–15801. http://dx.doi.org/10.1029/92JD01517.

2. Davis J.L., Herring T.A., Shapiro I.I., Rogers A.E.E., Elgered G., 1985. Geodesy by radio interferometry: effects of atmospheric modeling errors on estimates of baseline length. Radio science 20 (6), 1593–1607. http://dx.doi.org/10.1029/RS020i006p01593.

3. Dembelov M.G., Bashkuev Yu.B., Lukhnev A.V., Lukhneva O.F., San’kov V.A., 2016. The moisture content in the troposphere in the Baikal region from GPS measurements. Zhurnal Radioelektroniki (Journal of Radio Electronics) (3), 1–16 (in Russian) [Дембелов М.Г., Башкуев Ю.Б., Лухнев А.В., Лухнева О.Ф., Саньков В.А. Влагосодержание тропосферы в Байкальском регионе по данным GPS измерений // Журнал радиоэлектроники. 2016. № 3. С. 1–16]. Available from: http://jre.cplire.ru/jre/mar16/10/text.pdf.

4. Dembelov M.G., Bashkuev Yu.B., Lukhnev A.V., Lukhneva O.F., San’kov V.A., 2015. Diagnostics of atmospheric water vapor content according to GPS measurements. Atmospheric and Oceanic Optics 28 (4), 291–296. http://dx.doi.org/10.1134/S1024856015040053.

5. Emardson T.R., Elgered G., Johannson J.M., 1998. Three months of continuous monitoring of atmospheric water vapor with a network of Global Positioning System receivers. Journal of Geophysical Research: Atmospheres 103 (D2), 1807–1820. http://dx.doi.org/10.1029/97JD03015.

6. Eminov R.A., Magerramov E.I., 2012. To the issue of GPS measurements of the total amount of precipitated water. Zhurnal Radioelektroniki (Journal of Radio Electronics) (7) (in Russian) [Эминов Р.А., Магеррамов Э.И. К вопросу о GPS измерениях общего количестве осаждаемой воды // Журнал радиоэлектроники. 2012. № 7. C. 1–7]. Available from: http://jre.cplire.ru/iso/jul12/8/text.pdf.

7. Khutorova O.G., Kalinnikov V.V., Kurbangaliev T.R., 2012. Variations in the atmospheric integrated water vapor from phase measurements made with receivers of satellite navigation systems. Atmospheric and Oceanic Optics 25 (6), 429–433. http://dx.doi.org/10.1134/S1024856012060073.

8. Kunitsyn V.E., Nesterov I.A., Tereshin N.A., 2015. Analysis of atmospheric moisture content according to GPS receivers data. Zhurnal Radioelektroniki (Journal of Radio Electronics) (6), 1–12 (in Russian) [Куницын В.Е., Нестеров И.А., Терешин Н.А. Анализ влагосодержания атмосферы по данным приемников GPS // Журнал радиоэлектроники. 2015. № 6. C. 1–12]. Available from: http://jre.cplire.ru/jre/jun15/12/text.pdf.

9. Lukhnev A.V., San’kov V.A., Miroshnichenko A.I., Ashurkov S.V., Byzov L.M., San’kov A.V., Bashkuev Yu.B., Dembelov M.G., Calais E., 2013. GPS-measurements of recent crustal deformation in the junction zone of the rift segments in the central Baikal rift system. Russian Geology and Geophysics 54 (11), 1417–1426. http://dx.doi.org/10.1016/j.rgg.2013.10.010.

10. Marchenko O.Yu., Mordvinov V.I., Antokhin P.N., 2012. The study of long-term variability and conditions for the formation of precipitation in the Selenga river basin. Atmospheric and Oceanic Optics 25 (12), 1084–1090 (in Russian) [Марченко О.Ю., Мордвинов В.И., Антохин П.Н. Исследование долговременной изменчивости и условий формирования атмосферных осадков в бассейне реки Селенга // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25. № 12. С. 1084–1090].

11. Moshkov A.V., Pozhidaev V.N., 2014. Features of radio wave refraction in the near-polar regions. Journal of Communications Technology and Electronics 59 (11), 1107–1111. http://dx.doi.org/10.1134/S1064226914110163.

12. Nilsson T., Elgered G., 2008. Long‐term trends in the atmospheric water vapor content estimated from ground‐based GPS data. Journal of Geophysical Research: Atmospheres 113 (D19), D19101. http://dx.doi.org/10.1029/2008JD010110.

13. Saastamoinen J., 1972. Atmospheric correction for the troposphere and stratosphere in radio ranging satellites. In: S.W. Henriksen, A. Mancini, B.H. Chovitz (Eds.), The use of artificial satellites for geodesy. AGU Geophysical Monograph Series, vol. 15, p. 247–251. http://dx.doi.org/10.1029/GM015p0247.

14. Sankov V.A., Lukhnev A.V., Miroshnitchenko A.I., Dobrynina A.A., Ashurkov S.V., Byzov L.M., Dembelov M.G., Calais E., Déverchère J., 2014. Contemporary horizontal movements and seismicity of the south Baikal Basin (Baikal rift system). Izvestiya, Physics of the Solid Earth 50 (6), 785–794. http://dx.doi.org/10.1134/S106935131406007X.

15. Smith E.K., Weintraub S., 1953. The constants in the equation for atmospheric refractive index at radio frequencies. Proceedings of the IRE 41 (8), 1035–1037. http://dx.doi.org/10.1109/JRPROC.1953.274297.

16. Wang J., Zhang L., 2009. Climate applications of a global, 2-hourly atmospheric precipitable water dataset derived from IGS tropospheric products. Journal of Geodesy 83 (3), 209–217. http://dx.doi.org/10.1007/s00190-008-0238-5.