GAMIT軟件的安裝及其在氣象學中的應用

張 寧 胡 鵬 劉樹峰 蘇 軼

(濟南市氣象局，山東 濟南 250002)

GAMIT軟件的安裝及其在氣象學中的應用

張 寧 胡 鵬 劉樹峰 蘇 軼

(濟南市氣象局，山東 濟南 250002)

GAMIT軟件是世界最優秀的GPS數據處理與分析軟件之一，文中主要介紹了GAMIT的功能特點、安裝過程，及其簡化后的使用方法，并結合實例介紹了其在反演大氣可降水量中的應用，希望給初學者提供參考。

GAMIT;linux;gps;對流層延遲;可降水量(pwv)

隨著GPS技術的發展和廣泛應用，大地測量已發生了革命性的變化，并在GPS氣象學等研究中得以廣泛應用，精密解算GPS觀測數據的軟件也得以重視和發展，本文介紹的GAMIT就是其中的代表之一。GAMIT是美國麻省理工學院(MIT)與斯克里普斯海洋研究所(SIO)研制的GPS數據后處理與分析軟件。其特點是運算速度快、版本更新周期短以及在精度許可范圍內自動化處理程度高等，且具有開源性，用戶可以根據需要對源程序修改，便于科研工作，因此在國內外應用相當廣泛，尤其是在免費開源的LINUX操作系統上。從GAMIT10.3版之后，GAMIT提供一種全新的EXE可執行文件安裝模式，簡化了GAMIT軟件的安裝過程。本文介紹新版(10.34版)GAMIT的功能特點、安裝過程，并結合實例介紹其在氣象學中的應用。

1 GAMIT軟件功能簡介

GAMIT軟件解算精度高、運算速度快、申請注冊并經過MIT授權后可免費獲取使用。GAMIT軟件主要由以下幾個模塊組成:ARC(軌道積分)、MODEL(組成觀測方程)、SINCLN(單差自動修復周跳)、DBLCLN(雙差自動修復周跳)、CVIEW(人工交互式修復周跳)、CFMRG(用于創建SOLVE所需的M文件)、SOLVE(利用雙差觀測按最小二乘法求解參數)。GAMIT軟件處理雙差觀測量，采用最小二乘算法進行參數估計，采用雙差觀測量的優點是可以完全消除衛星鐘差和接收機鐘差的影響，同時也可以明顯減弱諸如軌道誤差等系統性誤差的影響。GAMIT軟件主要功能和特點如下［1］:

(1)衛星軌道和地球自轉參數估計;

(2)地面測站的相對定位計算;

(3)用模型改正各種地球物理效應(極移、歲差、章動、潮汐等);

(4)對流層天頂延遲參數和大氣水平梯度參數估計;

(5)支持接收機天線相位中心的ELEV(隨衛星高度角變化)模型改正(現在IGS推薦應用絕對相位中心改正);

(6)可選觀測值等權、反比于基線長度或隨高度角定權;

(7)同時提供載波相位整周模糊度分別為實數和整數的約束解及松弛解;

(8)數據編輯可人工干預(CVIEW)，也可自動處理(AUTCLN)。

2 GAMIT軟件的安裝和使用

2.1 操作系統的選擇

目前，GAMIT軟件設計基于支持X—Windows的UNIX系統，現發行的版本已測試通過的系統有Solaris 2.5—8，HP－UX 9，10.11，Digital Unix(OSF1 V4.0)，IRIX 6.4，Linux(RedHat 5.1—9.0，Fedora Core 3—8，Mandrake，and Gentoo)，Mac OS X2—5。本文選擇使用其中的Linux Fedora Core 8操作系統。硬件系統為DELL OPTIPLEX 755。

2.2 GAMIT軟件所需編譯器的安裝

Fedora Core 8系統的C和Fortran編譯器為GCC4.1版，該編譯器默認的文件選項中MAXUNIT為100，而GAMIT軟件源代碼中則要求MAXUNIT為10000。如果直接進行GAMIT軟件的安裝，雖能完成安裝，但安裝后將無法正常運行。故需要下載更高版本(4.2版以上)的編譯器，并對編譯器進行重新編譯和安裝。安裝GCC的步驟如下:從網站(http://gcc.gnu.org)下載GCC編譯器源代碼，拷貝至/usr/gcc目錄下，進入該目錄，用tar－xvfz命令將其解壓后，執行make bootstrap和make install命令重新進行編譯和安裝GCC。

2.3 GAMIT的安裝

從麻省理工學院的FTP服務器(ftp://chandler.mit.edu)的/updates/s0urce目錄下，下載GAMIT安裝所需軟件包，其中包括安裝批處理文件install_software、更新批處理文件install_updates和下列以.tar或.tar.Z結尾的壓縮文件:

COM.10.34.tar.Z組件壓縮包

gamit.10.34.tar.Zgamit軟件壓縮包

help.10.34.tar.Z幫助系統壓縮包

lO.34.tar.Z kf軟件壓縮包

libraries.10.34.tar.Z庫文件壓縮包

maps.10.1.tar.Z地圖數據壓縮包

tables.10.34.tar.Z表文件壓縮包

example.10.34.tar示例文件壓縮包

然后在LINUX系統中創建/home/gps/gamit目錄，將上述GAMIT安裝文件拷貝至此。由于安裝文件都是以壓縮包的形式發布的，需要使用系統命令對其進行解壓，也可使用GAMIT提供的安裝腳本./install_software來解壓文件。

在安裝軟件前，要對安裝程序的配置文件libraries/ Makefile.config進行修改。與系統相關的設置主要是庫文件和編譯器的路徑設置，在linux FC 8下設置的路徑為:

X11LIBPATH/usr/lib/X11

X11INCPATH/usr/include/X11

與GPS數據處理相關的幾個參數為:

MAXSIT最大測站數默認值55

MAXSAT最大衛星數默認值32

MAXATM最大天頂延遲參數默認值13

MAXEPC最大歷元數默認值2880

以上幾個參數可根據實際研究需要作相應的修改。由于需要近實時地獲得處理數據，須將MAXATM最大天頂延遲參數改為49。然后進入/home/gps/gamit目錄，運行命令./install_software，根據屏幕給出的提示給予回應完成安裝。

2.4 配置GAMIT命令路徑

上述安裝過程完成之后，GAMIT軟件并不能正常運行，需對.cshrc文件進行配置。將路徑/home/gamit/com、/home/gamit/gamit/bin、/home/gamit/kf/bin，加入到LINUX的PATH中。這是因為在控制臺中運行程序時，使用bash shell，若不改寫c shell配置文件，會導致系統無法從路徑中調用到GAMIT的命令。另外將/home/gamit/ help也加入到.bashrc文件中，使GMAIT的幫助文件生效。保存對.bashrc文件的修改，重啟計算機，全部安裝過程完畢。

2.5 GAMIT簡化使用方法

數據處理使用GAMIT軟件提供的一個由c－shell寫成的自動批處理腳本程序sh_gamit。它將繁瑣的數據準備和處理工作集成化，整個數據處理只需輸入一條命令即可完成。sl1_gamit格式為:

Sh_gamit＜options＞

其中比較重要的參數有:

－expt四個字符的工程名(默認為:expt)

－d yr days yr和days是處理數據的年份和年積日，例如:2007 209 210－d yr dl d2 yr為年份，d1為開始年積13，d2為結束年積日，例如:2007 209 306

－orbit使用衛星軌道類型(IGSP IGSRIGSF SIOP SIOR SIOF)(默認為:IGSF)

其他參數可參考sh_gamit幫助文件。

進入/home/gps/gamit目錄，鍵入命令:

Sh_gamit－expt expt－d 2007 209 210－orbit IGSF

sh_gamit自動進行的操作有:檢查目錄并自動創建;建立各種公共參數文件的鏈接;檢查文件并自動下載缺失文件;執行單日GAMIT處理;輸出結果。

3 GAMIT軟件在氣象學中的應用

3.1 GPS探測大氣可降水量的原理

水汽是一種重要的大氣成分，在大氣過程中扮演著重要角色。它的觀測對于天氣、氣候研究至關重要。地基GPS遙感大氣水汽技術是20世紀90年代發展起來的一種全新的大氣觀測手段。它利用地球表面靜止的GPS接收機接收GPS衛星訊號，對地球大氣的水汽含量進行連續測量，以補充常規探空資料時間和空間密度上的不足。其基本原理為:綜合各種技術，得到精確站坐標和精密GPS衛星軌道(由IGS分析中心解算出)，反求噪聲的大氣效應(其中主要是濕大氣影響)，并作為氣象研究中的有用信號，與氣象參數相聯系，得到可降水量(氣候研究和天氣預報中很重要的參數)。

GPS反演可降水量的過程如下:①計算對流層延遲，在載波相位觀測方程［2］中將對流層延遲作為未知參數，在解算結果中對流層延遲作為GPS處理結果的改正值得到;②分離出對流層濕延遲，根據測站大氣壓和測站位置坐標采用干延遲模型計算干延遲，對流層延遲與干延遲差值即為濕延遲;③計算可降水量，通過濕延遲與可降水量之間的函數關系可以求出可降水量。

在新版GAMIT軟件中帶有一個獨立的模塊sh_metutil。上述過程可由該模塊自動完成，并以表格形式輸出對流層總延遲、對流層濕延遲，可降水量，以及輸出結果的標準偏差。

3.2 結果分析

本文使用濟南GPS水汽反演系統，將GAMIT的解算結果和常規探空探測的可降水量結果做了對比分析。利用08年6、7月資料，對GPS水汽反演與探空方法得到的可降水量分析，連續一個月分析如圖1、圖2。

圖1 2008年6月GPS水汽反演結果與探空方法得到的可降水量分析

圖2 2008年7月GPS水汽反演結果與探空方法得到的可降水量分析

GPS可降水量數據密度為每小時，探空可降水量為每12小時，從上圖可以直觀的看出，兩者數據接近，發展趨勢一致，而且都周期性變化。兩種探測手段得到的可降水量在時間變化上具有良好的相關性，利用相似測度法進行分析，矢量之間的相似性采用它們的夾角余弦來度量，即角度相似系數。由得，角度相似系數為0.944 839。說明了濟南地區GPS網探測大氣可降水量的可靠性，反演系統的計算模型的可用性。

4 結論

GAMIT軟件是一款優秀的GPS大型解算軟件，具有開源性等優點，從而可以對參數和源程序進行設置、修改，十分適合科研應用。但其安裝和使用也比較復雜，實際使用中還可能遇到各種各樣的問題，要想真正用好它需要不斷在實踐中摸索和總結。隨著GPS氣象學的發展，新版GAMIT軟件中加入了計算大氣可降水量的模塊，使得該軟件在氣象學中有了更進一步的應用。

(編輯:于杰)

［1］馬洪濱，賀黎明.新版GAMIT軟件的功能特點與應用實例分析［J］.礦山測量，2008，(4):36－39

［2］周忠謨，易杰軍，周琪.GPS衛星測量原理與應用［M］.北京:測繪出版社，1999:129－130.

AbstractGAMIT is an excellent software for the processing and analysis of GPS data.In this paper，the authors introduces the main funtons，and installing process on a PC and its applications in meteorology of GAMIT software to determine the precipitable water vapor of the atmosphere.

Key wordsGAMIT;linux;gps;tropospheric dclay;pracipitable water vapor

GAMIT Software’s Installing on PC and Its Application in Meteorology

ZHANG NingHU PengLIU Shu-fengSU Yi
(Jinan Meteorological Bureau，Jinan Shandong 250002，China)

X16

A

1002－2104(2010)05專－0238－03

2010-06-06

張寧，主要研究方向為氣象學。