“GPS氣象應用”課程建設＊

薛豐昌，趙顯富，王曉英

（南京信息工程大學遙感學院，江蘇 南京210044）

0 引 言

在測繪數據采集過程中，氣象要素是影響數據精度的原因之一，因此測繪科學技術、測繪儀器的發展一直與氣象科學有著較為密切的關系。在氣象領域，測繪儀器應用于氣象觀測也有著較為悠久的歷史，如經緯儀是測繪專業早期最主要的測繪儀器，后被氣象部門應用于觀測探空氣球在空間的方位角和俯仰角，并計算得到風向、風速，形成了測風經緯儀。

近代測繪技術與氣象科學相交叉，形成了諸多交叉研究領域，高端測繪儀器、測繪系統應用于氣象科學研究得到了廣泛重視，如美國、我國的香港相繼開展了GPS在短期天氣預報中的應用研究，并形成了自己的實用系統[1－2]。伴隨著GPS反演氣象要素能力和精度的提高，GPS正逐步成為氣象部門常規探測儀器，測繪獲取的地理空間信息正更加廣泛地應用于氣象服務[3－5]。

南京信息工程大學前身是有“中國氣象人才搖籃”美譽的南京氣象學院，目前是江蘇省人民政府和中國氣象局共建的全國重點高校。“GPS氣象應用”是我校測繪工程專業為貫徹落實我校全面服務中國氣象事業，為中國氣象事業輸送越來越多的高質量氣象人才的發展理念和“就業導向”戰略，在2009版測繪工程專業培養計劃中設立的測繪與氣象結合的特色課程。

1 課程建設目標與建設意義

“GPS氣象應用”是我校測繪專業區別于國內外其他高校測繪專業的特色專業方向，這一方向能否得到發展、能否完善地建立起課程內容體系，關系到我校測繪專業學科發展和專業建設。由于傳統測繪正向信息化測繪轉化，測繪學科與氣象學科有廣泛的結合點，GPS氣象應用是測繪學科與氣象學科交叉形成的具有示范意義的研究方向。

課題通過進行“GPS氣象應用”課程建設，將測繪科學技術學科優勢與我校氣象學科優勢相結合，拓展測繪工程專業畢業生知識結構，提高測繪工程專業畢業生就業能力，使得我校測繪專業形成自身鮮明的科研與人才培養特色。

“GPS氣象應用”課程建設具體目標包含以下三點：

1）全面、系統總結常規測繪儀器、GPS以及測繪數據處理方法在氣象觀測、氣象服務中應用的技術方法和技術體系，形成規范化、標準化的知識模塊；

2）編寫”GPS氣象應用”教學大綱、講義（教材）；

3）建設氣象測繪實驗、實習基地。

2 課程建設方案

課程的建設方案如圖1所示：

圖1 GPS氣象應用課程建設方案

3 課程教學目標與知識模塊設計

3.1 教學目標

本課程是測繪工程專業與與氣象學科相交叉的特色課程，其任務是通過課程教學使學生掌握GPS技術在氣象學上的基本應用，重點掌握GPS技術探測水汽的基本原理、基本知識，通過野外實驗和內業數據處理培養學生的動手能力、分析問題的能力和解決問題的能力，為日后工作打下基礎。

3.2 知識模塊設計

1）測繪技術在氣象上的應用綜述（2學時）

①掌握地基GPS測水汽的主要應用；②熟悉地基GPS測水汽業務化進程；③理解地基GPS測水汽特點；④了解GPS、GIS技術在氣象上的其它應用；⑤初步了解各國GPS技術在氣象中的應用情況；

2）地基GPS技術測水汽原理（4學時）

①掌握地基GPS技術測水汽原理；②熟悉干延遲計算模型；③理解平均溫度Tm；④了解地基GPS技術測量臺站上空大氣可降水量IPW的研究情況；⑤初步了解地基GPS技術在氣象中的發展方向；

3）水汽層析技術（2學時）

①掌握水汽層析技術原理；②熟悉GPS水汽層析技術的基本條件；③理解GPS水汽層析技術的關鍵問題；④了解我國水汽層析研究概況；⑤初步了解國外水汽層析研究進展；

4）GPS高精度解算軟件在地基GPS測量水汽中的應用（6學時）

①掌握GPS高精度解算軟件BERNESE解算天頂延遲和梯度的基本流程；②熟悉BERNESE基本菜單功能；③理解BERNESE與一般GPS解算軟件的區別；④了解運行BERNESE所需各種文件的下載方法；⑤初步了解GAMIT，GIPSY等GPS高精度解算軟件；

5）天基GPS技術（2學時）

①掌握天基GPS技術應用方向；②熟悉天基GPS技術原理；③理解地基GPS與天基GPS的不同及各自特點比較；④了解天基GPS技術構成部分；⑤初步了解各國天基GPS發射星座情況；

4 師資力量培養

“GPS氣象應用”是氣象科學與測繪科學技術交叉課程，要求任課教師具有較為深厚的氣象科學與測繪科學理論與技術基礎，目前師資較為緊缺，為此我們采取以下措施培養任課師資力量：

1）選拔優秀的具有碩士學位的從事GPS教學的青年教師報考我校與中國大氣科學研究院的大氣遙感、3S集成與氣象應用專業的博士研究生，從事GPS氣象應用研究；

2）鼓勵、促進具有博士學位的青年教師申報GPS氣象應用研究課題；

3）組織GIS、GPS、遙感方向的青年教師形成GPS氣象應用教學、科研團隊。

通過以上措施，建設了一支厚基礎、寬領域的教學隊伍。

5 未來發展方向

在今后的發展中，我們將繼續依托我校大氣科學、氣象科學優勢，同氣象部門保持數據共享、人才合作培養并參與項目實施，立足于我國”北斗”導航定位衛星系統，重點開展如下三個方面的教學與科學研究：

1）GNSS層析四維水汽場研究

地基GNSS已經成為大氣水汽的常規探測手段，利用GNSS層析大氣四維水汽場是目前國際研究前沿，其中關鍵技術是斜路徑的濕延遲計算精度。擬發展新的精度更高的斜路徑濕延遲模型，為四維水汽場層析提供可靠的高精度斜路徑PWV，保證四維水汽場的層析精度。

2）可降水量PWV與實際降水的關系機理研究

PWV與實際降水存在關系，目前PWV對于實際降水的指標關系還沒有研究具體，更多地停留在定性的描述上。擬開展可降水量PWV與實際降水的關系機理研究，讓PWV對短時暴雨災害的預報數字化，精細化。

3）GNSS水汽產品開發

預報員以數值預報模式、雷達、衛星云圖等提供的產品為依據進行天氣預報，要想更好地發揮GNSS在氣象上的探測服務水平，在正確研究PWV與實際降水的關系機理基礎上，要致力于開發可視化、精細化和多樣化的GNSS水汽產品，為預報員提供直觀明確的天氣預報判斷依據。

[1]李國平，陳嬌娜，黃丁發，等.地基GPS水汽實時監測系統及其氣象業務應用 [J].武漢大學學報·信息科學版，2009，34（11）：1328－1333.

[2]張雙成，葉世榕，劉經南，等.基于IGS超級跟蹤站的近實時GPS氣象研究及應用[J].測繪科學，2008，33（2）：93－97.

[3]郭 潔，李國平.地基GPS探測水汽的發展與氣象業務應用[J].大地測量與地球動力學，2007（27）：35－43.

[4]郭志梅，李 黃，繆啟龍.GPS探測氣象參數的技術進展[J].氣候與環境研究，2008，13（2）：213－226.

[5]田福娟，鄒 璇.基于區域CORS網的高精度近實時GPS氣象研究[J].測繪信息與工程，2009，34（6）：15－18.