利用GAMIT解算珠海GPS/MET的大氣可降水量

摘 要：GPS探測水汽具有高精度、高分辨率、易于維護(hù)以及可全天候觀測等優(yōu)點(diǎn)。介紹利用地基GPS資料反演大氣可降水量（PWV）的原理及方法。以珠海GPS/MET為例，探討GAMIT在ubuntu上的安裝、參數(shù)表文件的設(shè)置、天頂總延遲的解算以及PWV的反演等步驟。

關(guān)鍵詞：GAMIT 大氣可降水量 GPS/MET

中圖分類號(hào)：P457文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（a）-0249-01

近年來，GPS作為一種新的大氣探測手段，在反演大氣可降水量（PWV）中的應(yīng)用中受到極大地重視。由于GPS探測水汽具有高精度、高分辨率、易于維護(hù)以及可全天候觀測等優(yōu)點(diǎn)，自20世紀(jì)90年代后期以來，許多國家和地區(qū)相隨繼建立了國家級(jí)和地區(qū)級(jí)的GPS觀測網(wǎng)[1]。隨著GPS/MET技術(shù)的發(fā)展，我國不斷大力開展相應(yīng)的應(yīng)用研究和業(yè)務(wù)試驗(yàn)。

1 地基GPS資料反演大氣可降水量的原理

GPS衛(wèi)星信號(hào)越過大氣層時(shí)，受到電離層和對流層的折射影響造成信號(hào)的延遲。大氣的延遲分為電離層延遲和天頂總延遲（ZTD）。電離層延遲可忽略不算。ZTD由靜力延遲（ZHD）和濕延遲（ZWD）構(gòu)成。ZTD一般通過GPS數(shù)據(jù)處理軟件解算，而ZHD可由相關(guān)模型算得。ZTD減去ZHD得到相應(yīng)的ZWD，再通過ZWD與PWV之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系即可得到大氣可降水量。

2 GAMIT的安裝與配置

目前高精度解算GPS觀測數(shù)據(jù)的軟件主要有GAMIT、Bernese以及GIPSY/OASIS。GAMIT由于具備可免費(fèi)申請獲取、開放源代碼、更新速度快、解算精度高等特點(diǎn)，在我國應(yīng)用相當(dāng)廣泛。

2.1 GAMIT的組成

GAMIT解算程序由7個(gè)模塊[2]組成：ARC、MODEL、SINCLN、DBCLN、CVIEW、CFMRG、SOLVE。GAMIT利用雙差觀測值，組成與觀測值和參數(shù)相關(guān)的非線性數(shù)學(xué)模型，采用最小二乘算法反復(fù)迭代來估計(jì)測站的相對位置軌道和地球自轉(zhuǎn)參數(shù)對流層天頂延遲參數(shù)大氣水平梯度參數(shù)，得到的載波相位整周模糊度分別為實(shí)數(shù)和整數(shù)的約束解及松弛解。

2.2 GAMIT的安裝

文中采用最新版的GAMIT 10.4，運(yùn)行在ubuntu 12.10操作系統(tǒng)上[3]。在ubuntu系統(tǒng)的/opt/目錄下建立gamit文件夾，存放從ftp：//chandler.mit.edu/updates/source 下載gamit所需的安裝文件。在/opt/gamit/目錄下，運(yùn)行終端命令：csh./install_software，進(jìn)行安裝。然后將/opt/gamit/com、/opt/gamit/gamit/bin和/opt/gamit/kf/bin加入到ubuntu的PATH中以及將/opt/gamit/help加入.bashrc文件中。

2.3 參數(shù)表文件的設(shè)置

2.3.1 sites.defaults文件

本文配置不使用FTP自動(dòng)下載，并設(shè)置station.info文件不自動(dòng)更新等。

2.3.2 process.defaults文件

本文設(shè)置使用RINEX頭文件中坐標(biāo)，采樣頻率為30s，歷元數(shù)目為2880等。

2.3.3 station.info文件

本文中的時(shí)間信息Session Start設(shè)置為2012 202 0 0 0、Session Stop設(shè)置為2012 202 23 59 59。

3 以珠海GPS/MET為例的解算過程

3.1 資料說明

以珠海GPS/MET[4]為例，選取2012年7月20日（年積日為202）0時(shí)0點(diǎn)至23時(shí)59分（UTC時(shí)間）作為解算時(shí)間段。用TEQC軟件對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)檢、合并以及修改采樣頻率。并選取北京房山、上海、昆明等4個(gè)國際跟蹤站的相應(yīng)數(shù)據(jù)參與計(jì)算。

3.2 天頂總延遲的解算

在ubuntu系統(tǒng)中建立/home/rinex目錄，并放入相應(yīng)的RINEX文件。利用GAMIT的自動(dòng)批處理sh_gamit程序的解算步驟如下。

（1）在/home/work下，運(yùn)行命令： sh_setup-yr 2012

（2）tables目錄下修改sites.defaults、process.defaults、station.info等表文件。

（3）在/home/work下，運(yùn)行命令：sh_gamit-expt scal-d 2012 202 –orbit IGSF

在work/202下生成oscala.202。用sh_nrms程序檢查其的可靠性。本例中nrms的平均值為0.1896，符合標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 GPS/PWV的反演

終端運(yùn)行命令：sh_metutil-f oscala.202-m*2020.12m-i 3600。其中，*2020.12m為對應(yīng)的氣象文件；-i為時(shí)間間隔，3600表示1小時(shí)。得到含大氣可降水量met_qscal.12202。

4 結(jié)語

GAMIT軟件的安裝對于不同版本的linux操作系統(tǒng)會(huì)有一定的差別，但參數(shù)表文件的配置是一致的。

GAMIT軟件是一款高精度、開源的GPS大型解算軟件，十分適合科研應(yīng)用。在使用過程中會(huì)遇到各種的問題，需要在實(shí)踐中不斷摸索和研究。

GAMIT 批處理程序sh_gamit在配置完相關(guān)參數(shù)表文件后，即可自動(dòng)從原始數(shù)據(jù)文件解算出結(jié)果，非常方便快捷。

參考文獻(xiàn)

[1]趙文化，曹靜，毛田，等.華南地區(qū)GPS-TEC監(jiān)測產(chǎn)品分析與設(shè)計(jì)[J].廣東氣象，2008（5）：8-11.

[2]俞炳，周媛，聞春華.江西省GPS/MET水汽監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].氣象與減災(zāi)研究，2010（2）：60-63.

[3]劉志廣，占偉，孟憲剛.Ubuntu系統(tǒng)平臺(tái)的GAMIT/GLOBK 10.35安裝詳解[J].全球定位系統(tǒng)，2009（5）：52-56.

[4]任文斌.地基GPS/MET探測設(shè)備維護(hù)及產(chǎn)品應(yīng)用[J].廣東氣象，2011（6）：64-65.