近日,中國氣象局氣象探測中心表示,氣象是最早應用北斗系統的重要領域之一,已形成北斗全面應用新局面。其中,我國北斗探空系統(簡稱“北斗探空”)技術達到國際主流技術水平,北斗水汽探測已準業務化運行。
在北斗探空方面,自2008年以來,我國開展了多次探空比對試驗,積累了大量探空新技術儲備,并對系統持續改進完善。中國氣象局新型北斗導航探空系統在今年7月“海燕觀測試驗計劃”中得到應用,效益顯著。據介紹,我國最新北斗探空系統在溫度、濕度和測風等方面的觀測準確性(動態)分別達到0.4℃、5%和0.3米/秒,幾乎可以對標國際最先進的探空系統。而進一步優化的北斗三號衛星導航系統,更能提升我國新型衛星導航探空系統在定位和測風方面的技術性能。
在北斗水汽探測方面,中國氣象局完成了北斗地基增強系統氣象行業承擔的35個框架網基準站和氣象行業數據處理中心的建設,研發了“北斗和GPS導航衛星對流層天頂總延遲和電離層TEC準實時數據處理系統”,初步構建了北斗水汽解算的準業務系統,準實時處理全國175個北斗地基增強系統框架網基準站觀測數據,獲取高精度、高時空分辨率的準實時對流層和電離層產品。該系統軟硬件全部為國產,改變了數據處理軟件依靠國外的歷史,對氣象部門GNSS/MET業務系統安全具有重大意義。
氣象部門還開發了北斗海風海浪探測系統,成功實現了臺風期間海風海浪的準確探測和示范應用,在一定程度上改變我國綜合氣象觀測系統在海上缺乏有效觀測手段和觀測資料不足的狀況;建設了北斗氣象預警發布系統,集災害預警、氣象預報、科普宣傳、監管功能為一體,能夠實現自主建設、獨立運行或作為國家突發事件預警信息發布系統、各省份自建預警平臺的發布通道,形成立體式一站式全方位服務體系;北斗通信已廣泛用于各地氣象部門山洪地質災害氣象站的數據傳輸。
下一步,中國氣象局將建設北斗海風海浪監測站,發展推廣北斗探空技術,開展地基GNSS/MET站的北斗升級改造。隨著北斗三號系統建成開通,氣象行業將在目前北斗高空觀測、空間天氣、北斗氣象預警業務應用的基礎上,開展創新和優質的專業應用服務。
GNSS/MET(globalnavigationsatellitesystem/meteorology,全球導航衛星系統大氣探測)主要用于大氣層中水分觀測含量。
資料顯示,我國GNSS/MET觀測站已達1000多個,形成規模化、運行業務條件基本成熟的全國觀測網,臺站數量處于世界前列,數據處理和應用水平已經達到國際先進水平。2012年以來,我國開展了氣象行業北斗應用示范工程建設,氣象探測中心作為示范工程實施單位,組織北京、內蒙古、湖北等省份,分別在氣象探空、水汽監測、海風海浪探測等領域開展北斗示范應用。
GNSS的定位準確度受到大氣層,包括電離層和對流層的影響,對大氣影響的訂正成為控制GNSS測量準確度的關鍵,尤其是大氣中的水汽對測量誤差的影響最難處理,但這也提供了一種全新的探測大氣水汽的方法。
利用GPS理論和技術來遙感地球大氣,進行氣象學的理論和方法研究,如測定大氣溫度及水汽含量,監測氣候變化等,叫做GPS氣象學(GPS/MET eorology,簡寫為GPS/MET)。
大氣溫度、大氣壓、大氣密度和水汽含量等量值是描述大氣狀態最重要的參數。無線電探測,衛星紅外線探測和微波探測等手段是獲取氣溫,氣壓和濕度的傳統手段。但是它們與GPS手段相比,就可明顯地看出傳統手段的局限性。無線電探測法的觀測值精度較好,垂直分辨率高,但地區覆蓋不均勻,在海洋上幾乎沒有數據。被動式的衛星遙感技術可以獲得較好的全球覆蓋率和較高的水平分辨率,但垂直分辨率和時間分辨率很低。利用GPS手段來遙感大氣的優點是,它是全球覆蓋的,費用低廉,精度高,垂直分辨率高。根據1995年4月3日美國發射的用于GPS氣象學研究的Microlab-1低軌衛星的早期結果顯示,對于干空氣,在從5~7km到35~40km的高度上,所獲得的溫度可以精確到±1.0℃之內。正是這些優點使得GPS/MET技術成為大氣遙感的最有效最有希望的方法之一。