GPS氣象學(xué)
GPS 系統(tǒng)的衛(wèi)星發(fā)射的訊號（電磁波）在達(dá)到接收點(diǎn)前要穿過大氣層.而電磁波在大氣中要降低速度。所以衛(wèi)星訊號要經(jīng)過訂正才符合實(shí)際.這種訂正不僅與干空氣有關(guān)，還與大氣中的電子濃度、水汽的含量有關(guān)。在20世紀(jì)90年代初，就提出了一個(gè)反問題：利用GPS接收點(diǎn)收到的訊號反算出大氣中的電子濃度、水汽含量。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這樣得到的大氣中水汽含量（也稱為可降水量）對氣象預(yù)告和氣候分析十分有價(jià)值，而GPS又可以隨時(shí)進(jìn)行觀測。所以用位置固定點(diǎn)的GPS接收設(shè)備測量大氣的水汽量就成為新型的氣象儀器.在世紀(jì)之交，用GPS 測量大氣水汽的觀測網(wǎng)逐步形成.  GPS氣象學(xué)就是利用GPS接收訊號測量分析大氣狀況的知識體系..GPS技術(shù)經(jīng)過20多年的發(fā)展，其應(yīng)用研究及應(yīng)用領(lǐng)域得到了極大的擴(kuò)展，其中一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域就是氣象學(xué)研究。利用GPS理論和技術(shù)來遙感地球大氣，進(jìn)行氣象學(xué)的理論 和方法研究，如測定大氣溫度及水汽含量，監(jiān)測氣候變化等，叫做GPS氣象學(xué)（GPS/MET eorology, 簡寫為GPS/MET）。GPS氣象學(xué)的研究于80年代后期最先在美國起步，在美國取得理想的試驗(yàn)結(jié)果之后，其他國家如日本等也逐步開始GPS在氣象學(xué)中的研究。

GPS技術(shù)的迅猛發(fā)展和日臻成熟使其成為對地球觀測的一種新的,更加有力的手段,已
成功地在地球科學(xué)的許多領(lǐng)域得到應(yīng)用,如地殼形變和板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測,火山爆發(fā),地震的監(jiān)測
及預(yù)報(bào),地球自轉(zhuǎn)監(jiān)測,電離層監(jiān)測及空間天氣預(yù)報(bào),對流層監(jiān)測及天氣預(yù)報(bào)等.

20世紀(jì)90年代以來,人們已開始利用GPS理論和技術(shù)來遙感地球大氣.例如多路徑效應(yīng)是GPS定位中的一種噪音,至今仍是高精度GPS定位中一個(gè)很不容易解決的"干擾",但人們從大氣對GPS信號延遲的噪聲處理的逆問題,發(fā)展出了利用GPS信號測定大氣水汽含量及溫度的一種新手段,從而為更好地監(jiān)測惡劣天氣和氣候變化提供了新的技術(shù)支持.現(xiàn)在GPS氣象探測已成為WMO(世界氣象組織)21世紀(jì)新的全球綜合高空觀測系統(tǒng)的重要組成部分.由此,以GPS技術(shù)在氣象學(xué)研究及應(yīng)用為主要內(nèi)容形成了一門新興的交叉學(xué)科,稱為GPS氣象學(xué)(GPSMe2eorology,簡寫為GPS/MET).GPS觀測資料在大氣探測,天氣變化監(jiān)測和數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式中應(yīng)用的優(yōu)越性以及取得的初步成功,使GPS氣象學(xué)在不到十年的時(shí)間內(nèi)很快發(fā)展為一個(gè)嶄新的,極具應(yīng)用潛力的GPS研究及應(yīng)用的重要領(lǐng)域.

GPS氣象學(xué)的研究于20世紀(jì)80年代后期最先在美國起步,進(jìn)行了多次試驗(yàn)[1～2].在美國取得較理想的試驗(yàn)結(jié)果后,其他發(fā)達(dá)國家如日本,德國,瑞典等[3～5]也開始重視GPS氣象學(xué),已成功組織了數(shù)次較大規(guī)模的GPS觀測試驗(yàn),取得了一系列研究成果并開始應(yīng)用于大氣研究和氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中.20世紀(jì)90年代中期以來,我國也逐步開展了地基GPS觀測在氣象學(xué)中應(yīng)用的研究和業(yè)務(wù)試驗(yàn)工作.

英國負(fù)責(zé)建立的"連續(xù)運(yùn)行GPS參考站"(COGPS)系統(tǒng)的功能和目標(biāo)類似于美國的CORS,但結(jié)合英國本土情況還增加了監(jiān)測英倫三島周圍的海平面相對和絕對變化的任務(wù).
日本在國土地理院(GSI)的組織下已建成近1200個(gè)GPS連續(xù)運(yùn)行站網(wǎng)(GEONET,GPSEarthObservationNetwork),站間距為15～30km,這是目前世界上最大的,最密集的用于地球科學(xué)研究的GPS國家觀測網(wǎng).目前它在以監(jiān)測地殼形變,預(yù)報(bào)地震以及計(jì)算大氣可降水量,研究與大氣水汽變化相關(guān)的天氣變化為主要功能的基礎(chǔ)上,聯(lián)合氣象研究和業(yè)務(wù)部門正開發(fā)利用GPS資料的四維同化業(yè)務(wù)系統(tǒng),如日本氣象廳氣象研究所(MRI)正在發(fā)展一種用于中度數(shù)值模式的GPS數(shù)據(jù)變分同化系統(tǒng),以提高數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式的模擬和預(yù)測水平.

1998～2003年,在GSI牽頭下日本實(shí)施了為期五年的日本GPS氣象學(xué)觀測和研究計(jì)劃(GPS/METJapan),特別是于2000年秋季和2001年春季在筑波地區(qū)202km的范圍內(nèi)進(jìn)行了2次GPS高密度觀測網(wǎng)試(TsukubaGPSDenseNetCampaign)目的是探測幾公里量級的小尺度水汽變化并用于短時(shí)雷暴,暴雨等災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào).試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)集中設(shè)立了75個(gè)
GPS接收點(diǎn)和22個(gè)地面氣象觀測點(diǎn),其GPS接收站點(diǎn)的間距達(dá)到空前的1～3km.

2002年8月北京氣象局在北京汛期降水的主要水汽輸入通道—房山區(qū)建成了由8個(gè)站組成的地基GPS水汽遙測站網(wǎng),已用BerneseGPS數(shù)據(jù)分析軟件對解算大氣可降水量進(jìn)行了初步試驗(yàn),并與傳統(tǒng)無線電探空資料計(jì)算的可降水量(SONDE2PWV)進(jìn)行了對比.GPS技術(shù)的應(yīng)用可加深對城市氣象基本特征的認(rèn)識,為開展城市精細(xì)化氣象服務(wù)提供技術(shù)保障.此外該局還參與了"數(shù)字北京"和"數(shù)字奧運(yùn)"的相關(guān)計(jì)劃,應(yīng)用由GPS,RS(遙感系統(tǒng)),GIS(地理信息系統(tǒng))組成的3S技術(shù)來獲取各類實(shí)時(shí)的,歷史的氣象資料以及奧運(yùn)場館實(shí)時(shí)氣象觀測資料.
2003年,廣東省也計(jì)劃用3a時(shí)間興建覆蓋全省的GPS網(wǎng),可積累廣東甚至華南上空高意義精度高時(shí)空分辨率的可降水量實(shí)時(shí)資料,對監(jiān)測,預(yù)報(bào)廣東及珠江三角洲的氣候演變具有重要意義.

中國科學(xué)院上海天文臺的學(xué)者在我國較早開展了GPS氣象學(xué)及其在劇變天氣分析中的應(yīng)用研究.從20世紀(jì)90年代起分別開展了地基GPS氣象學(xué),空基GPS氣象學(xué)以及GPS無線電掩星反演大氣廓線的研究工作.在國內(nèi)氣象界,北京大學(xué)的李成才,毛節(jié)泰等人最早將GPS/MET介紹到國內(nèi)氣象界[并將地基GPS遙感大氣水汽總量技術(shù)的分別應(yīng)用于上海,武漢,北京等地區(qū),并探索了求得適合中國東部地區(qū)特點(diǎn)的加權(quán)平均溫度Tm的計(jì)算方法.