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基于PWV差值方法分析沙尘暴期间GNSS PWV与大气颗粒物相关性

谢鹏

谢鹏. 基于PWV差值方法分析沙尘暴期间GNSS PWV与大气颗粒物相关性[J]. 全球定位系统, 2024, 49(1): 94-101. doi: 10.12265/j.gnss.2023193
引用本文: 谢鹏. 基于PWV差值方法分析沙尘暴期间GNSS PWV与大气颗粒物相关性[J]. 全球定位系统, 2024, 49(1): 94-101. doi: 10.12265/j.gnss.2023193
XIE Peng. Analysis of the correlation between GNSS PWV and atmospheric particulate matter during dust storms based on PWV difference method[J]. GNSS World of China, 2024, 49(1): 94-101. doi: 10.12265/j.gnss.2023193
Citation: XIE Peng. Analysis of the correlation between GNSS PWV and atmospheric particulate matter during dust storms based on PWV difference method[J]. GNSS World of China, 2024, 49(1): 94-101. doi: 10.12265/j.gnss.2023193

基于PWV差值方法分析沙尘暴期间GNSS PWV与大气颗粒物相关性

doi: 10.12265/j.gnss.2023193
详细信息
    作者简介:

    谢鹏:(1984—),男,高级工程师,主要从事测绘地理信息生产和研究(主要方向为变形监测). E-mail: xpeng16@163.com

    通讯作者:

    谢 鹏 E-mail: xpeng16@163.com

  • 中图分类号: P228

Analysis of the correlation between GNSS PWV and atmospheric particulate matter during dust storms based on PWV difference method

  • 摘要: 针对2021年3月15日中国北方发生的沙尘暴事件,提出了一种基于大气可降水量差值的方法,旨在探究GNSS站点反演的大气可降水量与大气颗粒物浓度之间的相关性. 选取了位于宁夏中卫(NXZW)、北京房山(BJFS)和吉林长春(CHAN)的3个GNSS站点及附近的大气颗粒物浓度数据进行分析. 结果显示,在非沙尘暴条件下,GNSS解算的大气可降水量(precipitable water vapor,PWV)精度表现良好,其与ERA5模型的PWV的差值均值和标准差均约在2 mm,证明了解算结果的可靠性. 沙尘暴发生前,各站点PWV与大气颗粒物浓度的相关性均低于20%,表现出较弱的相关性. 在沙尘暴期间,该相关性显著提高,尤其在BJFS和CHAN站点,PWV与大气颗粒物浓度的相关性超过60%. 相位滞后消除后,NXZW站点的相关性更是达到70.25%. 进一步分析还发现,沙尘暴发生时,PWV差值与大气颗粒物浓度的相关性也显著提高,其中BJFS和CHAN站点的相关性超过70%. 综合分析表明,沙尘暴发生时,PWV差值与大气颗粒物浓度的相关性进一步增高,这表明大气颗粒物对PWV差值的贡献比对PWV本身的贡献显著增加,从而说明了PWV差值方法在大气颗粒物浓度监测方面的潜在应用价值. 因此,本研究提供了一种新的研究思路和方法,为大气颗粒物浓度和气象条件之间复杂交互关系的进一步研究奠定了基础.

     

  • 图  1  2021年BJFS站处GNSS PWV与大气颗粒物变化分析

    图  2  2021年 CHAN站处GNSS PWV与大气颗粒物变化分析

    图  3  NXZW站处GNSS PWV与大气颗粒物变化分析

    图  4  BJFS站处ΔGNSS PWV与大气颗粒物变化分析

    图  5  CHAN站处ΔGNSS PWV与大气颗粒物变化分析

    图  6  NXZW站处ΔGNSS PWV与大气颗粒物变化分析

    表  1  GNSS数据解算精度 mm

    指标 N E U GNSS PWV 与ERA5 PWV
    差值
    最大值 16.1 12.2 20.6 7.2 8.70
    最小值 −15.2 −13.8 −18.1 −6.9 −5.20
    平均值 1.1 1.5 5.1 1.5 2.19
    标准差 3.3 3.8 7.5 1.8 2.10
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    表  2  沙尘暴不同时期GNSS PWV与SUM_PM之间的相关性

    时期 测站 相关性/% P
    沙尘暴前 BJFS 8.24 9.24×10−4
    CHAN 12.36 1.32×10−3
    NXZW 15.98 5.36×10−3
    沙尘暴时 BJFS 68.25 3.32×10−4
    CHAN 64.58 5.74×10−3
    NXZW 36.29 7.25×10−3
    沙尘暴后 BJFS 24.35 6.35×10−4
    CHAN 5.01 9.31×10−5
    NXZW 20.58 7.12×10−3
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    表  3  沙尘暴不同时期ΔGNSS PWV与SUM_PM之间的相关性

    时期 测站 相关性/% P
    沙尘暴前 BJFS 7.24 9.45×10−4
    CHAN 19.06 1.67×10−5
    NXZW 16.01 5.24×10−3
    沙尘暴时 BJFS 72.57 3.84×10−4
    CHAN 70.68 5.27×10−4
    NXZW 38.09 7.75×10−3
    沙尘暴后 BJFS 20.15 6.72×10−3
    CHAN 6.14 9.27×10−4
    NXZW 19.31 7.13×10−5
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-10-09
  • 录用日期:  2023-10-09
  • 网络出版日期:  2024-01-05

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