Методика радиотомографии водяного пара в тропосфере по сигналам спутниковых навигационных систем

В работе представлена методика восстановления пространственно-временной структуры водяного пара в тропосфере с высоким временным и пространственным разрешением.
Для улучшения качества прогноза тонкой структуры метеопараметров в Казани был развернут автоматизированный, высокопроизводительный программно-аппаратный комплекс для непрерывных измерений и прогнозирования термодинамики атмосферы. В состав комплекса входит сеть приемников сигналов GPS-ГЛОНАСС и метеостанции [1]. Было показано, что с помощью томографического подхода можно восстановить высотный профиль коэффициента преломления в нижних слоях атмосферы и его пространственно-временные вариации [2]. Пространственные поля индекса рефракции позволяют оперативно получить метеоусловия в различных территориях, где установлены приемные антенны глобальных навигационных систем. Показано, что усвоение данных GPS - мониторинга в численных моделях атмосферы улучшает качество прогноза метеопараметров
Методика восстановления высотной структуры водяного пара проходит в два этапа. На первом этапе восстанавливается высотный профиль индекса рефракции с высоким пространственно-временным разрешением. В данном методе используется дискретизация атмосферы по элементарным объемам в виде параллелепипеда, на которые разбита вся просвечиваемая радиотрассами область тропосферы. Для каждого элементарного объема вводится постоянный индекс рефракции, как неизвестная величина.
Вторая часть методики – восстановление пространственно-временной структуры водяного пара в тропосфере по профилю индекса рефракции и значениям приземных метеорологических параметров, получаемых с метеостанций. Вычитая гидростатическую компоненты, в результате мы получаем массив восстановленной пространственно-временной структуры водяного пара.
Высокая частота измерений позволяет получить вариации профиля парциального давления водяного пара, обусловленные суточной динамикой метеопараметров. Например, в середине каждых суток наблюдается повышение уровня влагосодержания в пограничном слое атмосферы. Исследование показало, что метод томографии дает менее сглаженные результаты, чем метод Тихонова [3,4], т.е. тонкая структура водяного пара в тропосфере восстанавливается более точно. Таким образом, нами были разработаны методика и программное обеспечение для восстановления пространственно-временной структуры водяного пара в тропосфере по сигналам ГНСС, измеренным сетью наземных приемников.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 17-05-00863).