侯曉玲，熊永良

川渝地區(qū)大氣加權(quán)平均溫度模型優(yōu)化

侯曉玲，熊永良

（西南交通大學 地球科學與環(huán)境工程學院，成都 611700）

為了彌補川渝地區(qū)還沒有本地化加權(quán)平均溫度（m）模型的不足，提出一種川渝地區(qū)大氣加權(quán)平均溫度模型優(yōu)化方法：選取甘孜、溫江、西昌、沙坪壩4個站2017—2019年的探空數(shù)據(jù)，根據(jù)最小二乘法進行線性擬合，構(gòu)建適用于川渝地區(qū)的加權(quán)平均溫度模型。實驗結(jié)果表明，本地化模型的平均絕對誤差（MAE）和均方根誤差（RMSE）均值分別為1.24和1.60 K，均優(yōu)于貝維斯（Bevis）模型和中國加權(quán)平均溫度回歸模型；在本地化模型基礎(chǔ)上加入季節(jié)性改正后的三角函數(shù)值、測站高程和大地緯度因素，新構(gòu)建的本地化加權(quán)平均溫度優(yōu)化模型較本地化模型能取得更高的精度。提出的本地化加權(quán)平均溫度模型在川渝地區(qū)可有較好的適用性，能夠為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）在當?shù)貧庀笮袠I(yè)的應用提供參考。

川渝地區(qū)；加權(quán)平均溫度；最小二乘；線性擬合；優(yōu)化模型

0 引言

1 數(shù)據(jù)處理方法

1.1 加權(quán)平均溫度計算

式中：exp()為以自然常數(shù)e為底的指數(shù)函數(shù)；為露點溫度（單位為℃）。

1.2 精度評估方法

本文采用平均絕對偏差（mean absolute error，MAE）和均方根誤差（root mean square error，RMSE）2個度量標準進行模型精度的檢驗，即有：

2 川渝地區(qū)模型的建立及精度分析

2.1 數(shù)據(jù)來源

從美國懷俄明大學天氣數(shù)據(jù)網(wǎng)（http:// weather. uwyo.edu/upperair/sounding.html）下載川渝地區(qū)4個探空站（甘孜、溫江、西昌、沙坪壩）2017—2019年每天協(xié)調(diào)世界時（universal time coordinated，UTC）0時和12時采集的實測數(shù)據(jù)，其中包括氣壓、高度、地面溫度、露點溫度、大氣厚度、相對濕度、大氣可降水量等參數(shù)，該機構(gòu)對發(fā)布的探空數(shù)據(jù)按照世界氣象組織（World Meteorological Organization，WMO）制定的規(guī)則均已進行了質(zhì)量檢查。如圖1所示是川渝地區(qū)4個探空站的位置分布，如表1所示為對應的地理位置信息。

表1 川渝地區(qū)4個探空站位置信息

圖1 川渝地區(qū)4個探空站分布

2.2 本地化模型

式中：a為常數(shù)項；b為回歸系數(shù)。

圖3 與相關(guān)性分析

圖4 模型殘差分布直方圖

表2 Tm模型精度比較 K

圖5 2017—2018年模型偏差分析

2.3 本地化模型的優(yōu)化

表3 優(yōu)化模型的擬合系數(shù)

圖6 2019年溫江站模型分析

表4 溫江站模型預測精度統(tǒng)計 K

3 結(jié)束語

[1] ROCKEN C, HOVE T V, WARE R. Near real-time GPS sensing of atmospheric water vapor[J]. Geophysical Research Letters, 2013, 24(24): 3221-3224.

[2] 青盛. 地基GPS水汽反演的研究[D]. 成都: 西南交通大學, 2009.

[3] 王曉英, 戴仔強, 曹云昌, 等. 中國地區(qū)地基GPS加權(quán)平均溫度Tm統(tǒng)計分析[J]. 武漢大學學報(信息科學版), 2011, 36(4): 421-416.

[4] 姚宜斌, 何暢勇, 張豹, 等. 一種新的全球?qū)α鲗犹祉斞舆t模型GZTD[J]. 地球物理學報, 2013, 56(7): 2218-2227.

[5] 劉志趙, 劉經(jīng)南, 李征航. GPS技術(shù)在氣象學中的應用[J]. 測繪通報, 2000(2): 8-9.

[6] BEVIS M, BUSINGER S, HERRING T A, et al. GPS meteorology:Remote sensing of atmospheric water vapor using the global positioning system[J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 1992, 97(D14): 15787-15801.

[7] 陳鵬, 陳家君. 利用NCEP再分析資料建立全球大氣加權(quán)平均溫度模型[J]. 大地測量與地球動力學, 2014, 34(3): 133-136.

[8] ROSS R J, ROSENFELD S. Estimating mean weighted temperature of the atmosphere for global positioning system applications[J]. Journal of Geophysical Research Atmospheres, 1997, 102(D18): 21719-21730.

[9] 王皓, 趙興旺. 香港地區(qū)大氣加權(quán)平均溫度建模與研究[J]. 全球定位系統(tǒng), 2019, 44(1): 119-124.

[10] 郭彬洋, 李黎, 謝威, 等. 長三角地區(qū)加權(quán)平均溫度本地化模型擬合[J]. 導航定位學報, 2019, 7(2): 61-67.

[11] 楊林, 鄭南山, 高淑照, 等. 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法構(gòu)建香港地區(qū)加權(quán)平均溫度模型[J]. 導航定位學報, 2021, 9(4): 92-97.

[12] 張洛愷, 楊力, 王艷玲, 等. 鄭州地區(qū)大氣加權(quán)平均溫度模型確定[J]. 測繪科學技術(shù)學報, 2014, 31(6): 566-569.

[13] NME A, MAA A, AEM B, et al. GNSS meteorology in Egypt: Modeling weighted mean temperature from radiosonde data[J]. Alexandria Engineering Journal, 2019, 58(2): 443-450.

[14] LIU Y, CHEN Y. Determination of weighted mean tropospheric temperature using ground meteorological measurements[J]. Geo-Spatial Information Science, 2001, 4(1P): 14-18.

[15] 劉焱雄, 陳永奇, 劉經(jīng)南. 利用地面氣象觀測資料確定對流層加權(quán)平均溫度[J]. 武漢測繪科技大學學報, 2000(5): 400-404.

[16] 胡伍生, 王來順, 朱明晨, 等. 中國區(qū)域加權(quán)平均溫度的建模研究[J]. 現(xiàn)代測繪, 2018, 41(3): 21-23.

[17] YAO Y B, ZHANG B, XU C Q, et al. Improved one/multi-parameter models that consider seasonal and geographic variations for estimating weighted mean temperature in ground-based GPS meteorology[J]. Journal of Geodesy, 2014, 88(3): 273-282.

An optimization method of weighted mean temperature model in Sichuan-Chongqing region

HOU Xiaoling, XIONG Yongliang

（Faculty of Geosciences and Environmental Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611700, China）

Sichuan-Chongqing region; weighted mean temperature; least square; linear fitting; optimized model

侯曉玲, 熊永良. 川渝地區(qū)大氣加權(quán)平均溫度模型優(yōu)化[J]. 導航定位學報, 2023, 11(4): 63-69.（HOU Xiaoling, XIONG Yongliang. An optimization method of weighted mean temperature model in Sichuan-Chongqing region[J]. Journal of Navigation and Positioning, 2023, 11(4): 63-69.）DOI:10.16547/j.cnki.10-1096.20230409.

P228

A

2095-4999(2023)04-0063-07

2022-10-25

四川省科技計劃資助項目（2022YFG0169）

侯曉玲（2000—），女，江蘇南通人，碩士研究生，研究方向為GNSS氣象學。

熊永良（1964—），男，四川瀘州人，博士，教授，研究方向為GNSS理論與應用。