基于CRA40产品的对流层延迟计算及对比分析_周要宗.pdf

第5 2卷 第1期测 绘 学 报V o l.5 2,N o.1 2 0 2 3年1月A c t aG e o d a e t i c ae tC a r t o g r a p h i c aS i n i c aJ a n u a r y,2 0 2 3引文格式:周要宗,楼益栋,张卫星,等.基于C RA 4 0产品的对流层延迟计算及对比分析J.测绘学报,2 0 2 3,5 2(1):2 2-3 1.D O I:1 0.1 1 9 4 7/j.AG C S.2 0 2 3.2 0 2 1 0 3 7 0.Z HOUY a o z o n g,L OUY i d o n g,Z HANG W e i x i n g,e t a l.O n t h e c a l c u l a t i o na n dc o m p a r a t i v e a n a l y s i so f t r o p o s p h e r i cd e l a y f r o mC RA 4 0p r o d u c tJ.A c t aG e o d a e t i c ae tC a r t o g r a p h i c aS i n i c a,2 0 2 3,5 2(1):2 2-3 1.D O I:1 0.1 1 9 4 7/j.AG C S.2 0 2 3.2 0 2 1 0 3 7 0.基于C R A 4 0产品的对流层延迟计算及对比分析周要宗1,楼益栋1,张卫星1,梁 宏2,施 闯3,吴 迪4,曹云昌21.武汉大学卫星导航定位技术研究中心,湖北 武汉4 3 0 0 7 9;2.中国气象局气象探测中心,北京1 0 0 0 8 1;3.北京航空航天大学卫星导航与移动通信融合技术工业和信息化部重点实验室,北京1 0 0 1 9 1;4.南宁师范大学地理与海洋研究院,广西 南宁5 3 0 0 0 1O nt h ec a l c u l a t i o na n dc o m p a r a t i v ea n a l y s i so ft r o p o s p h e r i cd e l a yf r o mC R A 4 0p r o d u c tZ H O UY a o z o n g1,L O UY i d o n g1,Z H A N G W e i x i n g1,L I A N G H o n g2,S H IC h u a n g3,WU D i4,C A OY u n c h a n g2O nt h ec a l c u l a t i o na n dc o m p a r a t i v ea n a l y s i so ft r o p o s p h e r i cd e l a yf r o mC R A 4 0p r o d u c tZ H O UY a o z o n g1,L O UY i d o n g1,Z H A N G W e i x i n g1,L I A N G H o n g2,S H IC h u a n g3,WU D i4,C A OY u n c h a n g21.G N S SR e s e a r c hC e n t e r,W u h a nU n i v e r s i t y,W u h a n4 3 0 0 7 9,C h i n a;2.M e t e o r o l o g i c a lO b s e r v a t i o nC e n t r eo fC M A,B e i j i n g1 0 0 0 8 1,C h i n a;3.L a b o r a t o r yo fN a v i g a t i o na n dC o mm u n i c a t i o nF u s i o nT e c h n o l o g y,M i n i s t r yo f I n d u s t r ya n dI n f o r m a t i o nT e c h n o l o g y,B e i h a n gU n i v e r s i t y,B e i j i n g1 0 0 1 9 1,C h i n a;4.I n s t i t u t eo fG e o g r a p h ya n dO c e a n o g r a p h y,N a n n i n gN o r m a lU n i v e r s i t y,N a n n i n g5 3 0 0 0 1,C h i n aA b s t r a c tA b s t r a c t:A st h er e l e a s eo fC h i n a sf i r s tg e n e r a t i o n4 0a(1 9 7 92 0 1 8)g l o b a la t m o s p h e r ea n dl a n dr e a n a l y s i s(C R A 4 0)b yC h i n a m e t e o r o l o g i c a la d m i n i s t r a t i o n(C M A)i nD e c e m b e r2 0 2 0,t h es u i t a b i l i t y,m e t h o da n dp e r f o r m a n c eo fC R A 4 0 i nt r o p o s p h e r i cd e l a yr a y-t r a c i n gi s i n i t i a l l y i n v e s t i g a t e di nt h i sp a p e r.T r o p o s p h e r i cd e l a y s i nz e n i t ha n d5 e l e v a t i o nd i r e c t i o n sa t 2 3 1 i n t e r n a t i o n a lG N S Ss e r v i c e(I G S)a n d2 1 3c r u s t a lm o v e m e n t o b s e r v a t i o nn e t w o r ko f C h i n a(C M O N O C)s t a t i o n sd u r i n g t h ey e a r o f 2 0 1 8 f r o mC R A 4 0a n dt w oE C M W F r e a n a l y s i s(E R A-I n t e r i ma n dE R A 5)a r er a y-t r a c e da n de v a l u a t e db yG N S Sz e n i t ht o t a ld e l a y(Z T D)p r o d u c t sa n di n t e r-c o m p a r i s o ni ng l o b ea n dC h i n aa r e a,r e s p e c t i v e l y.T h ec h a n g el a wf r o mt h eC R A 4 0z e n i t hw e td e l a y(Z W D)a n ds l a n tw e td e l a y(S W D)a c c u r a c yi sa l s oa n a l y z e do v e rC h i n a.T h er e s u l t ss h o wt h a t t h eC R A 4 0Z T Dd i f f e r e n c eR M S i sa b o u t 1.4 0c m,a n d i t i s s l i g h t l yb e t t e r t h a nE R A-I n t e r i mi ng l o b ea n ds i m i l a rt oE R A-I n t e r i mi nC h i n aa r e a.B yt a k i n gt h eE R A 5s l a n tt o t a ld e l a y(S T D)a sar e f e r e n c e,t h eC R A 4 0S T D d i f f e r e n c eR M Si sa b o u t1 0.8 3a n d1 2.3 0c mi ng l o b ea n d C h i n a a r e a,r e s p e c t i v e l y,w h i c h i sn o t s i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n t f r o mE R A-I n t e r i m.T h eC R A 4 0Z W Da n dS W Da c c u r a c yo v e rC h i n a i s r e l a t e dt o t h ec l i m a t i c t y p e s,a n dt h ea c c u r a c yd u r i n gw i n t e r i so b v i o u s l yb e t t e r t h a nt h a td u r i n gs u m m e r i nm o n s o o nc l i m a t ea r e a s.K e yw o r d sK e yw o r d s:C R A 4 0;E R A 5;E R A-I n t e r i m;r a y-t r a c i n g;t r o p o s p h e r i cd e l a yF o u n d a t i o ns u p p o r tF o u n d a t i o ns u p p o r t:T h e N a t i o n a lN a t u r a lS c i e n c e F o u n d a t i o n o fC h i n a(N o s.4 2 1 7 4 0 2 7;4 1 7 7 4 0 3 6;4 1 9 6 1 1 4 4 0 1 5);T h eF u n d a m e n t a lR e s e a r c hF u n d sf o rt h eC e n t r a lU n i v e r s i t i e s(N o.2 0 4 2 0 2 0 k f 0 0 2 0);T h eN a t u r a l S c i e n c eF o u n d a t i o no f F u j i a nP r o v i n c e(N o.2 0 2 0 J 0 1 3 5 6)摘 要:2 0 2 0年1 2月中国首款全球大气再分析C R A 4 0正式上线。本文瞄准C R A 4 0在对流层延迟计算中的应用,首先探讨了利用C R A 4 0采用射线追踪技术进行对流层延迟计算的方法,然后分别在全球范围2 3 1个I G S测站和中国区域2 1 3个陆态网测站处对2 0 1 8年全年基于C R A 4 0及E C MW F两款再分析资料(E R A-I n t e r i m和E R A 5)获取的对流层天顶延迟和5 高度角斜路径延迟的精度进行了比较评估,并对中国区域C R A 4 0天顶湿延迟(Z WD)和斜路径湿延迟(S WD)的精度变化规律进行了分析。结果表明:以G N S S天顶总延迟(Z T D)为参考的C R A 4 0Z T D偏差R M S在全球范围为1.3 9c m,略优于E R A-第1期周要宗,等:基于C R A 4 0产品的对流层延迟计算及对比分析I n t e r i m,在中国区域为1.4 1c m,基本与E R A-I n t e r i m相当;以E R A 5斜路径总延迟(S T D)为参考的C R A 4 0S T D偏差R M S在全球范围和中国区域分别为1 0.8 3和1 2.3 0 c m,同E R A I无明显差异;中国区域C R A 4 0Z WD和S WD精度与气候类型相关,季风气候区冬季Z WD和S WD精度明显优于夏季。关键词:C R A 4 0;E R A 5;E R A-I n t e r i m;射线追踪;对流层延迟中图分类号:P 2 2 8 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 1-1 5 9 5(2 0 2 3)0 1-0 0 2 2-1 0基金项目:国家自然科学基金(4 2 1 7 4 0 2 7;4 1 7 7 4 0 3 6;4 1 9 6 1 1 4 4 0 1 5);中央高校基本科研业务费专项资金资助(2 0 4 2 0 2 0 k f 0 0 2 0);福建省自然科学基金(2 0 2 0 J 0 1 3 5 6)对流层延迟是全球卫星导航系统(GN S S)、甚 长 基 线 干 涉 测 量(v e r y l o n g b a s e l i n ei n t e r f e r o m e t r y,V L B I)、卫星激光测距(s a t e l l i t el a s e r r a n g i n g,S L R)、卫星测高等空间大地测量技术实现高精度参数估计的主要误差源之一,在数据处理中可利用外部数据产品估算对流层延迟并予以改正1-3。全球大气再分析产品,如欧洲中尺度天气预报中心(E u r o p e a nC e n t r ef o rM e d i u m-r a n g eW e a t h e rF o r e c a s t s,E CMWF)再分析中间产品(E CMWFr e a n a l y s i s i n t e r i m,E R A-I n t e r i m,简称“E R A I”)和第5代产品(t h ef i f t hg e n e r a t i o nE CMWFr e a n a l y s i s,E R A 5)、美国国家环境预报中心 再 分 析 产 品(T h e U n i t e dS t a t e s N a t i o n a lC e n t e r s f o re n v i r o n m e n t a lp r e d i c t i o nr e a n a l y s i s,N C E P),通过同化多源历史气象观测资料,具有精度高、时空覆盖完整的优点4,被广泛用于对流层天顶延迟(z e n i t hp a t hd e l a y,Z P D)和斜路径延迟(s l a n tp a t hd e l a y,S P D)的计算及建模5-8,发布了一 系 列Z P D经 验 模 型(如S HAO系 列 模型9、I G G t r o p系 列 模 型1 0、T r o p G r i d系 列 模型1 1、I T G模型1 2、G T r o p模型1 3和HG P T模型1 4)和 映 射 函 数 模 型(如UN B-VMF 11 5、VMF 31 6和G F Z-VMF 11 7)。2 0 1 3年1 1月,中国气象局启动了我国的全球大气再分析计划,总体目标是建成我国第1代全球 大 气 再 分 析 业 务 系 统,并 建 成 跨 度4 0a(1 9 7 92 0 1 8)的中国第1代全球大气/陆面再分析 产 品(C h i n a sf i r s tg e n e r a t i o n 4 0a g l o b a la t m o s p h e r e a n d l a n dr e a n a l y s i s,C R A 4 0)1 8-1 9,质量超过国际第2代,在中国区域接近或达到国际第3代大气 再分析水平(h t t p:d a t a.c m a.c n/a n a l y s i s/c r a 4 0)。2 0 2 0年1 2月C R A 4 0产品正式上线并业务化发布2 0。探讨利用C R A 4 0进行对流层延迟计算的方法,并评估C R A 4 0用于对流层延迟计算的精度,尤其是在中国区域的精度,具有重要的意义。文献2 1 针对C R A 4 0在中国区域GN S S水 汽 反 演 中 的 应 用,对2 0 1 6年 全 年C R A 4 0和E R A 5的气温、气压、大气水汽加权平均温度和天顶总延迟(z e n i t ht o t a ld e l a y,Z T D)进行了较为系统的比较评估,结果表明以GN S SZ T D为参考,C R A 4 0Z T D精度为1.3 5c m,总体较E R A 5差。但文献2 1 主要讨论的是中国区域的天顶延迟结果,并未开展全球范围内包括斜路径延迟在内的对流层延迟的系统评估。本文主要对基于C R A 4 0计算的对流层延迟开展系统的评估工作,首先讨论基于C R A 4 0采用射线追踪技术计算对流层延迟的方法,然后分别在2 3 1个国际GN S S服务(i n t e r n a t i o n a lGN S Ss e r v i c e,I G S)站和2 1 3个中国大陆构造环境监测网络(c r u s t a lm o v e m e n to b s e r v a t i o nn e t w o r ko fC h i n a,CMONO C)站 处 对E R A I、E R A 5和C R A 4 0对流层延迟计算精度(Z P D和5 高度角S P D)进行系统比较评估,并对中国区域C R A 4 0对流层湿延迟计算精度的变化特征进行分析。1 数据与方法1.1 C R A 4 0产品及预处理C R A 4 0(1 9 7 92 0 1 8)是由中国气象局国家气象信息中心牵头,联合多家单位开发的,整体经历了两个阶段,即准备阶段(2 0 1 42 0 1 6年)和实施阶段(2 0 1 62 0 1 9年)2 0。准备阶段主要完成历史气象观测资料的准备和模式同化系统的建设2 2-2 3,实施阶段主要完成C R A-I n t e r i m(2 0 0 6年7月2 0 1 6年1 2月)产 品 的 制 作 和 评 估 及C R A 4 0产 品 的 研 制2 4-2 6。C R A 4 0产 品 是 分1 0段进行研制的,每段4.5a,段与段之间有半年重叠,以保证产品的连续性。2 0 1 9年8月全部4 0aC R A 4 0再分析产品研制完成,并于2 0 2 0年1 2月正式上线业务化2 0。本文采用C R A 4 0气压层产品进行对流层延迟计算,产品模式同化系统为G F S/G S I-3 D v a r,时间分辨率为6h。产品水平格网采用高斯经纬度投影,经向为均匀网格32J a n u a r y2 0 2 3V o l.5 2N o.1A G C Sh t t p:x b.c h i n a s m p.c o m划分,分辨率为0.3 1 25,纬向为非均匀网格划分,分辨率在0.3 1 25 左右。选用参数包括位势高、温度和比湿,位势高和温度参数气压层层数为4 7,层顶气压为1h P a(4 2k m左右),比湿参数气压层层数为3 7,层顶气压为1 0 0h P a(1 6k m左右)。相关研究表明:同一再分析产品随着水平分辨率的提高,射线追踪的计算效率会显著降低,而对射线追踪Z T D计算精度的影响并不显著7,因此综合考虑射线追踪计算效率和精度,本文采用N C E P官网提供的w g r i b 2工具利用双线性插值方法将再分析资料的水平分辨率统一重采样为1,来开展后续的再分析资料评估试验。此外,C R A 4 0比湿参数仅有3 7层,与位势高和温度参数气压层层数不一致,因此需要对比湿参数层顶1 0 0h P a以上气压层(1、2、3、5、7、1 0、2 0、3 0、5 0、7 0h P a)的比湿参数进行处理,得到气压层层数为4 7的比湿参数。可选的处理方法主要有3种:方法1认为1 0 0h P a(1 6k m)以上水汽已经相当稀疏,因此,可以简单地将1 0 0h P a以上气压层的比湿参数值设为0gk g-1;方法2由现有层顶1 0 0h P a和相邻气压层(如1 2 5、1 5 0、1 7 5h P a等)的比湿参数来线性外推层顶以上的比湿参数;方法3直接采用1 0 0h P a的比湿参数值作为其他层顶气压层的数值。为评估以上方法的差异,图1(a)给出了2 0 1 8年7月1 9日UT C1 5时B Z R G测站基于E R A 5计算的天顶湿延迟(z e n i t hw e td e l a y,ZWD)随高度的变化曲线,图1(b)给出了2 0 1 8年7月E R A 5月平均产品全球比湿参数均值随气压(3 7层)的变化曲线。由图1可知,1 6k m(1 0 0h P a)以上ZWD数值在亚毫米量级,1 0 0h P a以上比湿参数并不为0,几乎处于一个不变值,因此方法1可行但不严密,而方法3相对更为合理。相比之下,方法2利用层顶1 0 0h P a和相邻气压层比湿来线性外推顶层比湿,可能会得到小于0gk g-1的比湿。综合考虑计算的可行性和合理性,本文采用方法3处理顶层比湿参数。经预处理后,C R A 4 0产品时间和水平分辨率分别为6h和1.0,气压层层数为4 7,层顶气压为1h P a(4 2k m)。1.2 E R A 5和E R A I产品E R A 5(1 9 5 0年至今)是E CMWF发布的最新一代全球大气再分析产品,产品模式同化方法为E n s e m b l eo f 4 D-V a r,时间延迟在5d左右,时间分辨率为1h,水平分辨率为3 1k m,气压层产品垂直层数为3 72 7-2 8。E R A I(1 9 7 92 0 1 9年)是E R A 5的上一代全球大气再分析产品,产品模式同化方法为4 D-V a r,时间分辨率为6h,水平分辨率为8 0k m,气压层产品垂直层数为3 72 9。本文选用E R A 5和E R A I气压层产品进行对流层延迟计算,参数包括位势、温度和比湿,产品时间和水平分辨率与C R A 4 0重采样产品保持一致,分别为6h和1.0,层顶气压为1h P a。图1 ZWD随高度和比湿随气压的变化曲线F i g.1 C h a n g i n gc u r v e so fZWDw i t hh e i g h t a n ds p e c i f i ch u m i d i t yw i t hp r e s s u r e1.3 基于射线追踪技术的对流层延迟计算方法组合使用再分析产品(04 2k m)和美国标准大气模型(C O E S A1 9 7 6)(4 28 4k m)来实现参数的中性大气层全覆盖3 0。依据文献3 1 给出的方法,采用E GM 2 0 0 8模型3 2将再分析位势高/位势转换成大地高。利用文献3 3 给出的方法将再分析比湿转换为水汽压。采用文献3 4 给出的大气垂直分层方法(02k m:1 0m间隔;26k m:2 0m间 隔;61 6k m:5 0m间 隔;1 63 6k m:1 0 0m间隔;3 68 4k m:5 0 0m间隔)来进行垂直大气细化分层。分别使用线性、指数和指数插值方法将温度、气压和水汽压由等压层内插到细化高度层3 0。以温度、气压和水汽压为输入,通过式(1)来计算静力学折射率(nh)、湿折射率(nw)和总折射率(n)3 5nh=1+k1PT1 0-6nw=1+k 2eT+k3eT21 0-6n=nh+nw-1(1)42第1期周要宗,等:基于C R A 4 0产品的对流层延迟计算及对比分析式中,k1、k 2和k3为常数,取值分别为7 7.6 8 9K/h P a、2 2.9 7 42 K/h P a和3 7 54 6 3 K2/h P a3 6。P(h P a)、T(K)和e(h P a)分别为气压、温度和水汽压。选用 二 维 分 段 线 性 射 线 追 踪 方 法 来 确定射 线 传 播 路 径3 0,3 7,之 后 利 用 式(2)计 算Z P D和S P D3 8Z HD=k-1i=1(nih-1)hiZWD=k-1i=1(niw-1)hiZ T D=k-1i=1(ni-1)hiS HD=k-1i=1(nih-1)si+gb e n dSWD=k-1i=1(niw-1)siS T D=k-1i=1(ni-1)si+gb e n dgb e n d=k-1i=1si-c o s(i-k)si(2)式中,Z HD为天顶静力学延迟(z e n i t hh y d r o s t a t i cd e l a y);S HD为 斜 路 径 静 力 学 延 迟(s l a n th y d r o s t a t i cd e l a y);SWD为斜路径湿延迟(s l a n tw e td e l a y);S T D为 斜 路 径 总 延 迟(s l a n tt o t a ld e l a y);Z HD、ZWD和Z T D统 称 为Z P D,S HD、S WD和S T D统称为S P D;k为高度层层数;nih、niw和ni表示第i层和第i+1层的静力学折射率、湿折射率和总折射率均值;hi表示第i层和第i+1层的高差;si表示夹在第i层和第i+1层间的射线路径长度;gb e n d表示几何弯曲项;i表示第i层处射线路径的高度角;k为第k层(射线穿出层)射线路径的高度角。分别 以6h和1.0 时 空 分 辨 率 的C R A 4 0(4 7层)、E R A 5(3 7层)和E R A I(3 7层)再分析温度、比湿和位势高/位势为输入,采用前述的对流层延 迟 射 线 追 踪 方 法,计 算2 0 1 8年 全 年 全 球2 3 1个I G S站 处(图2(a)和 国 内2 1 3个CMONO C站处(图2(b)的Z P D和5 高度角、1 6个方位角(0 3 3 7.5,间隔2 2.5)下的S P D。取1 6个 方 位 角 的S P D均 值 作 为5 高 度 角 的S P D。最终得到3种再分析产品在所有选定测站处2 0 1 8年时间分辨率为6h的Z P D和5 高度角S P D产品。图2 I G S和CMONO C站点分布F i g.2 D i s t r i b u t i o no f s e l e c t e dI G Sa n dCMO N O Cs t a t i o n s2 对流层天顶总延迟精度评估事 后GN S S Z T D未 被C R A 4 0、E R A I和E R A 5同化2 6-2 9,因此可以将其作为独立参考,来评估基于再分析资料计算的Z T D精度。从I G S官方F T P(g d c.c d d i s.e o s d i s.n a s a.g o v)下载2 0 1 8年全年选定2 3 1个I G S站处时间分辨率为5m i n的Z T D产品,产品统计精度可达4mm3 9(h t t p s:www.i g s.o r g/p r o d u c t s#a b o u t)。采用P AN D A软件和文献4 0 所示的数据处理策略对所有选定2 1 3个CMONO C测站的GN S S观测数据进行事后精密单点定位(p r e c i s ep o i n tp o s i t i o n i n g,P P P)处理4 1,得到选定CMONO C测站2 0 1 8年全年时间分辨率为1h的Z T D产品,产品统计精度优于5mm4 0。以GN S SZ T D为参考,统计2 0 1 8年全年每个选定测站基于再分资料计算的Z T D误差偏差(B i a s)和均方根(r o o tm e a ns q u a r e,RMS)。图3给出 了 全 球 范 围(I G S站 网)和 中 国 区 域(CMONO C站网)基于3种再分析产品的Z T DB i a s地理分布和直方图,图3(a)、(b)和(c)给出全球范围C R A 4 0、E R A 5和E R A I的Z T DB i a s分布,图3(d)、(e)和(f)给出相应的统计直方图,图3(g)、(h)和(i)给出中国区域C R A 4 0、E R A 5和E R A I的Z T DB i a s分布,而图3(j)、(k)和(l)则给出相应的统计直方图。在全球范围,E R A 5Z T DB i a s平均最小,均值为0.2 0c m(图3(b)、(e)。E R A IZ T DB i a s所有测站均值为0.3 4c m,Z T D偏大的测站主要分布在欧洲、中亚、北美等地区(图3(c)、(f)。相比之下,C R A 4 0Z T DB i a s最大,均值为0.4 8 c m,主要出现在欧洲、北美及赤道区域(图3(a)、(d)。52J a n u a r y2 0 2 3V o l.5 2N o.1A G C Sh t t p:x b.c h i n a s m p.c o m图3 Z T D差值B i a s分布和直方图F i g.3 D i s t r i b u t i o na n dh i s t o g r a mo fZ T DB i a s 在中国区域,E R A 5Z T DB i a s仍然最小,均值为0.0 2 c m(图3(h)、(k)。E R A IZ T DB i a s次之,均值为0.1 1c m(图3(i)、(l)。C R A 4 0Z T DB i a s同样最大,平均为0.2 8 c m,川滇地区、新疆北部的Z T D正偏差较为明显,负偏差则主要出现在新疆南部区域(图3(g)、(j)。再分析Z T D整体偏差均为正,表明再分析Z T D与GN S SZ T D间可能存在系统性偏差(再分析Z T D数值偏大),文献4 24 3 也给出了类似的结果。除了平均偏差外,图4也相应地给出了基于3种再分析资料计算的Z T DRMS地理分布和直方图,图4(a)、(b)和(c)分 别 给 出 全 球 范 围C R A 4 0、E R A 5和E R A I的Z T DRMS分布,图4(d)、(e)和(f)分别给出相应的统计直方图,图4(g)、(h)和(i)分别给出中国区域C R A 4 0、E R A 5和E R A I的Z T DRMS分布,而图4(j)、(k)和(l)则给出相应的统计直方图。在全球范围,再分析Z T DRMS与测站纬度相关,赤道及其附近区域RMS明显偏大,这主要是受赤道及其附近区域含量丰富且变化剧烈水汽的影响4 4。E R A 5Z T DRMS整体最小,平均为1.1 6c m(图4(b)、(e)。C R A 4 0Z T DRMS次之,平均为1.3 9c m,其中赤道及其附近区域相比E R A 5RMS明显更大(图4(a)、(d)。E R A IZ T D RMS整体最大,平均为1.4 7c m,RMS较大的测站主要分布在赤道及其附近区域以及中东、中亚等地区(图4(c)、(f)。在中国区域,E R A 5Z T DRMS仍然最好,均值为1.1 6c m(图4(h)、(k)。E R A IZ T DRMS次之,川滇地区以及新疆、河北、山东、辽宁等地均相对E R A 5明显变差,均值为1.3 9c m(图4(i)、62第1期周要宗,等:基于C R A 4 0产品的对流层延迟计算及对比分析(l)。C R A 4 0Z T DRMS相对E R A I略差,主要集中在川滇地区和新疆,均值为1.4 1c m(图4(g)、(j)。整体统计上,E R A 5Z T DRM S明显小于C R A 4 0和E R A I,而C R A 4 0和E R A IZ T DRM S比较接近,表明E R A 5Z T D精度显著优于E R A I和C R A 4 0,而E R A I和C R A 4 0Z T D精度相近。图4 Z T D差值RM S分布和直方图F i g.4 D i s t r i b u t i o na n dh i s t o g r a mo fZ T DRM S3 对流层斜路径延迟精度评估由于斜路径延迟缺乏可靠的参考,无法直接对基于再分析资料计算的S P D绝对精度进行评估,而 对 流 层 天 顶 总 延 迟 精 度 评 估 结 果 显 示E R A 5Z T D精度最高,理论上E R A 5计算的Z P D和S P D精度也最高,因此就以E R A 5计算的Z P D和S P D为参考,来评估C R A 4 0和E R A I计算的Z P D和S P D精度。首先计算2 0 1 8年全年所有选定测站C R A 4 0和E R A IZ P D和S P D同E R A 5Z P D和S P D的差异B i a s和RMS,然后统计出差异B i a s和RMS的最小值(m i n)、最大值(m a x)和均值(m e a n),结果见表1。由表1可 知,5 高 度 角S P D差 异B i a s和RMS约是相应Z P D差异RMS的1 0倍,这是因为5 高度角S P D和Z P D比值是在1 0.2左右4 5。C R A 4 0和E R A 5对流层延迟差异主要体现在湿延迟 部 分。全 球 范 围(I G S站 网)C R A 4 0和E R A 5对流层延迟(Z P D和S P D)差异RMS分别为1.0 4(Z T D)、0.1 3(Z HD)、1.0 4(ZWD)、1 0.8 3(S T D)、1.3 7(S HD)和1 0.8 0c m(SWD),中国区域(CMONO C站网)为1.1 8、0.1 4、1.1 6、1 2.3 0、1.4 9和1 2.1 3c m。以E R A 5对流层延迟为参考,在全球范围C R A 4 0同E R A I的对流层延迟计算72J a n u a r y2 0 2 3V o l.5 2N o.1A G C Sh t t p:x b.c h i n a s m p.c o m精度基本相当,而在中国区域E R A I对流层延迟计算精度略优于C R A 4 0,可能原因是C R A 4 0在中国区域同化了一些国内特有的气象观测数据,导致在中国区域C R A 4 0与E R A 5在同化数据源上有更大差异。表1 再分析Z P D和S P D差异B i a s和RM S统计T a b.1 S t a t i s t i c a l b i a sa n dRM Sb e t w e e nr e a n a l y s i s-b a s e dZ P Da n dS P Dc m再分析产品对流层延迟全球范围(I G S站网)中国区域(CMONO C站网)B i a sRM SB i a sRM Sm i nm a xm e a nm i nm a xm e a nm i nm a xm e a nm i nm a xm e a nC RA 4 0-E RA 5Z T D-1.2 12.4 30.2 80.2 62.7 21.0 4-1.2 92.5 80.2 50.4 72.9 11.1 8Z HD-0.3 00.4 1-0.0 20.0 50.4 40.1 3-0.3 00.3 70.0 20.0 80.4 70.1 4ZWD-1.2 82.3 10.3 00.2 12.6 41.0 4-1.3 32.6 20.2 30.4 62.9 61.1 6S T D-1 3.4 42 5.9 22.8 42.7 12 8.9 31 0.8 3-1 4.3 72 8.2 52.5 85.0 33 1.5 71 2.3 0S HD-3.2 43.4 3-0.3 10.4 83.8 71.3 7-3.5 24.0 20.