Учёт климатических и локальных особенностей места размещения РВП при расчёте тропосферной задержки

Г. Н. Ильин, В. Ю. Быков

ИПА РАН, г. Санкт-Петербург, Россия

Сопоставление в обсерваториях РСДБ-комплекса «Квазар КВО» результатов измерения тропосферной задержки (ТЗ), полученных с помощью радиометрической аппаратуры дистанционного зондирования атмосферы (ДЗА), с аналогичными данными приёмников сигналов ГНСС, обработанных международной службой IGS, показало их различие. Очевидно, что подобное различие связано с особенностями места размещения аппаратуры ДЗА — радиометра водяного пара (РВП) и метеорологического профилемера МТП-5. Вторая причина — параметры алгоритма расчёта ТЗ по данным ДЗА (далее алгоритма) являются локально-зависимыми и должны корректироваться.

Поскольку принято считать ряд значений ТЗ международной службы IGS наиболее точным, то возможна коррекция (калибровка) ряда параметров алгоритма по такому ряду с целью уравнивания результатов измерений [1]. Подобное сравнение значений ТЗ и последующую коррекцию параметров алгоритма реально провести на территории Российской Федерации в очень ограниченном числе мест, которые с одной стороны должны быть оснащены приемниками сигналов ГНСС геодезического класса и входить в международную службу IGS, а с другой — иметь в своем распоряжении аппаратуру ДЗА. В настоящее время число подобных мест пять: три из них принадлежат ИПА РАН, а два оставшихся — ВНИИФТРИ.

Альтернативный подход к определению набора параметров алгоритма, привязанного к условиям места размещения аппаратуры ДЗА, заключается, как известно, в обработке вертикальных профилей метеопараметров, полученных на аэрологических станциях (АС) Росгидромета. Статистическая обработка данных АС позволяет получить все необходимые параметры алгоритма расчёта ТЗ и учесть изменчивость параметров алгоритма, обусловленную климатическими особенностями и высотой места расположения АС.

С целью определения параметров алгоритма была проведена обработка данных семи АС на интервале трёх лет: 2019–2021 г.

Места дислокации выбранных АС расположены различных климатических зонах и различаются по высоте над уровнем моря в диапазоне от 15 до 1300 м. Данные АС скачивались с сайта университета Вайоминг, США: http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html.

Расчёты проводились с помощью специализированного ПО, реализованного на языке Python 3.7. Расчет параметров алгоритма [2, 3] проводился интегрированием вертикальных профилей метеопараметров с использованием спектральной теории поглощения в атмосферных газах, в её современной реализации [4, 5]. Получены наборы требуемых параметров алгоритма, учитывающие как сезонные вариации параметров, так и высоту над уровнем моря места размещения аппаратуры ДЗА. Набор параметров алгоритма включает среднюю, взвешенную по поглощению и влажности температуру атмосферы, поглощение в кислороде, водяном паре и другие. Определены регрессионные зависимости параметров от приземной температуры и высоты расположения аппаратуры ДЗА. Частота, на которой выполнялся расчёт параметров алгоритма, задаётся пользователем, для РВП — 20.7 и 31.4 ГГц. С учётом полученных результатов определены параметры алгоритма для расчёта ТЗ в обсерваториях.

С целью валидации полученных результатов в обсерваториях РСДБ-комплекса «Квазар-КВО» проведено сравнение на годовом интервале значений ТЗ, определенных по данным РВП и ГНСС (IGS). Сравнение показало хорошее совпадение значений ТЗ. Среднее значение и СКО разности ТЗ РВП и ГНСС в обсерваториях «Светлое, «Зеленчукская» и «Бадары» на интервале 2022 г. составило: 2.1 ± 6.4, 0.6 ± 5.8 и –0.9 ± 6.6 мм соответственно.

Литература

1) Ильин Г. Н. Экспериментальная оценка параметров алгоритма расчета влажностной тропосферной задержки и их влияние на точность расчета // Труды ИПА РАН. 2019. Вып. 50. С. 36–43.

2) Башаринов А. Е., Гурвич А. С., Егоров С. Т. Радиоизлучение Земли как планеты. 1974. М.: Наука, 188 c.

3) Ильин Г. Н., Троицкий А. В. Определение тропосферной задержки радиосигнала радиометрическим методом // Известия высших учебных заведений // Радиофизика. 2017. Т. 60, № 4. С. 326–335.

4) Cimini D., Rosenkranz P. W., Tretyakov M. Y., et al. Uncertainty of atmospheric microwave absorption model: impact on ground-based radiometer simulations and retrievals // Atmos. Chem. Phys. 2018. Vol. 18, Iss. 20. P. 15231–15259.

5) Liebe H. J. MPM — An atmospheric millimeter wave propagation model // Int. J. Infrared Millimeter Waves. 1989. Vol. 10(6). C. 631–650.