水蒸気モニタリング

水蒸気モニタリングは天気予報と気候研究の分野で重要な地位を占めており、一般的には高空探査で直接獲得することができ、衛星水蒸気通路とレーダーなどの手段で反転することもできる。GPS技術の発展と気象学との交差融合に伴い、GPSは水蒸気モニタリングの先進的な手段となった。

GPS＝グローバルナビゲーション測位システムは、1970～1990年に米国で発展した技術的に成熟した衛星ナビゲーションと測位システムであり、主に3つの部分から構成されている：空間星座、地上監視とユーザー機器。

宇宙星座は24基の高空GPS衛星から構成され、世界のどの地域でも、いつでも4基以上の衛星が観測測位に使用できることを保証し、世界の地上連続カバーを実現し、それによって世界全天候にわたって動的目標の3次元位置、速度、時間情報を連続的に提供することを確保した。

地上監視は現在、衛星検出ステーション、メインコンソール、情報注入ステーションなど、世界中に分布する5つの地上局で構成されています。GPSユーザの要求に応じて、必要な受信装置は異なり、主にGPS受信機、データ処理ソフトウェア、マイクロプロセッサ及びその端末装置から構成される。GPS気象学はGPS装置を用いて大気科学を研究するための分岐学科である。GPS受信機の位置に応じて、GPSリモートセンシング技術を地盤と空基の2種類に分けることができる。地盤GPS気象リモートセンシング技術は、地球表面に静止したGPS受信機を用いてGPS衛星信号を受信し、地球大気パラメータを連続的に測定する。空基GPS気象リモートセンシング技術は主に人工衛星プラットフォーム上に設置されたGPS受信機を用いてGPS衛星信号を受信し、その後マスク法を用いて気象パラメータを測定する。

リアルタイムの高時空密度GPS水蒸気リモートセンシング資料を利用して、同じ時間帯の気象衛星とドップラー天気レーダー資料を結合して、中小尺度天気システムの特徴、特に水蒸気総量の空間分布と強対流システムの進展との関係を分析して、中小尺度天気システムの早期警報能力を改善することができる。GPS反転の大気水蒸気含有量を数値予報に同化することで、予報の正確率を明らかに高めることができる。GPSリモートセンシング技術は比較的に正確に大気垂直積分水蒸気含有量或いは対流層大気水蒸気総量を反転することができ、降水量ができ、降水の影響を受けず、時間分解能が高く、設備のメンテナンスが簡単であるなどの利点があり、そのためますます各国の気象部門に重視されている。

スウェーデンは1993年に24駅を含む地盤GPS観測網を構築し始め、日本は1998年に全国をカバーする地盤GPS観測網を構築し、米国は200以上のGPS受信局からなる全国的な探査網を構築した。我が国の国家衛星気象センターと北京大学地球物理学部も1995年に空基GPS信号を利用して大気パラメータを反転し、地盤GPSを利用して大気柱の総水蒸気含有量を反映する研究を展開した。2000年夏、北京市の範囲内に10のGPS観測点を設置し、地盤GPSの観測試験を開始した。現在、GPSリモートセンシング技術はまだ探索と試験段階にあり、監視と予測への応用を推進するためのさらなる研究と発展が必要である。