GPSによる可降水量分布推定
Estimation of Precipitable Water Vapor Map by GPS

 2005/11/28 Home

Abstract

電子基準点(GEONET)観測データから精密単独測位(PPP)により対流圏天頂全遅延(ZTD)を推定した。ZTD推定値から気象庁メソ数値予報モデル(MSM)の海面更正気圧及び地表気温を使ってGPS可降水量(GPS-PWV)を算出しGPS可降水量分布マップを作成した。また算出したGPS可降水量(GPS-PWV)を観測局近傍の気象庁ソンデ観測値から算出したゾンデ可降水量(Sonde-PWV)と比較した。全19局, 2004/1/1-12/31におけるGPS-PWVのSonde-PWVと比較したバイアスは-0.5mm、RMS誤差は2.4mmであった。

本解析には国土地理院電子基準点データ、気象庁観測データ及び数値予報データを使用しました。

推定条件
Estimation Parameters

・Analysis Software : GT0.5.6
・Estimation Span : 2004/01/01-12/31
・Estimation Interval : 300sec
・Estimation Unit Time : 24H
・Estimation Pass : 2pass(Forward/Backward)+Smoothing
・Estimation Strategy : PPP
・Station Position Model : Static
・Fixed Parametes : Orbit/Clock IGS Final, ERP IGS Final
・Estimated Parameters : Sta Position, Sta Clock, Tropos ZTD/Gradients
・Min Elevation : 10deg
・Tropospheric Model : Saastamoinen
・Tropospheric Mapping Function : NMF
・Tropospheric Gradient Model : Linear
・Ocean Loading : GOTIC2(NAO.99b)
・Receiver Antenna PCV : igs_01.pcv
・Helmert Transformation Correction : on

GPS可降水量推定値
GPS-PWV Estimation Results

・pwvgps_ALL_2004.zip (ZIP圧縮: 41.0MB)

・ファイル名 : pwvgps_{rcv}_2004.txt (rcv: 観測局ID)
・ファイル形式 : テキスト、1レコード1行
・レコード形式 : year month day hour min PWV (時刻: GPST, PWV単位: mm, PWV欠測: -1.0)
・推定期間 : 2004/01/01 00:00〜2004/12/31 23:00
・時間間隔 : 1H


GPS可降水量分布マップ
GPS-PWV Maps


GEONET GPS Stations


GPS-PWV (Precipitable Water Vapor) Maps (mm) : 2004/10/19 00:00 GPST

GPS-PWV (Precipitable Water Vapor) Maps (All Japan, mmdd=2004/mm/dd 00:00 GPST)
0101 0102 0103 0104 0105 0106 0107 0108 0109 0110 0111 0112 0113 0114 0115 0116 0117 0118
0119 0120 0121 0122 0123 0124 0125 0126 0127 0128 0129 0130 0131 0201 0202 0203 0204 0205
0206 0207 0208 0209 0210 0211 0212 0213 0214 0215 0216 0217 0218 0219 0220 0221 0222 0223
0224 0225 0226 0227 0228 0229 0301 0302 0303 0304 0305 0306 0307 0308 0309 0310 0311 0312
0313 0314 0315 0316 0317 0318 0319 0320 0321 0322 0323 0324 0325 0326 0327 0328 0329 0330
0331 0401 0402 0403 0404 0405 0406 0407 0408 0409 0410 0411 0412 0413 0414 0415 0416 0417
0418 0419 0420 0421 0422 0423 0424 0425 0426 0427 0428 0429 0430 0501 0502 0503 0504 0505
0506 0507 0508 0509 0510 0511 0512 0513 0514 0515 0516 0517 0518 0519 0520 0521 0522 0523
0524 0525 0526 0527 0528 0529 0530 0531 0601 0602 0603 0604 0605 0606 0607 0608 0609 0610
0611 0612 0613 0614 0615 0616 0617 0618 0619 0620 0621 0622 0623 0624 0625 0626 0627 0628
0629 0630 0701 0702 0703 0704 0705 0706 0707 0708 0709 0710 0711 0712 0713 0714 0715 0716
0717 0718 0719 0720 0721 0722 0723 0724 0725 0726 0727 0728 0729 0730 0731 0801 0802 0803
0804 0805 0806 0807 0808 0809 0810 0811 0812 0813 0814 0815 0816 0817 0818 0819 0820 0821
0822 0823 0824 0825 0826 0827 0828 0829 0830 0831 0901 0902 0903 0904 0905 0906 0907 0908
0909 0910 0911 0912 0913 0914 0915 0916 0917 0918 0919 0920 0921 0922 0923 0924 0925 0926
0927 0928 0929 0930 1001 1002 1003 1004 1005 1006 1007 1008 1009 1010 1011 1012 1013 1014
1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 1022 1023 1024 1025 1026 1027 1028 1029 1030 1031 1101
1102 1103 1104 1105 1106 1107 1108 1109 1110 1111 1112 1113 1114 1115 1116 1117 1118 1119
1120 1121 1122 1123 1124 1125 1126 1127 1128 1129 1130 1201 1202 1203 1204 1205 1206 1207
1208 1209 1210 1211 1212 1213 1214 1215 1216 1217 1218 1219 1220 1221 1222 1223 1224 1225
1226 1227 1228 1229 1230 1231


GPS-PWV (Precipitable Water Vapor) Maps (Amimation)
Area Date/Time (GPST) GPS-PWV Map Animation Size
Start End Interval
All Japan 2004/07/01 00:00 2004/07/10 23:00 1H GIF 10.1MB
All Japan 2004/07/11 00:00 2004/07/20 23:00 1H GIF 10.1MB
All Japan 2004/07/21 00:00 2004/07/31 23:00 1H GIF 11.3MB
West Japan 2004/10/01 00:00 2004/10/10 23:00 1H GIF 16.1MB
West Japan 2004/10/11 00:00 2004/10/20 23:00 1H GIF 16.2MB
West Japan 2004/10/21 00:00 2004/10/31 23:00 1H GIF 17.3MB
Middle Japan 2004/10/19 00:00 2004/10/19 11:55 5min GIF 11.9MB
Middle Japan 2004/10/19 12:00 2004/10/19 23:55 5min GIF 11.8MB
Middle Japan 2004/10/20 00:00 2004/10/20 11:55 5min GIF 12.1MB
Middle Japan 2004/10/20 12:00 2004/10/20 23:55 5min GIF 13.3MB


GPS可降水量のソンデ可降水量との比較
Comparison of GPS-PWV with Sonde-PWV


GPS Stations used for Comparison with Sonde-PWV

Comparison of GPS-PWV with Sonde-PWV (2004/01/01-2004/12/31)
Sonde Station GPS Station Horiz. Dist. GPS-Sonde PWV (mm) Scat Graph
ID Name Lat Lon ID Name Lat Lon H(m) Bias STD RMS
47401 稚内 45.42 141.68 940001 稚内 45.40 141.75 47 5km -0.4 1.5 1.5 *
47412 札幌 43.05 141.33 950128 札幌 42.97 141.29 173 9km -0.9 1.8 2.0 *
47420 根室 43.33 145.58 940006 根室1 43.29 145.51 21 8km -0.5 1.5 1.6 *
47580 三沢 40.33 141.38 950159 二戸 40.29 141.29 93 9km 0.4 2.2 2.2 *
47582 秋田 39.72 140.10 960552 天王 39.83 140.04 19 13km 0.1 2.0 2.0 *
47590 仙台 38.27 140.90 940037 利府 38.32 140.95 32 7km -0.4 1.7 1.8 *
47600 輪島 37.38 136.90 940053 輪島 37.38 136.89 14 1km -0.2 1.8 1.8 *
47646 館野 36.05 140.13 960627 つくば3 36.10 140.09 31 7km -0.0 1.7 1.7 *
47678 八丈島 33.12 139.78 95113 八丈 33.12 139.80 69 1km -0.4 3.3 3.3 *
47681 浜松 34.75 137.70 970821 浜松伊左地 34.75 137.68 47 2km -0.2 1.9 1.9 *
47744 米子 35.43 133.35 960654 米子 35.44 133.34 12 1km -0.6 1.9 2.0 *
47778 潮岬 33.45 135.77 940070 串本 33.48 135.76 15 4km 0.1 1.9 1.9 *
47807 福岡 33.58 130.38 021062 福岡 33.68 130.30 21 14km 0.4 2.1 2.2 *
47827 鹿児島 31.55 130.55 960721 鹿児島3 31.55 130.64 49 8km 0.0 3.0 3.0 *
47909 名瀬 28.38 129.55 950494 名瀬 28.40 129.49 171 6km 0.0 2.0 2.0 *
47918 石垣島 24.33 124.17 960750 石垣2 24.34 124.17 22 1km -0.7 2.1 2.2 *
47936 那覇 26.20 127.68 021096 那覇 26.19 127.68 10 1km 0.1 2.3 2.3 *
47945 南大東島 25.83 131.23 950497 南大東 25.83 131.23 21 1km -1.1 2.3 2.5 *
47971 父島 27.08 142.18 942003 父島 27.10 142.18 161 1km -4.0 2.7 4.8 *
合計 -0.5 2.3 2.4 *
(GPS-PWVについてはソンデ放球時刻に合わせて正時15分前(23:45,11:45 GPST)の推定値を使用した)


Scatter Graph between GPS-PWV and Sonde-PWV (2004/01/01-2004/12/31)

付録
Appendix

GPS ZTD→GPS PWV変換手順
Algorithm to convert GPS-ZTD to GPS-PWV

(1) 局位置座標から緯度φ, 経度λ, 測地高度h(m)を求める。ここでジオイドモデルはEGM96を使用している。

(2) 気象庁メソ数値予報モデル(MSM) GPVから線形補間により局位置の海面更正気圧Pmsl(hPa), 地表気温T(C)を求める。

(3) 以下により地表気圧P(hPa), 天頂静水圧遅延ZHD(m)を求める。

　P=Pmsl*(1-0.0065*h/(T-0.0065*h+273.15))^5.257
　ZHD=0.0022768*P/(1-0.00266*cos2φ-2.8E-7*h)

(4) 天頂全遅延推定値ZTD(m)から以下により天頂湿潤遅延ZWD(m), 加重平均気温Tm(K)を求める。

　ZWD=ZTD-ZHD
　Tm=70.2+0.72*(T+273.15)

(5) 以下により可降水量PWV(m)を求める。

　PWV=1E5/(Rv*(k2-k1*mv/md+k3/Tm))*ZWD
　(Rv=461, k1=77.6, k2=71.98, k3=3.754E5, mv=18.0152, md=28.9644)

Sonde観測値→Sonde PWV変換手順
Algorithm to convert Sonde Observation Data to Sonde-PWV

(1) Sonde観測値各層の気圧Pi(hPa)、気温Ti(degC), 相対湿度Hi(%)から水蒸気分圧ei(hPa)、混合比ri(kg/kg)を以下で求める。ここで飽和水蒸気圧はTetensの経験式によっている。

　ei=6.11*10^(7.5*Ti/(237.3+Ti))*Hi*0.01
　ri=0.622*ei/(Pi-ei)

(2) 以下積和で可降水量PWV(m)を求める。

　PWV=1/g∫rdp=1/gΣ((ri+ri+1)/2 * (Pi-Pi+1)))*0.1　(g=9.81m/s2)

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