AbstractThe implementation of the G

Abstract

The implementation of the Global Positioning System (GPS) network of satellites and the development of small, high-performance instrumentation to receive GPS signals have created an opportunity for active remote sounding of the Earth's atmosphere by radio occultation at comparatively low cost. A prototype demonstration of this capability has now been provided by the GPS/MET investigation. Despite using relatively immature technology, GPS/MET has been extremely successful [Ware et al., 1996; Kursinski et al., 1996], although there is still room for improvement. The aim of this paper is to develop a theoretical estimate of the spatial coverage, resolution, and accuracy that can be expected for atmospheric profiles derived from GPS occultations. We consider observational geometry, attenuation, and diffraction in defining the vertical range of the observations and their resolution. We present the first systematic, extensive error analysis of the spacecraft radio occultation technique using a combination of analytical and simulation methods to establish a baseline accuracy for retrieved profiles of refractivity, geopotential, and temperature. Typically, the vertical resolution of the observations ranges from 0.5 km in the lower troposphere to 1.4 km in the middle atmosphere. Results indicate that useful profiles of refractivity can be derived from ∼60 km altitude to the surface with the exception of regions less than 250 m in vertical extent associated with high vertical humidity gradients. Above the 250 K altitude level in the troposphere, where the effects of water are negligible, sub-Kelvin temperature accuracy is predicted up to ∼40 km depending on the phase of the solar cycle. Geopotential heights of constant pressure levels are expected to be accurate to ∼10 m or better between 10 and 20 km altitudes. Below the 250 K level, the ambiguity between water and dry atmosphere refractivity becomes significant, and temperature accuracy is degraded. Deep in the warm troposphere the contribution of water to refractivity becomes sufficiently large for the accurate retrieval of water vapor given independent temperatures from weather analyses [Kursinski et al., 1995]. The radio occultation technique possesses a unique combination of global coverage, high precision, high vertical resolution, insensitivity to atmospheric particulates, and long-term stability. We show here how these properties are well suited for several applications including numerical weather prediction and long-term monitoring of the Earth's climate.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

บทคัดย่อดำเนินงานของเครือข่ายระบบการวางตำแหน่งทั่วโลก (GPS) ของดาวเทียมและการพัฒนาของขนาดเล็ก มี ประสิทธิภาพสูงเครื่องมือรับสัญญาณ GPS ได้สร้างโอกาสสำหรับหูใช้งานระยะไกลของบรรยากาศของโลก โดย occultation วิทยุที่ต้นทุนต่ำที่ดีอย่างหนึ่ง ขณะนี้มีการให้การสาธิตต้นแบบของความสามารถนี้ โดยตรวจสอบ GPS/เม็ท แม้จะใช้เทคโนโลยีค่อนข้าง immature จีพีเอส/เม็ทได้ประสบความสำเร็จ [เครื่อง et al., 1996 Kursinski et al., 1996], แต่ก็ยังคงมีการปรับปรุง จุดประสงค์ของเอกสารนี้คือการ พัฒนาการประเมินทฤษฎีครอบคลุมพื้นที่ ความละเอียด และความแม่นยำที่สามารถคาดหวังสำหรับโพรไฟล์บรรยากาศมาจากจีพีเอส occultations เราพิจารณาสังเกตการณ์เรขาคณิต อ่อน และการเลี้ยวเบนในช่วงแนวตั้งของการสังเกตและความละเอียดของการกำหนด เรานำเสนอการวิเคราะห์ข้อผิดพลาดอย่างละเอียด ระบบแรกของยานอวกาศเทคนิค occultation วิทยุใช้รวมการวิเคราะห์และการจำลองวิธีการสร้างความถูกต้องพื้นฐานสำหรับดึงข้อมูลส่วนกำหนดค่าของ refractivity, geopotential และอุณหภูมิ ปกติ ความละเอียดแนวตั้งที่สังเกตตั้งแต่ 0.5 km ในโทรโพสเฟียร์ลดลงไป 1.4 km ในบรรยากาศกลาง ผลลัพธ์บ่งชี้ว่า โปรไฟล์ประโยชน์ของ refractivity สามารถมาจาก ∼60 km สูงยก เว้นพื้นที่น้อย กว่า 250 เมตรในแนวขอบเขตที่เกี่ยวข้องกับความชื้นแนวตั้งสูงไล่ระดับสีพื้นผิว จาก 250 K สูงระดับในโทรโพสเฟียร์ ผลกระทบของน้ำระยะ ความถูกต้องของอุณหภูมิเคลวินย่อยจะทำนายถึง ∼40 กิโลเมตรขึ้นอยู่กับระยะของรอบการพลังงานแสงอาทิตย์ Geopotential ความสูงของระดับแรงดันคงคาดว่าจะถูกต้อง ∼10 เมตร หรือดีกว่าระหว่าง 10 และ 20 กิโลเมตรความ ต่ำกว่าระดับ 250 K ความคลุมเครือระหว่างน้ำและบรรยากาศที่แห้ง refractivity เป็นสำคัญ และความถูกต้องอุณหภูมิจะเสื่อมโทรม ลึกในโทรโพสเฟียร์ที่ความอบอุ่น ของน้ำ refractivity จะใหญ่พอสำหรับการเรียกข้อมูลที่ถูกต้องของไอน้ำให้อุณหภูมิอิสระจากอากาศวิเคราะห์ [Kursinski et al., 1995] เทคนิค occultation วิทยุมีชุดพิเศษครอบคลุมทั่วโลก ความแม่นยำสูง ความละเอียดแนวตั้งสูง insensitivity ฝุ่นละอองบรรยากาศ และความมั่นคงระยะยาว เราแสดงที่นี่คุณสมบัติเหล่านี้อย่างดีเหมาะสำหรับใช้งานรวมถึงคาดเดาสภาพอากาศเป็นตัวเลข และตรวจสอบสภาพภูมิอากาศของโลกระยะยาว

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

บทคัดย่อการดำเนินงานของ Global Positioning System (GPS) เครือข่ายของดาวเทียมและการพัฒนาของขนาดเล็กเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสูงในการรับสัญญาณจีพีเอสได้สร้างโอกาสในการทำให้เกิดเสียงระยะไกลที่ใช้งานของชั้นบรรยากาศของโลกโดยวิทยุแอบแฝงที่มีต้นทุนต่ำเมื่อเทียบกับ สาธิตเป็นต้นแบบของความสามารถนี้ได้รับการจัดไว้ให้โดย GPS / MET สอบสวน แม้จะมีการใช้เทคโนโลยีที่ค่อนข้างอ่อน GPS / MET ได้รับความสำเร็จอย่างมาก [Ware et al, 1996. Kursinski et al., 1996] แม้ว่าจะยังคงมีห้องสำหรับการปรับปรุง จุดมุ่งหมายของการวิจัยนี้คือการพัฒนาประมาณการทางทฤษฎีของการรายงานข่าวเชิงพื้นที่ความละเอียดและความถูกต้องที่สามารถคาดหวังสำหรับโปรไฟล์บรรยากาศที่ได้มาจากปรากฏการณ์จีพีเอส เราพิจารณาเรขาคณิตเชิงการลดทอนและการเลี้ยวเบนในการกำหนดช่วงแนวตั้งข้อสังเกตและความละเอียดของพวกเขา เรานำเสนอเป็นครั้งแรกที่ระบบวิเคราะห์ข้อผิดพลาดที่กว้างขวางของวิทยุยานอวกาศเทคนิคแอบแฝงโดยใช้การรวมกันของวิธีการวิเคราะห์และการจำลองเพื่อสร้างความถูกต้องพื้นฐานสำหรับโปรไฟล์ดึงของ refractivity, geopotential และอุณหภูมิ โดยปกติแล้วความละเอียดในแนวตั้งของสังเกตตั้งแต่ 0.5 กม. ใน troposphere ต่ำกว่า 1.4 กิโลเมตรในบรรยากาศกลาง ผลการศึกษาพบว่ารูปแบบการใช้งานของ refractivity จะได้รับจากความสูง ~60 กม. ไปยังพื้นผิวที่มีข้อยกเว้นของภูมิภาคน้อยกว่า 250 เมตรในแนวตั้งขอบเขตที่เกี่ยวข้องกับการไล่ระดับสีที่มีความชื้นสูงในแนวตั้ง เหนือระดับ 250 K ในระดับความสูง troposphere ที่ผลกระทบของน้ำที่มีเล็กน้อยถูกต้องย่อยอุณหภูมิเคลวินเป็นที่คาดการณ์ถึง ~40 กม. ขึ้นอยู่กับขั้นตอนของวัฏจักรสุริยะที่ Geopotential สูงของระดับความดันคงที่คาดว่าจะถูกต้อง ~ 10 เมตรหรือดีขึ้นระหว่างวันที่ 10 และ 20 กม. ความสูง ด้านล่าง 250 K ระดับความคลุมเครือระหว่างน้ำและ refractivity บรรยากาศที่แห้งกลายเป็นอย่างมีนัยสำคัญและความถูกต้องสลายอุณหภูมิ ลึกลงไปในผลงาน troposphere อบอุ่นของน้ำ refractivity จะมีขนาดใหญ่พอสำหรับการดึงความถูกต้องของไอน้ำที่อุณหภูมิอิสระได้รับจากการวิเคราะห์สภาพอากาศ [Kursinski et al., 1995] แอบแฝงวิทยุเทคนิคที่มีการผสมผสานเอกลักษณ์ของครอบคลุมทั่วโลก, ความแม่นยำสูงในแนวตั้งความละเอียดสูงที่จะไม่รู้สึกอนุภาคในชั้นบรรยากาศและความมั่นคงในระยะยาว ที่นี่เราแสดงว่าคุณสมบัติเหล่านี้มีความเหมาะสมดีสำหรับการใช้งานหลายคนรวมทั้งพยากรณ์อากาศเชิงตัวเลขและการตรวจสอบในระยะยาวของสภาพภูมิอากาศของโลก

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

นามธรรม

ใช้ระบบตำแหน่งทั่วโลก ( GPS ) เครือข่ายดาวเทียมและการพัฒนาขนาดเล็ก , เครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสูงเพื่อรับสัญญาณจีพีเอสได้สร้างโอกาสสำหรับระยะไกลเสียงของบรรยากาศโลก โดยเจ้าของเดิมในราคาต่ำเมื่อเทียบกับวิทยุที่ใช้งานอยู่ต้นแบบสาธิตความสามารถนี้ได้รับตอนนี้โดย GPS / เจอกันครับ แม้จะมีการใช้เทคโนโลยีที่ค่อนข้างอ่อน , GPS / พบประสบความสำเร็จ [ แสนเครื่อง et al . , 1996 ; kursinski et al . , 1996 ) แม้ว่ายังคงมีการปรับปรุงห้อง วัตถุประสงค์ของการวิจัยนี้คือ เพื่อพัฒนาประเมินเชิงทฤษฎีของความครอบคลุมพื้นที่ , ความละเอียดและความถูกต้องที่สามารถคาดหวังสำหรับบรรยากาศโปรไฟล์มาจาก GPS occultations . เราพิจารณาเชิงเรขาคณิต การลดทอน และวิธีการในการกำหนดช่วงแนวตั้งของการสังเกตและความละเอียดของพวกเขา เราเสนอแรกระบบเกิดข้อผิดพลาดในการวิเคราะห์อย่างละเอียดของยานอวกาศวิทยุคราสเทคนิคโดยใช้การรวมกันของวิธีการวิเคราะห์และจำลองการสร้างพื้นฐานความดึงโปรไฟล์ของ refractivity geopotential , และอุณหภูมิ โดยทั่วไปแล้ว ความละเอียดแนวตั้งของการสังเกตในช่วง 0.5 km ใน troposphere ที่ลดลง 1.4 กิโลเมตร ในบรรยากาศกลางผลการวิจัย พบว่า มีประโยชน์โปรไฟล์ของ refractivity สามารถได้มาจาก∼ 60 กม. ความสูงพื้นผิวด้วยข้อยกเว้นของภูมิภาคน้อยกว่า 250 เมตร ในขอบเขตที่เกี่ยวข้องกับความชื้นสูงในแนวตั้งการไล่ระดับสี . ความสูงระดับเหนือ 250 K ใน troposphere ที่ผลกระทบของน้ำเป็นสำคัญย่อยเคลวินอุณหภูมิความถูกต้องคาดถึง∼ 40 กม. ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับระยะของวัฏจักรสุริยะ . geopotential ความสูงของระดับแรงดันคงที่คาดว่าจะถูกต้อง∼ 10 เมตรหรือดีกว่ามาก ๆระหว่าง 10 และ 20 กิโลเมตร ต่ำกว่า 250 K ระดับความคลุมเครือระหว่างน้ำและแห้ง refractivity บรรยากาศเป็นสำคัญ และความถูกต้องของอุณหภูมิจะสลายตัวลึกใน troposphere อุ่นเพิ่มน้ำให้ refractivity กลายเป็นขนาดใหญ่พอสำหรับดึงข้อมูลที่ถูกต้องของไอน้ำที่ได้รับอิสระจากสภาพอากาศและอุณหภูมิ [ kursinski et al . , 1995 ] วิทยุคราสเทคนิคที่มีการผสมผสานเอกลักษณ์ของความคุ้มครองสำหรับความแม่นยำสูงความละเอียดแนวตั้งสูงถึงบรรยากาศอย่างเฉื่อยชา ,และเสถียรภาพในระยะยาว เราแสดงที่นี่ว่าคุณสมบัติเหล่านี้จะเหมาะสำหรับการใช้งานต่าง ๆ รวมทั้งการพยากรณ์อากาศเชิงตัวเลขและการติดตามระยะยาวของภูมิอากาศของโลก