[00366049]GNSS监测大气理论方法与关键技术及应用

气候变化和自然灾害已经成为一个重大的课题和挑战，直接影响我们息息相关的生存环境。地球大气层是地球生命的保护圈，包括中性大气层和电离层。探测地球大气层的组成、结构和变化及其相互作用和机理，是了解地球大气层和准确预报地球大气参数的重要前提和保障。传统的大气探测存在空间和时间分辨率等问题，全球卫星导航系统(GNSS)能够高精度和高时空分辨率地监测对流层和电离层变化，为气象和空间环境监测提供了一个新的观测手段。该项目实施十余年，通过深入研究地基和空基GNSS监测大气理论与方法，解决了一些关键性技术问题，取得了以下一系列重要创新性国际成果和应用： 1)负责建设和协调国内首个华东地区200多个连续GNSS台站综合应用网，提供近实时的高时空分辨率的华东地区可降水汽虽(PWV)、梯度和降水阈值等一系列产品，广泛应用于上海市和华东区域天气预报业务，为台风、梅雨、暴雨和强对流等灾害性天气预报预警中发挥了重要的作用。 2)建立了残差基随机模型，显著提高了GNSS对流层总延迟估计精度，拓展了GNSS大气科学研究，发现了GNSS总对流层延迟(ZTD)能够探测大气周日和半周日潮汐，有助于进一步完善大气潮汐理论。 3)开发了逐台站法方程叠加的处理方法，能够估计单站或上千个台站BDS/GNSS接收机硬件延迟（DCB)和电离层总电子含量（TEC),与国际IGS分析解精度相当，被国内外用户广泛使用。并在国际上首次发现GNSS L2频段最易受太阳射电辐射影响，以及通过层析得到了三维电离层电子密度剖面信息，拓展了GNSS映射三维高分辨率电离层剖面信息及其在气象学和空间环境研究中的应用，在天气和空间环境监测与预报中具有重要的科学应用价值。 4)获得了GNSS电离层总电宇含量(TEC)扰动与地震活动的相关性，揭示了GNSS大气扰动与固体地球活动的耦合机理，为监测和预报地篇提供新的可能下段，并在国际上首次提出了GNSS大气地震学概念，被国际GNSS和地震学者广泛关注和推广应用。 5)估计了GNSS掩星的高阶电离层影响，开发了国内首个GNSS/LE0掩星观测处理和分析系统，能够自动预处理原始掩星观测资料、反演得到中性大气和电离层参数、自动管理和更新掩星资料数据库，为中国地震局地震电磁卫星和气象局风云3C卫星等提供技术支持和广泛应用,并用掩星大气探测结果揭示对流层顶和大气边界层顶以及云顶的相互影响。 该项目在国际地球与空间科学顶尖期刊JGR、IEEE、J. Geodesy等发表髙质量学术论文100余篇，其中SCI检索80余篇，EI检索30余篇，英文著作4部，被他人引用1000余篇次，软件著作权4项。研究成果应用于华东地区天气预报和气象灾害预警以及我国空间技术和灾害监测等领域多项国家重大任务。解决了GNSS大气监测技术的关键核心问题，相应技术和软件被国内外广泛应用，提升了我国自主卫星导航技术研究、应用水平和国际地位，产生了显著的社会经济效益和国际影响。基于这些认可，项目完成人受邀作国际会议特邀报告50余次。项目部分成果获中国地球物理学会“傅承义青年科技奖”（2012)、上海市科技进步奖二等奖（2014)、中国卫星导航定位科技进步一等奖(2017)和俄罗斯自然科学院外籍院士(2017)等。