مدلسازي محلي پارامترهاي موثر در تاخير تروپوسفري و هواشناسي در منطقه ايران و ارزيابي تاثير در تكنيكهاي ژئودزي فضايي

مقطع تحصيلي

دكتري

رشته تحصيلي

مهندسي نقشه برداري- ژئودزي

دانشكده

مهندسي عمران و حمل و نقل

تاريخ دفاع

1403/08/30

صفحه شمار

67 ص.

استاد راهنما

دكتر جمال عسگري , دكتر وهاب نفيسي

كليدواژه فارسي

دماي متوسط وزن دار , داده¬هاي عددي , IWV , ايستگاه¬هاي راديوسوند , ايستگاه IGS

چكيده فارسي

بخار آب موجود در اتمسفر زمين همواره يكي از پارامترهاي مهم در مطالعات ژئودزي و هواشناسي محسوب مي¬گردد. تغييرات زماني و مكاني بخار آب باعث شده كه محققان زيادي در سرتاسر دنيا به دنبال بررسي و مدلسازي آن در مناطق مختلف باشند. امروزه روش هاي ناوبري ماهواره¬اي ابزاري بسيار كارامد در بررسي هاي هواشناسي محسوب مي شوند. در اين روش ها دو پارامتر بخار آب تجمعي (به اختصار IWV) و بخار آب قابل بارش (به اختصار PWV) قابل دستيابي هستند. اين دو پارامتر نمايانگر مقدار بخار آب و شرايط آن در اتمسفر است. در روش هاي ناوبري ماهواره اي تاخير زنيتي كلي (به اختصار ZTD) با دقت حدود چند ميليمتر قابل دستيابي است. ZTD شامل دو مولفه خشك و تر بوده كه مولفه خشك با نام مولفه هيدرواستاتيك (به اختصار ZHD) و مولفه تر با نام مولفه غير هيدرواستاتيك (به اختصار ZWD) شناخته مي شود. در روش هاي ماهواره اي IWV از طريق حاصلضرب ZWD در تابعي كه وابسته به دماي متوسط وزن دار (به اختصار Tm) است محاسبه مي¬شود. از اين رو جهت دستيابي به IWV با دقت بالا بايد Tm با دقت مناسب از قبل معلوم باشد. براي بدست آوردن Tm به اطلاعات فشار بخار آب و دما در لايه هاي اتمسفر نيازمنديم. بديهي است اين اطلاعات همواره قابل تغيير بوده و با توجه به اندازه گيري¬هاي پي¬در¬پي سيستم¬هاي ناوبري ماهواره¬اي نيازمند يك مدل براي Tm خواهيم بود. بر همين اساس محققان زيادي در سرتاسر جهان در تلاش براي بدست آوردن يك مدل براي Tm هستند. در در اين رساله به بررسي تغييرات و مدلسازي Tm در كشور ايران پرداخته شده است. مدل‌سازي دقيق Tm بهتر است بر اساس داده‌هاي عددي هواشناسي منطقه مورد مطالعه انجام شود، چراكه شرايط جوي و الگوهاي آب‌وهوايي مي‌توانند به‌طور قابل توجهي از يك منطقه به منطقه ديگر متفاوت باشند. به‌عنوان مثال، مدل‌هايي مانند مدل بويس كه به‌طور گسترده براي تخمين Tm استفاده مي‌شود، بر اساس داده‌هاي عددي هواشناسي ايالات متحده آمريكا توسعه يافته است. استفاده از چنين مدل‌هايي براي ساير مناطق، به دليل تفاوت‌هاي اقليمي، ممكن است دقت لازم را نداشته باشد. بنابراين، بهره‌گيري از داده‌هاي عددي محلي براي مدل‌سازي Tm منجر به بهبود دقت در تخمين IWV خواهد شد. با اين حال مدل بويس يكي از ساده‌ترين و پركاربردترين مدل‌ها براي تخمين Tm است، زيرا بر پايه يك رابطه خطي بين دماي سطحي و Tm بنا شده است. اين سادگي باعث شده كه مدل بويس در بسياري از كاربردهاي ژئودزي ماهواره‌اي و هواشناسي به كار گرفته شود. اين مدل، داراي دو ضريب ثابت است كه از داده‌هاي هواشناسي ايالات متحده آمريكا استخراج شده‌اند. اگرچه اين سادگي باعث كاربرد گسترده مدل بويس شده، اما ضرايب اين مدل براي مناطق ديگر كه داراي شرايط جوي و اقليمي متفاوتي هستند، لزوماً دقيق نيستند. يكي از ايده‌هاي بهبود اين مدل، استفاده از داده‌هاي عددي محلي هر منطقه براي به‌دست آوردن ضرايب است. با اين كار، مدل بويس بهينه‌سازي‌شده براي همان منطقه خاص، مي‌تواند دقت بالاتري در تخمين Tm و به تبع آن IWV فراهم كند. Tmبه شدت وابسته به پارامترهايي مانند دماي هوا و فشار بخار آب در جو است، بنابراين استفاده از داده‌هاي عددي هواشناسي براي مدل‌سازي دقيق آن اهميت بالايي دارد. اين داده‌ها، با ارائه توزيع عمودي دما و بخار آب، اطلاعات ضروري براي تخمين بهتر Tm را فراهم مي‌كنند. در اين رساله در دو بخش به بررسي Tm پرداخته شده است. بخش نخست به تاثير مدلسازي هاي مختلف در محاسبه ي Tm پرداخته شده و در بخش دوم به تاثير داده هاي عددي هواشناسي مختلف در محاسبه Tm پرداخته شده است. در هر دو بخش علاوه بر بررسي تاثير بر روي Tm، تاثير بر روي نتايج نهايي IWV نيز مورد بررسي قرار گرفته شد. در بحث مدلسازي Tm با استفاده از داده¬هاي عددي هواشناسي ERA5، دو مدل خطي گروهبندي و مدل هارمونيك براي منطقه بدست آمد. اين مدلها با مدلهاي رايج دنيا شامل مدل بويس و مدل جهاني GPT3 مقايسه شدند. به منظور بررسي نتايج در سطح IWV، از داده¬هاي ايستگاه IGS واقع در شهر تهران استفاده شد. به منظور ارزيابي نتايج از 12 ايستگاه راديوسوند واقع در ايران استفاده گرديد. بر اساس نتايج مدلسازي در بخش نخست، دقت مدل محلي خطي گروهبندي داراي نتايج بهتري در ايستگاه هاي راديوسوند نسبت به مدل بويس بود. همچنين مدل هارمونيك داراي دقت بالاتر و نزديك به مدل GPT3 داشت. در بررسي نتايج در سطح IWV دقت مدل محلي گروهبندي بالاتر از مدل بويس بدست آمد و مدل هارمونيك دقتي يكسان با مدل GPT3 و در حدود 0.13 kg.m-2 محاسبه گرديد

كليدواژه لاتين

: Weighted Mean Temperature , Numerical Data , Integrated Water Vapor , Radiosonde Stations , IGS Station

عنوان لاتين

Local modeling of effective parameters on tropospheric an‎d meteorological delays in Iran an‎d assessment of the impact on space geodesy techniques

گروه آموزشي

مهندسي نقشه برداري

چكيده لاتين

The troposphere is considered one of the most significant error sources in spatial geodesy. This layer has posed the most challenges in modeling an‎d estimating errors in spatial methods due to the presence of water vapor. Temporal an‎d spatial variations of this parameter have led researchers worldwide to investigate an‎d model tropospheric parameters in different regions. Among these parameters are the Zenith Total Delay (ZTD), which includes both dry an‎d wet components, horizontal gradients, Weighted Mean Temperature, an‎d two parameters: IWV an‎d PWV. This dissertation focuses on examining the variations an‎d modeling of Weighted Mean Temperature as one of the most crucial tropospheric parameters in our dear country, Iran. It also investigates the impact of various meteorological resources on calculating tropospheric parameters. In the discussion of locally modeling Weighted Mean Temperature using ERA5 meteorological numerical data, two linear models, grouping an‎d harmonic models, were obtained for the region. These models were compared with common global models, including the Bois model an‎d the global model GPT3. Additionally, the impact of these modeling approaches on determining IWV parameters was examined using IGS data for Tehran city. To eva‎luate the results, data from 12 radiosonde stations in Iran were utilized. As a result, the linear local model (grouping) showed better results in radiosonde stations compared to the Bois model. Furthermore, the harmonic model exhibited higher accuracy, approaching that of the GPT3 model. In the IWV section, the local grouping model outperformed the Bois model, with the harmonic model showing a similar accuracy to the GPT3 model, approximately at 0.13 kg.m-2. For numerical data comparison, four renowned world datasets were utilized alongside the global GPT3 model. Two versions of ERA5 numerical data with spatial resolutions of 0.125 degrees an‎d 2.5 degrees, ERA-Interim, an‎d NCEP data with a spatial resolution of 2.5 degrees were used. According to the study results, ERA5 data with a spatial resolution of 0.125 degrees showed a higher accuracy of approximately 1 to 2 Kelvin compared to other datasets. Additionally, no noticeable dependence on accuracy concerning height was observed in the 12-radiosonde stations. In the IWV section, ERA5 data with a resolution of 0.125 degrees showed an accuracy of around 0.17 kg.m-2, surpassing the other three datasets an‎d the GPT3 model. Furthermore, separating the RMSE results by months revealed that during the warm months (June, July, August), the accuracy was about 50% lower compared to other months due to higher water vapor values in these seasons. Kaywords: Weighted Mean Temperature, Numerical Data, Integrated Water Vapor, Radiosonde Stations, IGS Station

تعداد فصل ها

فهرست مطالب pdf

122056

نويسنده

رحيمي، حسن

لينک به اين مدرک

https://lib.ui.ac.ir/dl/search/default.aspx?Term=24464&Field=0&DTC=3