GPS気象学

GPS 気象学とは、全地球測位システム ( GPS )の無線信号の伝播に対する大気の影響を利用して、(下層、中性) 大気の状態に関する情報を導き出すことを指します。

現在、GPS 気象学で使用されている主な運用技術は、軌道からの GPS リムサウンディングと GPS 水蒸気モニタリングの 2 つです。

その結果、GPS によって総大気遅延を判定できる場合、よく混合された「乾燥」ガスによる計算された寄与を地表で測定された気圧から差し引くことで、地表から宇宙空間まで積分された大気の絶対水蒸気量の測定値を得ることができます。これは「総降水量」とも呼ばれます。

総大気遅延を決定できるのは、それが衛星の天頂角または仰角に依存することがわかっているからです。 が天頂角の場合、伝搬経路の遅延は に比例します 。 この独自の特徴により、GPS 計算で天頂遅延を個別に解くことが可能になり、ステーション座標と受信機のクロック遅延も解くことができます。 ${\displaystyle z}$${\displaystyle {\frac {1}{\cos z}}}$

現在、水蒸気量の推定値は、世界の多くの地域に存在する 恒久的な測地GPS ネットワークによって、リアルタイム (遅延は数時間単位で測定) で定期的に生成されています。

水蒸気は輸送時に潜熱を運ぶため、気象学や気候学の研究にとって非常に重要なガスです。また、強力な温室効果ガスでもあります。GPS 技術は、水蒸気含有量に対応する相対湿度ではなく、絶対的な水蒸気含有量または分圧を測定するため、特に有用です。相対湿度は、正確にはわからないことが多い温度に大きく依存します。

低空飛行衛星では、はるかに高い軌道 (20,000 km) を周回する GPS 衛星群からの信号を受信できます。低空飛行衛星は 1.5 時間で地球を周回するため、多くの GPS 衛星は周回中に「昇り」、そして「沈み」ます。その際、信号は大気圏を通過します。

大気の密度が地球表面からの高さの指数関数であるのと同じように、信号遅延は時間とともに指数関数的に増加または減少します。実際、このいわゆるリムサウンディング技術により、スケールハイト、つまり大気の密度の減少の急峻さを表す定数を決定することができます。スケールハイトはリムサウンディング信号が感知する上層大気の温度に直接関係するため、この技術は気候学的研究にとって非常に貴重です。この技術は下部成層圏と上部対流圏で最もよく機能しますが、水蒸気の消滅のため、特に熱帯地方の地表近くでは機能しません。

GPS リムサウンディングに関与する衛星としては、METSAT、OERSTED (デンマーク)、その他いくつかがあります。

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