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Modified atmospheric pressure extrapolation model using ERA5 for geodetic applications
GPS Solutions ( IF 4.9 ) Pub Date : 2021-06-23 , DOI: 10.1007/s10291-021-01153-8
Hang Su , Tao Yang , Baoqi Sun , Xuhai Yang

Atmospheric pressure is a widely used meteorological parameter, and surface pressure at antenna height is one of the most important parameters for calculating the Global Navigation Satellite System (GNSS) tropospheric hydrostatic delay. The latter is responsible for about 90% of the total tropospheric delay, which is one of the main error sources in geodetic applications. For convenience, a standard pressure formula is commonly applied to extrapolate pressure at any height from mean sea level (MSL). The higher the antenna is, the greater the error introduced into the calculated pressure. We study the pattern between the reference pressure, interpolated from the pressure level dataset, and the pressure extrapolated from MSL by applying a standard method at the position of 320 globally distributed GNSS stations from the gridded fifth-generation European Center for Medium-range Weather Forecasts Reanalysis (ERA5) numerical dataset. We optimize the standard method by taking height and temperature into consideration and propose two modified models based on 17 years of data. The results from pressure comparison at different height intervals and respective validation for the year 2020 show that the two modified methods exhibit a 60% improvement relative to the standard method. Moreover, the precise point positioning (PPP) test in July 2020 shows a slight but global improvement in 3D coordinates and retrieved precipitable water vapor.



中文翻译:

使用 ERA5 为大地测量应用修改的大气压力外推模型

大气压力是一个广泛使用的气象参数,天线高度的表面压力是计算全球导航卫星系统(GNSS)对流层静水压延迟的最重要参数之一。后者约占总对流层延迟的 90%,是大地测量应用中的主要误差源之一。为方便起见,通常应用标准压力公式来推断距平均海平面 (MSL) 任意高度的压力。天线越高,引入到计算压力中的误差就越大。我们研究从压力水平数据集内插的参考压力之间的模式,以及通过在来自网格化的第五代欧洲中期天气预报再分析中心 (ERA5) 数值数据集的 320 个全球分布的 GNSS 站位置应用标准方法,从 MSL 推断出的压力。我们通过考虑高度和温度来优化标准方法,并基于 17 年的数据提出了两个修改模型。不同高度区间的压力比较和 2020 年的相应验证结果表明,两种修改方法相对于标准方法提高了 60%。此外,2020 年 7 月的精确点定位 (PPP) 测试显示 3D 坐标和检索到的可沉淀水蒸气略有改善,但总体上有所改善。我们通过考虑高度和温度来优化标准方法,并基于 17 年的数据提出了两个修改模型。不同高度区间的压力比较和 2020 年的相应验证结果表明,两种修改方法相对于标准方法提高了 60%。此外,2020 年 7 月的精确点定位 (PPP) 测试显示 3D 坐标和检索到的可沉淀水蒸气略有改善,但总体上有所改善。我们通过考虑高度和温度来优化标准方法,并基于 17 年的数据提出了两个修改模型。不同高度区间的压力比较和 2020 年的相应验证结果表明,两种修改方法相对于标准方法提高了 60%。此外,2020 年 7 月的精确点定位 (PPP) 测试显示 3D 坐标和检索到的可沉淀水蒸气略有改善,但总体上有所改善。

更新日期:2021-06-23
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