城市院张京江高级工程师利用地基GPS观测系统开展了积雪深度反演研究，反演结果与实际观测值有很好的一致性，该技术可以很好地补充现有常规雪深观测。

文

张京江

利用全球导航卫星系统（GNSS）反射信号研究测站周边地表环境参数，是近年来遥感领域的研究热点之一。利用测量型全球导航卫星信号接收机数据，实时获取其周边的积雪深度，可以对现有雪深监测方法形成有效补充。

北京城市气象研究院联合长安大学地质工程与测绘学院、黑龙江省气象科学研究所，基于GPS信噪比与信号振幅的变化特征，研究了使用GPS信噪比观测值进行雪深探测的算法，并使用国家气象观测站的业务观测数据对地基GPS反演雪深算法进行了验证。研究结果表明，利用常规测量型地基GPS接收机观测数据进行雪深探测是可行的。应用地基GPS雪深反演技术，气象部门可以利用基于现有地基GPS水汽监测网进行积雪监测研究。

GPS接收机获得的信号是一种合成信号，它由直射信号和地表反射信号组成。反射信号指来自地面的多路径（MR）信号，其中的多路径反射信号强度主要受接收机天线周边地表环境的影响，不同的地面环境造成了多路径信号的不同。GPS接收机获取数据中的信噪比（SNR）是普通测量型接收机附带的一类观测值，是表征接收机天线所接收到信号大小的一个量值。研究表明，卫星信号发射功率、天线增益、卫星到接收机的距离和多路径反射等是影响SNR值变化的主要因素。多路径反射会直接影响SNR，特别在卫星低高度角条件下，SNR受多路径反射影响严重。

GNSS积雪深度监测示意图▲

根据GPS-MR雪深探测原理，通过以下步骤处理GPS原始观测数据，即可反演测站周边雪深。

GPS-MR雪深探测的计算流程图▲

为了对GPS-MR雪深探测技术进行验证，利用上述方法，处理了齐齐哈尔气象观测站年第d～d期间的GPS观测数据，并将反演结果与人工观测雪深数据进行了逐日对比。下图中横轴表示年积日，纵轴表示雪深。图中蓝色菱形表示人工观测的雪深值，红色正方形表示用GPS-MR技术反演的雪深数据。由对比结果可知，GPS-MR探测雪深与实测雪深值吻合较好，标准偏差为1.96厘米；特别是在雪深达到10厘米左右时，二者数值非常接近。但当地面积雪比较薄（1～2厘米）时，反演结果较实测值偏差较大。对二者进行相关性分析，其相关系数为0.94，表明二者相关性显著。

GPS-MR反演雪深与人工观测雪深对比图▲

上述研究表明，基于GPS-MR技术反演雪深具有可行性。该技术可用于高时空分辨率的实时雪深监测，可以在一定程度上对现有常规雪深观测进行补充。