一种GPS探空仪风失量反演算法

摘 要：给出了采用矢量滑窗平均来反演GPS探空仪风矢量的算法。采用此算法对探空数据进行处理，可以明显减少大气波动的影响，得到以矢量形式表征的测风数据。通过和业内公认的标准探测设备Vaisala GPS探空仪的测风数据比较，表明此算法在实际应用中的可行性和优越性。

关键词：矢量滑窗平均法；风矢量

中图分类号：P412.23

GPS探空仪是利用探空仪在随气球上升过程中获取的GPS信息（包括位置、时间等）进行风矢量反演。反演的算法有不同的种类，本文讨论的是矢量滑窗平均算法。采用此算法对探空数据进行处理，可以明显减少大气波动对探测结果的干扰，得到以矢量形式表征的测风数据。相比于算数平均法，该算法有自己的优点和可行性。

1 矢量滑窗平均法

气象学上的风指的是空气的水平运动，而风速用单位时间内空气质点行进的距离来表示，风向用风的来向表示[1]。用矢量V来表征风矢量，相邻时刻探空仪在水平面上的投影位置分别用S、E分别表示，起始点位置用O表示，则从S点到E点的风矢量VS-E可为：

其中RS-E为S点到E点的距离，RO-S为S点相对于初始位置点O的距离，RO-E为E点相对于初始位置O的距离，TS-E为探空仪从S点行进到E点所用的时间。

可以用VS-E分解的两个正交分量Vx和Vy来表示VS-E，设从S点E点的风速大小为F，风向为T，则有：

根据实际大气中物理量的连续性原理，一定空间和时间内的风矢量会存在一定的相关性。矢量滑窗平均法对一定时间和空间间隔内的风矢量进行处理，分别对两个分量进行求和平均得出 和 ，即：