图2 无线电掩星技术原理图

我们都知道无线电信号在真空中是沿直线传播的。当GPS卫星信号途经地球电离层和中性大气层时，受电离层电子密度分布和大气介质（包括水汽）折射率的影响，信号的传播路径会发生不同程度的弯曲。科学家利用这一现象，在较低的轨道安放GPS信号接收卫星（简称LEO），并根据不同频率的信号振幅和相位由于大气的吸收和折射而变化，从而传播延迟量也不同的特点，通过适当的采样间隔，记录下信号的延迟量与振幅，再由传输装置发送至地面遥控站。

资料处理中心根据延迟与振幅测量和由地面监测网提供的LEO与GPS卫星的星历，就可以计算出掩星剖面上大气的折射率、温度、气压和水汽等参数的分布情况。这使得在卫星定位中原本作为噪声遭到抛弃的信息，成为对数值天气预报模式，特别是临近预报（0〜2小时的天气预报）极为有用的观测信息。

全球气候变化对人类未来的生存发展影响极大，要了解气候变化的原因和变化过程，对地球大气进行长期监测是十分重要的和必需的。但是，现有的气象观测仪器主要是为短期气象观测而设计的，不适合进行长期的气候监测。而GPS无线电掩星技术能够提供精确、稳定和高垂直分辨率的全球大气温度廓线，因而被科学家认为是监测全球气候变化的一种十分理想的方法。

图3 安置在冰雪上的GPS反射信号接收器（下图）和所观测到的雪深变化

除了提供丰富的高质量水汽资料，科学家还利用GPS掩星观测密切关注对全球气候变化有重大影响的空间天气变化，通过分析地球大气电离层和太阳辐射变化，寻找影响全球气候异常的驱动力。目前，科学家正在积极研究将这一技术进一步扩展到对地球土壤水分的观测，通过测量反射信号计算土壤水分和积雪深度，最终开发实时的三维湿度场。

专栏

叶谦，博士，北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室教授，曾任中国气象科学研究院兼职研究员、中国气象局华风影视集团高级顾问、世界气象组织北京2008年奥运会预报演示项目社会经济影响评价课题首席科学家。现任国际全球环境变化人文影响中国委员会（CNC-IHDP）副秘书长、国际全球环境变化人文影响计划（IHDP）主任特别顾问，IHDP核心计划综合风险防范计划执行主任。研究领域包括：卫星气候学、气候变化的社会经济影响及全球变化等。

转自：中国科技教育返回搜狐，查看更多