“GPS气象应用”课程建设＊

薛丰昌，赵显富，王晓英

（南京信息工程大学遥感学院，江苏 南京210044）

0 引 言

在测绘数据采集过程中，气象要素是影响数据精度的原因之一，因此测绘科学技术、测绘仪器的发展一直与气象科学有着较为密切的关系。在气象领域，测绘仪器应用于气象观测也有着较为悠久的历史，如经纬仪是测绘专业早期最主要的测绘仪器，后被气象部门应用于观测探空气球在空间的方位角和俯仰角，并计算得到风向、风速，形成了测风经纬仪。

近代测绘技术与气象科学相交叉，形成了诸多交叉研究领域，高端测绘仪器、测绘系统应用于气象科学研究得到了广泛重视，如美国、我国的香港相继开展了GPS在短期天气预报中的应用研究，并形成了自己的实用系统[1－2]。伴随着GPS反演气象要素能力和精度的提高，GPS正逐步成为气象部门常规探测仪器，测绘获取的地理空间信息正更加广泛地应用于气象服务[3－5]。

南京信息工程大学前身是有“中国气象人才摇篮”美誉的南京气象学院，目前是江苏省人民政府和中国气象局共建的全国重点高校。“GPS气象应用”是我校测绘工程专业为贯彻落实我校全面服务中国气象事业，为中国气象事业输送越来越多的高质量气象人才的发展理念和“就业导向”战略，在2009版测绘工程专业培养计划中设立的测绘与气象结合的特色课程。

1 课程建设目标与建设意义

“GPS气象应用”是我校测绘专业区别于国内外其他高校测绘专业的特色专业方向，这一方向能否得到发展、能否完善地建立起课程内容体系，关系到我校测绘专业学科发展和专业建设。由于传统测绘正向信息化测绘转化，测绘学科与气象学科有广泛的结合点，GPS气象应用是测绘学科与气象学科交叉形成的具有示范意义的研究方向。

课题通过进行“GPS气象应用”课程建设，将测绘科学技术学科优势与我校气象学科优势相结合，拓展测绘工程专业毕业生知识结构，提高测绘工程专业毕业生就业能力，使得我校测绘专业形成自身鲜明的科研与人才培养特色。

“GPS气象应用”课程建设具体目标包含以下三点：

1）全面、系统总结常规测绘仪器、GPS以及测绘数据处理方法在气象观测、气象服务中应用的技术方法和技术体系，形成规范化、标准化的知识模块；

2）编写”GPS气象应用”教学大纲、讲义（教材）；

3）建设气象测绘实验、实习基地。

2 课程建设方案

课程的建设方案如图1所示：

图1 GPS气象应用课程建设方案

3 课程教学目标与知识模块设计

3.1 教学目标

本课程是测绘工程专业与与气象学科相交叉的特色课程，其任务是通过课程教学使学生掌握GPS技术在气象学上的基本应用，重点掌握GPS技术探测水汽的基本原理、基本知识，通过野外实验和内业数据处理培养学生的动手能力、分析问题的能力和解决问题的能力，为日后工作打下基础。

3.2 知识模块设计

1）测绘技术在气象上的应用综述（2学时）

①掌握地基GPS测水汽的主要应用；②熟悉地基GPS测水汽业务化进程；③理解地基GPS测水汽特点；④了解GPS、GIS技术在气象上的其它应用；⑤初步了解各国GPS技术在气象中的应用情况；

2）地基GPS技术测水汽原理（4学时）

①掌握地基GPS技术测水汽原理；②熟悉干延迟计算模型；③理解平均温度Tm；④了解地基GPS技术测量台站上空大气可降水量IPW的研究情况；⑤初步了解地基GPS技术在气象中的发展方向；

3）水汽层析技术（2学时）

①掌握水汽层析技术原理；②熟悉GPS水汽层析技术的基本条件；③理解GPS水汽层析技术的关键问题；④了解我国水汽层析研究概况；⑤初步了解国外水汽层析研究进展；

4）GPS高精度解算软件在地基GPS测量水汽中的应用（6学时）

①掌握GPS高精度解算软件BERNESE解算天顶延迟和梯度的基本流程；②熟悉BERNESE基本菜单功能；③理解BERNESE与一般GPS解算软件的区别；④了解运行BERNESE所需各种文件的下载方法；⑤初步了解GAMIT，GIPSY等GPS高精度解算软件；

5）天基GPS技术（2学时）

①掌握天基GPS技术应用方向；②熟悉天基GPS技术原理；③理解地基GPS与天基GPS的不同及各自特点比较；④了解天基GPS技术构成部分；⑤初步了解各国天基GPS发射星座情况；

4 师资力量培养

“GPS气象应用”是气象科学与测绘科学技术交叉课程，要求任课教师具有较为深厚的气象科学与测绘科学理论与技术基础，目前师资较为紧缺，为此我们采取以下措施培养任课师资力量：

1）选拔优秀的具有硕士学位的从事GPS教学的青年教师报考我校与中国大气科学研究院的大气遥感、3S集成与气象应用专业的博士研究生，从事GPS气象应用研究；

2）鼓励、促进具有博士学位的青年教师申报GPS气象应用研究课题；

3）组织GIS、GPS、遥感方向的青年教师形成GPS气象应用教学、科研团队。

通过以上措施，建设了一支厚基础、宽领域的教学队伍。

5 未来发展方向

在今后的发展中，我们将继续依托我校大气科学、气象科学优势，同气象部门保持数据共享、人才合作培养并参与项目实施，立足于我国”北斗”导航定位卫星系统，重点开展如下三个方面的教学与科学研究：

1）GNSS层析四维水汽场研究

地基GNSS已经成为大气水汽的常规探测手段，利用GNSS层析大气四维水汽场是目前国际研究前沿，其中关键技术是斜路径的湿延迟计算精度。拟发展新的精度更高的斜路径湿延迟模型，为四维水汽场层析提供可靠的高精度斜路径PWV，保证四维水汽场的层析精度。

2）可降水量PWV与实际降水的关系机理研究

PWV与实际降水存在关系，目前PWV对于实际降水的指标关系还没有研究具体，更多地停留在定性的描述上。拟开展可降水量PWV与实际降水的关系机理研究，让PWV对短时暴雨灾害的预报数字化，精细化。

3）GNSS水汽产品开发

预报员以数值预报模式、雷达、卫星云图等提供的产品为依据进行天气预报，要想更好地发挥GNSS在气象上的探测服务水平，在正确研究PWV与实际降水的关系机理基础上，要致力于开发可视化、精细化和多样化的GNSS水汽产品，为预报员提供直观明确的天气预报判断依据。

[1]李国平，陈娇娜，黄丁发，等.地基GPS水汽实时监测系统及其气象业务应用 [J].武汉大学学报·信息科学版，2009，34（11）：1328－1333.

[2]张双成，叶世榕，刘经南，等.基于IGS超级跟踪站的近实时GPS气象研究及应用[J].测绘科学，2008，33（2）：93－97.

[3]郭 洁，李国平.地基GPS探测水汽的发展与气象业务应用[J].大地测量与地球动力学，2007（27）：35－43.

[4]郭志梅，李 黄，缪启龙.GPS探测气象参数的技术进展[J].气候与环境研究，2008，13（2）：213－226.

[5]田福娟，邹 璇.基于区域CORS网的高精度近实时GPS气象研究[J].测绘信息与工程，2009，34（6）：15－18.