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Validation of GPS slant delays using water vapour radiometers and weather models

Bender, Michael; Dick, Galina; Wickert, Jens; Schmidt, Torsten; Song, Shuli; Gendt, Gerd; Ge, Maorong; Rothacher, Markus

Meteorologische Zeitschrift Vol. 17 No. 6 (2008), p. 807 - 812

published: Dec 9, 2008

DOI: 10.1127/0941-2948/2008/0341

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Abstract

Slant delay data obtained from global positioning system (GPS) observations carry valuable meteorological information. The spatial distribution of the water vapour can be reconstructed from such slant delays. To estimate the quality of the GPS slant delays two validation studies were carried out. One study was based on the observations of a water vapour radiometer, a second on the analysis fields of a numerical weather model which were used to compute the corresponding GPS delays. Both studies yielded a high correlation between the available slant delays at higher elevation angles but showed deficiencies at low elevations. The mean bias between the GPS zenith delays and the radiometer data is 1.18 mm with a RMS of 6.0 mm. The corresponding bias and RMS of the GPS vs. model comparison are 3.3 mm and 2.9 mm.

Kurzfassung

Die Laufzeitverzögerung der GPS-Signale in der Atmosphäre kann wertvolle meteorologische Informationen liefern. Insbesondere ist es möglich, die räumliche Wasserdampfverteilung in der Troposphäre aus den Laufzeitdaten zu rekonstruieren. Hierzu muß jedoch zunächst die Qualität der GPS-Daten durch Validierungs-Studien ermittelt werden. Hier werden zwei Studien beschrieben: In der ersten werden die GPS-Daten mit denen eines Wasserdampf-Radiometers verglichen, in der zweiten werden die Analysen eines numerischen Wettermodells genutzt, um die GPS-Signal-Laufzeiten zu berechnen und mit den Beobachtungen zu vergleichen. In beiden Fällen ergibt sich eine gute Übereinstimmung für größere Elevationen, bei niedrigen Elevationen treten jedoch größere Abweichungen auf. Insgesamt ergibt sich eine mittlere Abweichung von 1,18 mm und ein RMS von 6,0 mm zwischen den Zenitdelays aus Radiometerbeobachtungen und der GPS-Analyse und eine Abweichung von 3,3 mm mit einem RMS von 2,9 mm zu den Modelldaten.