[科普中国]-对流层折射改正

对流层折射改正是对电磁波通过对流层时由于传播速度的变化以及传播路线弯曲而产生的折射误差所进行的改正。

简介对流层折射改正（correction for the tropospheric refraction）是对电磁波通过对流层时由于传播速度的变化以及传播路线弯曲而产生的折射误差所进行的改正。电磁波的对流层延迟与对流层的大气折射率和电磁波传播方向有关，而对流层大气折射率与大气压力、温度和湿度有关。为减少对流层延迟可通过实测测区的气象资料，利用同时顾及了大气折射率和电磁波传播方向影响的对流层大气折光模型进行改正，可减少对流层延迟的92%～93%。当基线较短、两个测站的气象条件一致且较稳定时，利用基线两端的同步观测进行相对定位,即可较好地减弱大气折光的影响。

背景在对流层中，折射率略大于1，随着高度的增加逐渐减小，当接近对流层顶部时，其值接近于1。对流层的折射影响，在天顶方向（高度角90°）可产生2.3m的电磁波传播路径误差，当高度角为10°时，传播路径误差可达20m。在精密定位中，对流层的影响必须顾及。1

原理通常将对流层的大气折射分为干分量和湿分量两部分。干分量引起的电磁波传播路径距离差主要与地面的大气压力和温度有关；湿分量引起的电磁波传播路径距离差主要与传播路径上的大气状况密切相关。

考虑干、湿分量的折射数，由地球表面向上沿天顶方向的电磁波传播路径为

S0为电磁波在真空中的传播路径，Hd为当Nd趋近于0时的高程值（约40km）， Hw为当Nw趋近于0时的高程值（约10km）。则沿天顶方向电磁波传播路径的距离差为

在卫星大地测量中，不可能沿电磁波传播路线直接测定对流层的折射数，一般可以根据地面的气象数据来描述折射数与高程的关系。2由于大气湿度随地理纬度、季节和大气状况而变化，尚难以建立折射数湿分量的理论模型，一般采用与干分量相似的表示方法。积分可得沿天顶方向对流层对电磁波传播路径影响的近似关系：

数字分析表明，在大气的正常状态下，沿天顶方向，折射数干分量对电磁波传播路径的影响约为2.3m，约占天顶方向距离总误差的90%，湿分量的影响远较干分量影响小。实际观测时，观测站接收的卫星信号往往不是来自天顶，此时在考虑对流层影响时必须顾及电磁波传播方向的高度角。比较精确的一种形式如下，其中HT为观测站的高程，单位m。

目前采用的各种对流层模型，即使应用实时测量的气象资料，电磁波的传播路径，经过对流层折射改正后的残差，仍保持在对流层影响的5%左右。

减弱残差的方法减弱对流层折射改正项残差影响主要措施：

1、尽可能充分地掌握观测站周围地区的实时气象资料。

2、利用水汽辐射计，准确地测定电磁波传播路径上的水汽积累量，以便精确的计算大气湿分量的改正项。但设备庞大价格昂贵，一般难以普遍采用。

3、当基线较短时（20km），在稳定的大气条件下，利用相对定位的差分法来减弱大气折射的影响。

4、完善对流层大气折射的改正模型。

本词条内容贡献者为:

王强 - 副教授 - 西南大学