Construction of 3d models of the distribution of zenithal tropospheric delay components for the territory of Ukraine

Abstract

Мета цієї роботи – побудувати 3D моделі складових зенітної тропосферної затримки (ZTD) за даними приземних вимірів метеорологічних величин, отриманих на 100 пунктах, що майже рівномірно розташовані на території України. Методика. Суха та волога складові зенітної тропосферної затримки обчислені за формулами Saastamoinen. За отриманими результатами складено поля сухої і вологої складових тропосферної затримки, побудовано поля їхньої зміни із використанням різної кількості досліджуваних пунктів. Також з допомогою графічного редактора побудовано 3D моделі одномоментного розподілу величини сухої та вологої складових зенітної тропосферної затримки для території України. Результати. Результатом роботи є побудовані 3D моделі складових ZTD; побудовані поля зенітної тропосферної затримки для території України; виконане порівняння розподілу складових затримки для вказаної території та її зміни протягом доби. Встановлено, що суха складова набуває більшого значення на південній та центральній території України, де пункти спостережень розташовані нижче за висотою, і де є більшим атмосферний тиск, який домінує при обчисленні цієї складової. Відповідно волога складова є більшою також у південній частині України, але це зумовлено вищою відносною вологістю. У результаті ущільнення мережі до 100 пунктів отримано точніші моделі розподілу складових, що дало змогу детальніше оцінити значення тропосферної затримки для території України. Подальше ущільнення мережі для території України не спричинило очікуваного підвищення точності визначення тропосферної затримки, оскільки недостатньо рівномірним є розташування метеостанцій на території країни, і деякі значення метеорологічних величин отримані не безпосередніми вимірюваннями, а методом інтерполяції. Для отримання детальнішої моделі необхідно рівномірно ущільнювати модель пунктами з надійними метеорологічними вимірюваннями, а для контролю використовувати обчислення складових інтегруванням за даними аерологічних зондувань, проведених на окремих пунктах. Наукова новизна полягає у побудові 3D моделей складових тропосферної затримки для території України на певний момент часу. Практична значущість виконаних досліджень у тому, що вони можуть використовуватися як початковий крок для побудови просторово-часової моделі тропосферної затримки, яка відображала б просторові зміни затримки у реальному часі для певної територіїThe purpose of this work is to build 3D models of components of zenith tropospheric delay (ZTD) according to the surface measurements of meteorological values obtained at 100 points, which is almost evenly distributed throughout Ukraine. Method. Saastamoinen formulas calculated dry and wet components of the zenith tropospheric delay. According to the obtained results, the fields of dry and wet components of tropospheric delay were compiled, the fields of their change were constructed using a different number of studied points. Also, with the help of a graphic editor, 3D models of the magnitude one-moment distribution of dry and wet components of the zenith tropospheric delay for the territory of Ukraine were built. Results. Built 3D models of ZTD components; constructed zenith tropospheric delay fields for the territory of Ukraine; a comparison of the distribution of delay components for the specified area and its change during the day are the results of this work. It is established that the dry component becomes more important in the southern and central territory of Ukraine, where the observation points are lower in height and where there is a higher atmospheric pressure, which dominates in the calculation of this component. Accordingly, the wet component is also higher in the southern part of Ukraine, but this is due to higher relative humidity. As a result of the compaction of the network to 100 points, more accurate models of component distribution were obtained, which allowed Ukraine to assess in more detail the value of tropospheric delay for the territory of Ukraine. Further compaction of the network for the territory of Ukraine did not lead to the expected increase in the accuracy of tropospheric delay, as the location of meteorological stations in the country is not uniform enough, and some values of meteorological magnitudes are obtained not by direct measurements but by interpolation. It is necessary to compact the model with reliable meteorological measurements evenly and to control the calculation of components by integrating according to the aerological soundings carried out at individual points to obtain a more detailed model. Scientific novelty and practical significance. The scientific novelty is to build 3D models of tropospheric delay components for the territory of Ukraine at a certain point in time. The practical significance of the performed research is that they can be used as an initial step to build a Spatio-temporal model of tropospheric delay, reflecting the spatial changes of the delay in real-time for a particular area.