Accuracy estimation of the components of zenith tropospheric delay determined by the radio sounding data and by the GNSS measurements at Praha-libus and GOPE stations

Abstract

Мета цієї роботи полягає в оцінюванні точності визначення вологої складової зенітної тропосферної затримки (ЗТЗ) із ГНСС-спостережень та точності визначення гідростатичної складової за моделлю Саастамойнена у порівнянні зі значеннями, отриманими за радіозондуванням. Зенітну тропосферну затримку прийнято визначати, в основному, двома методами – традиційним, а саме радіозондуванням, та використовуючи моделі атмосфери, наприклад, модель Саастамойнена, а також методом ГНСС-вимірювань. У цьому дослідженні визначення гідростатичної складової зенітної тропосферної затримки виконувались за даними радіозондування, отриманими на аерологічній станції Praha у 2011–2013 рр та 2018 р. Дані опрацьовано для середніх декад січня і липня кожного року на 0 год Всесвітнього часу. Волога складова обчислювалась за даними ГНСС-спостережень. За даними значної кількості радіозондувань на аерологічній станції Praha-Libus визначено гідростатичні та вологі складові зенітної тропосферної затримки (ЗТЗ) і такої ж кількості значень ЗТЗ, виведених для відповідних часових інтервалів із ГНСС-вимірювань на референцній станції GOPE. За ними визначено величини вологої складової ЗТЗ і порівняно їх із відповідними даними, отриманими із радіозондувань. Встановлено, що похибка гідростатичної складової в зимовий період не перевищує 10 мм за абсолютною величиною, а в літній період – приблизно в 1,5 рази є меншою. Це пояснюється відмінностями у стратифікації тропосфери та нижньої стратосфери у зимовий і літній періоди. Що ж стосується вологої складової ЗТЗ, то її похибки не перевищують: взимку 15 мм; влітку – 35 мм. Отримані різниці у літній період мають від’ємний знак, що вказує на систематичне зміщення, а в зимовий – як від’ємний, так і додатний. Сьогодні є багато досліджень, спрямованих на підвищення точності визначення зенітної тропосферної затримки українських та іноземних авторів, однак питання точності визначення гідростатичної складової досі залишається відкритим. У цьому дослідженні подані рекомендації щодо подальших вивчень у напрямку підвищення точності визначення зенітної тропосферної затримки.

The aim of this work is to evaluate the accuracy of determining the wet component of zenith tropospheric delay (ZTD) from GNSS-measurements and the accuracy of determining the hydrostatic component according to the Saastamoinen model in comparison with the radio sounding data as well. Zenith tropospheric delay is determined mainly by two methods – traditional, using radio sounding or using atmospheric models, such as the Saastamoinen model, and the method of GNSS measurements. Determination of the hydrostatic component of the zenith tropospheric delay was performed by radio sounding data obtained at the aerological station Praha-Libus in 2011–2013 and in 2018. Data were processed for the middle decades of January and July of each year at 0h o’clock of the Universal Time. The wet component was calculated from GNSS observations. By a significant number of radio soundings at the Praha-Libus aerological station, hydrostatic and wet components of zenith tropospheric delay (ZTD) and the same number of ZTD values derived for the corresponding time intervals from GNSS measurements at the GOPE reference station were determined. The values of the wet component of ZTD were determined and compared with the corresponding data obtained from radio soundings. We found that the error of the hydrostatic component in winter does not exceed 10 mm in absolute value, and in summer it is approximately 1.5 times smaller. This is due to differences in the stratification of the troposphere and lower stratosphere in winter and summer. As for the wet component of ZTD, its errors do not exceed: in winter 15 mm, in summer – 35 mm. The resulting differences in summer have a negative sign, indicating a systematic shift, and in winter – both negative and positive. Today, there are many studies aimed at improving the accuracy of determining zenith tropospheric delay by both Ukrainian and foreign authors, but the problem of the accuracy of the hydrostatic component remains open. The study provides recommendations for further research to improve the accuracy of zenith tropospheric delay.