Сравнение зенитной тропосферной задержки по данным ГНСС и реанализа ERA5 на территории Республики Татарстан

М.В. Мещерова; О.Г. Хуторова; В.Е. Хуторов

doi:10.18127/j15604128-202603-08

Сравнение зенитной тропосферной задержки по данным ГНСС и реанализа ERA5 на территории Республики Татарстан

М.В. Мещерова¹, О.Г. Хуторова², В.Е. Хуторов³

научная статья УДК 621.382.323 Страницы: 68-74 doi.org/10.18127/j15604128-202603-08

^1,2,3 Казанский (Приволжский) федеральный университет (г. Казань, Россия)

Ключевые слова: ГНСС-мониторинг реанализ ERA5 зенитная тропосферная задержка интегральное влагосодержание атмосферы мезомасштабные неоднородности

Аннотация

Постановка проблемы. Использование моделей атмосферы для коррекции сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) обусловлено необходимостью повышения точности позиционирования при распространении радиосигналов в атмосфере. Тропосферная задержка является одним из основных источников ошибок в измерениях ГНСС. Данные из моделирования позволяют более точно прогнозировать зенитную тропосферную задержку, что критически важно для высокоточного позиционирования, методов прецизионного точечного позиционирования и реального времени. Сравнение зенитной тропосферной задержки по данным ГНСС и реанализа ERA5 позволяет выявлять и корректировать систематические расхождения в измерениях.

Цель. Оценить точность воспроизведения зенитной тропосферной задержки в модели реанализа ERA5 путем сопоставления с независимыми измерениями ГНСС, а также определить величину систематических ошибок и обосновать возможность использования реанализа ERA5 для коррекции радиосигналов на примере региона Республики Татарстан.

Результаты. Получены средние расхождения данных ГНСС от данных реанализа ERA5 и их среднеквадратические отклонения для каждого сезона. Показано, что минимальные средние отклонения при максимальных среднеквадратических отклонениях наблюдаются летом, поскольку в теплый период года отмечается рост флуктуаций на фоне возрастания влажности. Рассчитан коэффициент корреляции зенитной тропосферной задержки по наблюдениям ГНСС и оценкам реанализа, который составил 0,98, а для рядов интегрального влагосодержания он равен 0,99. Показано, что мезомасштабные флуктуации зенитной тропосферной задержки, которые не учитываются в модели реанализа, составляют не более 4% ее величины.

Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы при разработке новых методов улучшения работы систем спутникового позиционирования.

Поступила: 05.02.2026
Одобрена: 19.03.2026
Принята: 28.04.2026

Для цитирования

Мещерова М.В., Хуторова О.Г., Хуторов В.Е. Сравнение зенитной тропосферной задержки по данным ГНСС и реанализа ERA5 на территории Республики Татарстан // Электромагнитные волны и электронные системы. 2026. Т. 31. № 3. С. 68−74. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202603-08

Список источников

Никитин Д.П., Пичугин С.М., Валайтите А.А. Использование открытого высокоточного сервиса QZSS CLAS для организации высокоточного абсолютного местоопределения // Электромагнитные волны и электронные системы. 2019. Т. 24. № 9. С. 15–28. DOI 10.18127/j15604128-201909-02.
Широкий С.М., Титов Е.В. Экспериментальная отработка метода высокоточного учета тропосферной задержки навигационных сигналов ГЛОНАСС на основе использования данных макета абсолютного радиометра водяного пара в обсерватории «Светлое» // Электромагнитные волны и электронные системы. 2014. Т. 19. № 8. С. 49–54.
Zhu G., Huang L., Yang Y., Li J., Zhou L., Liu L. Refining the ERA5-based global model for vertical adjustment of zenith tropospheric delay // Satellite Navigation. 2022. V. 3. № 1. P. 1–10. DOI 10.1186/s43020-022-00088-w.
Huang L., Liu F., Guo L., Lan G. An ERA5 tropospheric parameters-augmented approach for improving GNSS precise point positioning // Geodesy and Geodynamics. 2023. V. 14. № 5. P. 467–476. DOI 10.1016/j.geog.2023.01.004.
Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Collins J. Global Positioning System. Theory and Practice. New York. Springer-Verlag. 1994. 356 p.
Bevis M., Businger S., Herring T.A., Rocken C. GPS meteorology: Remote sensing of atmospheric water vapor using the Global Positioning System // Journal of Geophysical Research Atmospheres. 1992. V. 97. № D14. P. 15787–15801. DOI 10.1029/92JD01517.
Ssenyunzi R.C., Andima G., Amabayo E.B., Kiroe A.J. Assessment of ERA5 derived zenith tropospheric delay data over East African region // Advances in Space Research. 2024. V. 74. № 2. P. 695–710. DOI 10.1016/j.asr.2024.04.037.
Li Z., Tang C., Tang S., Zhang Y. Comparison of GNSS IWV and ERA5-derived IWV based on GNSS IWV in Hong Kong, China // The International Archives of the Photogrammetry Remote Sensing and Spatial Information Sciences. 2019. V. XLII-3/W10. P. 987–993.
Jiang Ch., Xu T., Wang Sh., Nie W., Sun Zh. Evaluation of Zenith Tropospheric Delay Derived from ERA5 Data over China Using GNSS Observations // Remote Sensing. 2020. V. 12. № 4. P. 663. DOI 10.3390/rs12040663.
Eshkuvatov H.E., Mardonov Sh.N., Xudoynazarov O.V., Ruziev Z.J., Numonjonov Sh.Sh., Hoshimov J.R., Asatullayev F.X., Egamberdiev I.M., Musurmonov M.A. Estimation of ERA5 tropospheric parameters using GNSS data over Tashkent // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2025. V. 277. P. 106648. DOI 10.1016/j.jastp.2025.106648.
Kannemadugu H.B.S., Gharai B., M.V.R S., Ranganathan K. GNSS-GPS derived integrated water vapor and performance assessment of ERA-5 data over India // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2022. V. 227. P. 105807. DOI 10.1016/j.jastp.2021.105807.
Kalinnikov V.V., Khutorova O.G., Teptin G.M. Influence nonuniformity of the atmospheric water vapor field on the phase measurements of radio signals from global navigation satellite systems // Radiophysics and Quantum Electronics. 2013. V. 56. № 2. P. 88–94. DOI 10.1007/s11141-013-9418-0.
Калинников В.В., Хуторова О.Г. Валидация интегрального содержания водяного пара по данным наземных измерений сигналов ГНСС // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2019. Т. 55. № 4. С. 58–63. DOI 10.31857/ S0002-351555458-63.

[1] Никитин Д.П., Пичугин С.М., Валайтите А.А. Использование открытого высокоточного сервиса QZSS CLAS для организации высокоточного абсолютного местоопределения // Электромагнитные волны и электронные системы. 2019. Т. 24. № 9. С. 15–28. DOI 10.18127/j15604128-201909-02.

[2] Широкий С.М., Титов Е.В. Экспериментальная отработка метода высокоточного учета тропосферной задержки навигационных сигналов ГЛОНАСС на основе использования данных макета абсолютного радиометра водяного пара в обсерватории «Светлое» // Электромагнитные волны и электронные системы. 2014. Т. 19. № 8. С. 49–54.

[3] Zhu G., Huang L., Yang Y., Li J., Zhou L., Liu L. Refining the ERA5-based global model for vertical adjustment of zenith tropospheric delay // Satellite Navigation. 2022. V. 3. № 1. P. 1–10. DOI 10.1186/s43020-022-00088-w.

[4] Huang L., Liu F., Guo L., Lan G. An ERA5 tropospheric parameters-augmented approach for improving GNSS precise point positioning // Geodesy and Geodynamics. 2023. V. 14. № 5. P. 467–476. DOI 10.1016/j.geog.2023.01.004.

[5] Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Collins J. Global Positioning System. Theory and Practice. New York. Springer-Verlag. 1994. 356 p.

[6] Bevis M., Businger S., Herring T.A., Rocken C. GPS meteorology: Remote sensing of atmospheric water vapor using the Global Positioning System // Journal of Geophysical Research Atmospheres. 1992. V. 97. № D14. P. 15787–15801. DOI 10.1029/92JD01517.

[7] Ssenyunzi R.C., Andima G., Amabayo E.B., Kiroe A.J. Assessment of ERA5 derived zenith tropospheric delay data over East African region // Advances in Space Research. 2024. V. 74. № 2. P. 695–710. DOI 10.1016/j.asr.2024.04.037.

[8] Li Z., Tang C., Tang S., Zhang Y. Comparison of GNSS IWV and ERA5-derived IWV based on GNSS IWV in Hong Kong, China // The International Archives of the Photogrammetry Remote Sensing and Spatial Information Sciences. 2019. V. XLII-3/W10. P. 987–993.

[9] Jiang Ch., Xu T., Wang Sh., Nie W., Sun Zh. Evaluation of Zenith Tropospheric Delay Derived from ERA5 Data over China Using GNSS Observations // Remote Sensing. 2020. V. 12. № 4. P. 663. DOI 10.3390/rs12040663.

[10] Eshkuvatov H.E., Mardonov Sh.N., Xudoynazarov O.V., Ruziev Z.J., Numonjonov Sh.Sh., Hoshimov J.R., Asatullayev F.X., Egamberdiev I.M., Musurmonov M.A. Estimation of ERA5 tropospheric parameters using GNSS data over Tashkent // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2025. V. 277. P. 106648. DOI 10.1016/j.jastp.2025.106648.

[11] Kannemadugu H.B.S., Gharai B., M.V.R S., Ranganathan K. GNSS-GPS derived integrated water vapor and performance assessment of ERA-5 data over India // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2022. V. 227. P. 105807. DOI 10.1016/j.jastp.2021.105807.

[12] Kalinnikov V.V., Khutorova O.G., Teptin G.M. Influence nonuniformity of the atmospheric water vapor field on the phase measurements of radio signals from global navigation satellite systems // Radiophysics and Quantum Electronics. 2013. V. 56. № 2. P. 88–94. DOI 10.1007/s11141-013-9418-0.

[13] Калинников В.В., Хуторова О.Г. Валидация интегрального содержания водяного пара по данным наземных измерений сигналов ГНСС // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2019. Т. 55. № 4. С. 58–63. DOI 10.31857/ S0002-351555458-63.