Die Provinz Hunan liegt in einer subtropischen Monsunklimazone mit intensiver Wasserdampfachtivität und häufig auftretenden extremen Wetterereignissen wie starker Konvektion und Starkregen. Die präzise Überwachung des hochdynamischen atmosphärischen Wasserdampfes ist für die Frühwarnung vor extremen Wetterereignissen in der Region von großer Bedeutung, wird jedoch häufig durch unzureichende zeitliche Auflösung traditioneller Wasserdampf-Tomographietechniken eingeschränkt. Zur Lösung dieses Problems wird in diesem Artikel eine zweistufige Wasserdampftomographiemethode mit hochdynamischer Knotennparametrisierung vorgeschlagen, die auf einem knotengeparametrisierten Modell basiert. Durch die Einführung eines während des Iterationsprozesses adaptiv aktualisierten Parameters für vertikale Wasserdampfänderungen wird die Designmatrix der Tomographiegleichung optimiert. Die Kern-„Zweistufen-Methode“ umfasst: Erstens die Rekonstruktion des linearen Änderungstrends des Wasserdampfes über einen langen Zeitraum von 30 Minuten; zweitens die auf den Modellierungsresidualen des ersten Schritts basierende Inversion von hochfrequenten Abweichungstermen über einen kurzen Zeitraum von 5 Minuten, um eine präzise Rekonstruktion mit hoher zeitlich-räumlicher Auflösung zu ermöglichen. Experimente basierend auf Messdaten von 123 GNSS-Stationen (Global Navigation Satellite System) in der Provinz Hunan im Juni 2022 zeigen, dass die vorgeschlagene zweistufige hochdynamische Knotentomographiemethode signifikante Präzisionsvorteile gegenüber dem traditionellen voxelbasierten Modell (gleichmäßig verteilter und unveränderlicher Wasserdampfgehalt innerhalb des Voxels), dem knotengeparametrisierten Modell (feuchter Brechungsindex wird durch räumliche Interpolation der acht Knoten im Voxel berechnet) und dem linear zeitvariablen knotengeparametrisierten Modell (feuchter Brechungsindex ändert sich linear mit der Zeit) aufweist, mit Verbesserungen der Außenanpassungsgenauigkeit um 35 %, 29 % bzw. 26 %. Die Methode bietet ein effektives Mittel zur hochauflösenden dreidimensionalen Überwachung des Wasserdampffeldes in Regionen mit hochdynamischen Wasserdampfänderungen, wie subtropischen Gebieten.

Wasserdampftomographie; feuchter Brechungsindex; Knotennparametrisierung; hochdynamisch; subtropisch