水汽是地球大气中的一种重要成分，在天气及气候变化过程中起着十分关键的作用。然而，由于传统的水汽观测手段存在时空分辨率较低、价格昂贵等缺点，我们对大气中水汽时空变化的认识还十分有限。自从20世纪90年代地基GPS气象学的概念提出以来，基于GPS技术的水汽探测方法以其快速、准确、不受天气条件限制等优点迅速成为传统水汽观测手段的有力补充。　　 利用地基GPS技术反演大气可降水量参数主要涉及两个方面的问题，一是天顶延迟参数ZTD的精确获取，另一个是大气加权平均温度Tm的确定。从GPS数据处理的角度来讲，研究合理的数据处理方式以获得高精度的ZTD参数是地基GPS气象学研究中的关键问题；另一方面，由于大气加权平均温度Tm是随着地理位置和季节的变化而变化的，因此，在我国的GPS气象学研究中，必须确定适合我国的大气加权平均温度的获取方式。基于利用GPS技术获得的天项延迟参数，将接收机至卫星方向上的斜路径湿延迟参数作为观测值，采用层析技术可以重构水汽的三维空间分布。但是，在实际应用中，利用这种方法构建的观测方程存在明显的不适定性问题，因此，研究克服观测方程不适定性的方法进而获得符合实际的层析解也是本文的研究内容。　　 本文首先对地基GPS水汽探测技术的发展历史和相关理论做了系统的回顾，然后针对地基GPS气象学研究中的关键问题进行了深入的分析和探讨，主要研究内容如下：　　 (Ⅰ)大气加权平均温度在我国的确定方法获取方法大气加权平均温度Tm是利用GPS技术反演大气可降水量过程中的一个关键参数。基于多年的无线电探空数据，本文确定了我国部分探空站上Tm与测站表面温度Ts的相关性；在此基础上，对常用的Bevis线性回归公式在我国的适用性进行了分析。　　 研究发现，与利用无线电探空数据获得的大气加权平均温度的真值相比，采用Bevis公式获得的大气加权平均温度的误差随着地理位置的变化而改变，且与测站的高度存在很强的相关性。针对这一问题，本文对Bevis公式进行了与测站高度相关的偏差改正。　　 (Ⅱ)高精度天顶延迟参数的获取方法研究在确定了转换系数之后，大气可降水量的精度从根本上取决于天顶延迟参数解算的精度。针对这一问题，本文主要就卫星星历及计算方式的选取(RELAX或BASELINE)、气压参数的精度等因素对天顶延迟参数解算的影响进行了分析。解算结果显示，在实时获取大气可降水量参数时，采用超快速星历，并结合RELAX处理方式，可以获得与事后处理精度相当的天顶延迟参数；另外，在不存在天气异常的情况下，利用GMF/GPT模型可以准确的获取天顶延迟参数，但精度低于采用VMF1/ECMWF资料的解算结果。　　 在以上研究的基础上，本文对GPS水汽参数的精度进行了评定。与无线电探空数据相比，GPS大气可降水量误差的均方根值在BJFS站和WUHN站均为3 mm左右，基本上满足气象学对可降水量参数精度的要求。另外，利用GPS技术得到的斜路径水汽参数的误差与卫星高度角存在着明显的相关性，这提示我们在利用该信息进行层析解算时，应选取与卫星高度角相关的定权方式，以避免低高度角的斜路径水汽参数对层析结果的不良影响。　　 (Ⅲ)附加约束条件的层析解算方法研究附加约束条件的解算方法是克服GPS水汽层析观测方程不适定性的重要方法之一。针对该方法中用到的各种约束条件，本文利用模拟试验对水平约束方程的权阵和垂直约束信息精度对层析解算结果的影响进行了研究。在此基础上，我们还利用两个高差不同的局域GPS网对各种约束条件在不同层析模型中的适用性进行了分析。结果显示，垂直约束信息的精度直接影响层析解算结果的精度，且不同的层析模型对约束信息精度的要求有所不同。　　 由于水平约束方程权阵的选取十分困难，且考虑到其对层析结果的影响，本文尝试性地将选权拟合法应用到GPS水汽层析解算中来。模拟试验和实测数据分析表明，基于选权拟合法可以得到符合客观实际的层析结果。　　 (Ⅳ)Kalman滤波层析解算方法研究与附加约束条件的解算方法不同，Kalman滤波法根据系统噪声的方差阵来建立参数之间的相关关系，从而克服观测方程的不适定性。本文针对香港地区的水汽特性，构建了适合该地区的系统噪声的方差阵。为了避免垂直方向上方差阵的构建不准确所带来的不良影响，我们仅采用水平网格之间的相关性，并将较为精确的参数初值作为垂直方向上的约束信息。解算的结果表明，利用Kalman滤波法可以实现对水汽三维分布的准确监测，但该方法对初值具有较大的依赖性。