GPS PrecipitableWater Vapor Estimations over Costa Rica: A Comparison against Atmospheric Sounding and Moderate Resolution Imaging Spectrometer (MODIS)

Abstract

The quantification of water vapor in tropical regions like Central America is necessary to estimate the influence of climate change on its distribution and the formation of precipitation. This work reports daily estimations of precipitable water vapor (PWV) using Global Positioning System (GPS) delay data over the Pacific region of Costa Rica during 2017. The GPS PWV measurements were compared against atmospheric sounding and Moderate Resolution Imaging Spectrometer (MODIS) data. When GPS PWV was calculated, relatively small biases between the mean atmospheric temperatures (Tm) from atmospheric sounding and the Bevis equation were found. The seasonal PWV fluctuations were controlled by two of the main circulation processes in Central America: the northeast trade winds and the latitudinal migration of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ). No significant statistical di erences were found for MODIS Terra during the dry season with respect GPS-based calculations (p > 0.05). A multiple linear regression model constructed based on surface meteorological variables can predict the GPS-based measurements with an average relative bias of 0.02 0.19 mm/day (R2 = 0.597). These first results are promising for incorporating GPS-based meteorological applications in Central America where the prevailing climatic conditions offer a unique scenario to study the influence of maritime moisture inputs on the seasonal water vapor distribution.

La cuantificación del vapor de agua en regiones tropicales como Centroamérica es necesaria para estimar la influencia del cambio climático en su distribución y formación de precipitaciones. Este trabajo reporta estimaciones diarias de vapor de agua precipitable (PWV) utilizando datos de retardo del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) sobre la región del Pacífico de Costa Rica durante 2017. Las mediciones del GPS PWV se compararon con datos de sondeo atmosférico y espectrómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS). Cuando se calculó el GPS PWV, se encontraron desviaciones relativamente pequeñas entre las temperaturas atmosféricas medias (Tm) del sondeo atmosférico y la ecuación de Bevis. Las fluctuaciones estacionales del VOP fueron controladas por dos de los principales procesos de circulación en Centroamérica: los vientos alisios del noreste y la migración latitudinal de la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT). No se encontraron diferencias estadísticas significativas para MODIS Terra durante la estación seca con respecto a los cálculos basados ​​en GPS (p> 0.05). Un modelo de regresión lineal múltiple construido en base a variables meteorológicas de superficie puede predecir las mediciones basadas en GPS con un sesgo relativo promedio de 0.02 0.19 mm / día (R2 = 0.597). Estos primeros resultados son prometedores para incorporar aplicaciones meteorológicas basadas en GPS en Centroamérica, donde las condiciones climáticas predominantes ofrecen un escenario único para estudiar la influencia de los aportes de humedad marítima en la distribución estacional del vapor de agua.