双偏振雷达在地面自动雨量观测资料质量控制中的应用研究

采用雨量计联合双偏振天气雷达对雨量计数据进行综合质量控制,使用反距离权重法(inverse distance weighting,IDW)从空间一致性上对自动雨量计进行质量控制,并用质量控制后的数据对双偏振雷达定量降水估测值(quantitative precipitation estimation,QPE)进行订正。利用订正后的QPE与雨量计观测值进行统计分析以确定质量控制规则,从空间及观测一致性上对自动雨量计进行综合质量控制。使用一次台风降水过程对质量控制算法的效果进行了验证,结果表明:单纯使用IDW法对雨量计进行空间一致性质量控制存在较多误判,主要是由于降水的局地突发性、结构不均匀性以及雨量计分布的稀疏性造成。结合偏振雷达,能够有效降低单纯使用空间一致性质量控制所引起的误判。经过雨量计校准订正后的QPE有了较大改善,从而提高了偏振雷达对雨量计质量控制的有效性。在台风降雨过程中,平均每小时约有5%的雨量计被认为是错误站点。综合质量控制法在雨量计分布稀疏或者处于降水边缘地带时存在一定的误判。

湿度传感器测量不确定度评定

为考察检定结果的可信度,对湿度检定结果进行不确定度评定。分别分析DJM10型湿度检定箱-数字式标准干湿表和精密露点仪-伟思富奇气候试验箱两种湿度检定装置检定湿度传感器HMP45D的检定结果,依据JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》中的方法,建立数学模型,分析测量结果的不确定度来源,对各不确定度分量进行计算并计算出各分量所占总不确定度比例。相对湿度30%RH^98%RH时,HMP45D测量结果的扩展不确定度分别为3.0%RH和2.1%RH。最后得出结论:不同准确度等级的标准器和检定装置,不确定度分析结果不同。

北京气象局天气雷达回波阻挡订正技术研究

经过多年的建设,我国已经形成了相当规模的天气雷达监测网。由于我国地形起伏和高大建筑物的影响,新一代天气雷达在正常使用的过程中不可避免地会遇到地形遮挡的问题。以北京南郊雷达站为例,利用3 s高分辨率地形数据,充分考虑地球曲率和标准大气折射的影响下,模拟了雷达波束遮挡。根据天气雷达估测降水系统中关于地形遮挡补偿的算法对地形遮挡部分进行补偿,同时对于新增加的建筑物遮挡,增加了人工编辑地形遮挡率。最后利用天津雷达站(未遮挡部分)和北京雷达站(遮挡部分)重合的部分来验证地形遮挡补偿的有效性;此方法显著提高了混合扫描反射率产品(HSR)及降水类一系列衍生产品的质量。

雨滴谱仪在天气雷达降水估测中的应用研究

使用安装在广州地区的地面雨滴谱仪(LPA10型)和S波段天气雷达收集到的在2017~2018年汛期发生的4次大面积强降水过程的观测数据。对雷达观测的空中反射率与雨滴谱仪获取的地面反射率之间的偏差进行分析订正,并使用与天气雷达体扫模式时间(6min)相匹配的地面雨滴谱数据进行实时ZI关系的估算,提高雷达定量降水估测的精度。结果表明,雷达的反射率因子同雨滴谱仪获取的反射率因子具有较好的一致性,但存在一定的系统性偏差,订正后的反射率因子能提高雷达定量降水估测的精度;在降水开始和结束阶段,ZI关系表现出较大的波动,而在持续的降水过程中ZI关系的参数波动较小。说明,雨滴谱的变化对于ZI关系参数的影响较为明显,即使是同一场降水过程,参数也有较大的波动。采用和雷达体扫时间相匹配的雨滴谱数据估算ZI关系能较好地削弱滴谱变化对雷达降水估测的影响,且具有较好的实时性,有利于业务应用;通过反射率因子系统偏差订正以及实时ZI关系估计后,在4次强降水观测过程中,使用雨滴谱仪联合雷达降水估测法较传统ZI关系法的降水估测精度提高了约25%。

减小低风速不确定度的研究

风速计量检定装置的标准器普遍采用微差压计和皮托管,这种标准器的组合在低风速会产生较大的不确定度。实验表明,1和2m/s的扩展绝对不确定度分别为0.50、0.26m/s。低风速的扩展绝对不确定度大于最大允许误差的1/3,人们会质疑校准结果的可信度。通过分析风速表测量不确定度的主要分量,提出配套高精度微差压计和引入高精度热线风速计标准器,进一步减小低风速的不确定度。改进实验证明,1和2m/s的扩展绝对不确定度能够减小至0.13m/s,1m/s的扩展绝对不确定度减小了0.36m/s,2m/s的扩展绝对不确定度减小了0.13m/s。

DZZ4自动气象站通信系统故障排查与处理

基于DZZ4自动气象站的工作原理和设置方法,结合自动气象站通信系统的故障案例,系统分析通信系统的故障现象。根据缺测数据分析故障类型,梳理故障排查节点。运用测试关键节点的电信号和串口自发自收的方法逐步排查故障原因并及时处理。为台站保障人员检修通信故障提供参考,有助于基层台站人员形成系统排查方法,进一步提升DZZ4自动气象站设备的技术保障能力和维修时效。

南海海洋气象观测技术现状与发展

近年来,随着南海海洋经济的发展和防灾减灾的需要,南海海洋气象观测技术有了长足的发展,在部分海域初步建成了一个设备先进、功能齐全的近海和岛礁的海洋气象综合观测系统。

DZZ4自动站能见度传感器故障排查与处理

基于DNQ1能见度传感器的工作原理和DZZ4自动气象站的特点,结合能见度传感器故障案例,系统分析能见度传感器的故障现象。针对能见度数值缺测和数值超差的故障现象,先测试能见度传感器关键点的电信号,再直接读取传感器的观测数据,最后通过采集器读取能见度的观测数据,逐步排查能见度传感器故障。最终形成一套系统地排查方法,为分析排除故障、提高维修效率提供基础支撑。

南海海岛自动气象站防护应用技术探索

立足海南及南海的自然条件,结合海岛自动气象站在南海高温、高湿、高盐雾、强辐射、强风等恶劣气候环境下使用情况,通过对历年来海岛自动气象站故障及失效模式的统计和分析,总结分析故障原因。根据设备维护人员多年气象设备保障工作积累总结的经验,从海岛自动气象站结构和防护要求出发,集成应用市场上优质材料、先进工艺和多种成熟、关键设备防护技术,形成一些气象设备防护的有效方法措施,以提高海岛自动气象站对海洋环境的适应性和性能,延长设备使用寿命。

天气雷达低噪声放大器的仿真设计

低噪声放大器的性能是天气雷达的重要指标之一。为提高天气雷达的性能,以中心频率在2.73GHz的天气雷达为根据,采用三级级联的放大结构,设计出高增益、低噪声的放大器。通过Advanced Design System软件对放大器的稳定系数、噪声系数、增益和驻波比进行仿真设计。最终设计出增益大于37dB,噪声小于0.8dB,输入输出驻波比小于2的放大器。仿真结果表明,设计的低噪声放大器比现用天气雷达的低噪声放大器的性能更好。

海南沿海紫外线与陆地紫外线对比分析

利用海南省2012～2014年紫外线资料,对比分析沿海和陆地紫外线。结果表明：晴好天气下,沿海紫外线日极值比陆地高3～11 W/m2。沿海紫外线辐射月平均值比陆地高0.67-17.07 W/m2。沿海紫外线辐射年平均值比陆地高4.87～13.51 W/m2。沿海紫外线超过四级的天数比陆地多294天。沿海气温、能见度比陆地高,相对湿度、总云量、降水量比陆地低。两者气温、相对湿度、能见度差异较大,影响紫外线比较明显;总云量、降水量差异较小,影响紫外线相对较弱。

铂电阻温度计检定结果的不确定度分析

铂电阻温度计作为测量温度数据的主要工具,需要进行周期性检定。根据JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》的研究方法和分析步骤,通过建立满足测量不确定度评定的数学模型,对铂电阻温度计检定结果的不确定度进行系统地分析,以掌握铂电阻温度计标准装置的计量性能,探索减小误差影响的方法。

南海海岛自动气象站数据双通道传输系统设计与实现

为解决海南省南沙区无人海岛自动气象站单一GPRS数据上传通道数据到报率不高的问题,文章利用北斗卫星通信的优势,首先在硬件上增加基于北斗卫星的通信终端机和配套的供电系统实现海岛站GPRS和北斗通信双通道并行运行;其次将每个通道定义为1个逻辑站点,2个逻辑站点组成1个观测系统,上传1份数据报文,通过本地终端实现观测数据的本地化应用。文章同时分析了改造前后数据到报率等情况,所得结论可以进一步提升岛礁防灾减灾水平。