上海超大城市廓线数据平台设计与实现

为了提升对上海超大城市多源观测试验数据的管理和分析能力,文中设计并实现了一个集约、高效的数据统一管理平台——上海超大城市廓线数据平台。该平台选取了上海世博园、宝山、崇明、松江的主要新型气象观测仪器为目标对象,采用.Net作为后台开发平台,Html5作为前端显示,对上海地区大气垂直廓线进行分析评估,实现了观测仪器数据获取存储、监控显示、质量控制、统计评估、共享下载等功能,方便研究人员在线使用分析观测数据。

地基微波辐射计探测质量综合分析

利用2018年7月至2019年7月上海宝山站地基微波辐射计亮温数据和探空资料,评估微波辐射计的探测质量,并讨论定标、天线罩性能等对探测质量的影响。结果表明:晴空条件下,微波辐射计实测亮温与模拟亮温一致性高,所有通道相关系数均超过0.96,均方根误差为0.15~2.68 K,其中氧气通道的探测准确性高于水汽通道。各通道偏差主要包括随机偏差、系统性偏差和季节性偏差三类,液氮定标能明显减少大部分水汽通道的系统性偏差,但对氧气通道的影响相对较小。更换新型材质天线罩有助于明显降低降水天气各通道的亮温偏差,明显缩短受降水影响后的亮温恢复时长,效果维持4个月左右。

上海市地面自动气象站现状分析和规划

面向天气预报、超大城市减灾防灾和气象各应用领域需求,文章深入分析了上海市地面自动气象站和不同观测要素现状和存在问题,详述了上海市地面自动站发展规划思路,为地面气象观测科学布局提供支撑。

上海TWP3型边界层风廓线雷达探测性能评估

在简述上海TWP3型风廓线雷达系统的基础上,从雷达运行情况、风数据获取率和产品资料分析3方面对该型号雷达探测性能进行评估。通过统计分析不同高度层上平均测风数据全年和逐月的数据获取率,发现TWP3风廓线雷达在3km以下具有较高的数据获取率,对于边界层的探测能力要远高于高层,且夏季的数据获取率明显高于冬季。利用风廓线雷达提供的信号噪声比SNR、垂直速度和折射率结构常数C2N等资料分析了一次弱降水探测过程,二次产品可以清晰地反映降水的始末时间,且降水期间探测高度增高2km左右。评估结果表明TWP3型边界层风廓线雷达具有较低的故障率和较好的探测性能,产品资料具有可靠性和应用价值。

基于径向功率谱的风廓线雷达错误风数据处理

选取上海市世博园区站、金山站和嘉定F1赛车场站3个风廓线雷达站2012年3月7日凌晨一次降水过程生成的错误水平风场数据,通过对比该时段高、低模式扫描实时径向功率谱数据,指出在降水初期风廓线雷达软件质量控制出现错误的原因,并重新识别错误时段的功率谱,反演水平风场数据。分析表明:在降水初期由于风廓线雷达各波束探测的数据在空间上不一致,易导致雷达软件采用的质量控制算法并不能全部识别和消除降水对数据的干扰,从而出现偏差。基于风廓线雷达高时空分辨率径向功率谱数据的分析处理方法可有效验证雷达软件质量控制算法,且经过该方法反演后的水平风场更为合理。

基于扩展卡尔曼滤波辨识永磁同步直线伺服系统的负载惯量参数

针对目前永磁同步直线电机带柔性负载产生谐振频率的辨识问题,提出通过使用非线性扩展卡尔曼滤波器(EKF)辨识负载惯量进行对谐振频率的计算。首先建立电机-柔性连接-负载的二质量系统模型;其次在系统模型上搭建EKF算法,重点研究EKF算法在二质量系统模型中状态方程与量测方程的建立。建立EKF二质量系统仿真模型,并进行仿真实验;最后将EKF算法应用在永磁同步直线电机系统之中进行辨识,实现对永磁同步直线电机带柔性负载的负载惯量辨识,根据仿真验证能在0.1 s以内辨识0.1 kg*m 2负载惯量。在惯量变换时能够实时修正辨识结果,辨识误差小于1%。

上海城市综合观测系统

上海已经初步建成了国际一流的综合观测体系，气象预报准确率和精细化程度不断提升，灾害天气预警时效逐步提高。在《上海率先实现气象现代化综合评估报告》中综合气象观测能力指标得分为99.3。

上海组网边界层风廓线雷达与宝山二次雷达测风数据比较分析

文章利用上海边界层风廓线雷达网中3台分别布设在松江泖港和嘉定F1赛车场的TWP3型风廓线雷达以及嘉定外岗的LAP3000型风廓线雷达,在2010年初冬和2011年盛夏各一个月时段的连续原始测风数据,逐个与上海宝山GFE(L)-1型二次探空雷达在相同时段中的原始测风数据进行了对比分析研究。并且还将同布设在嘉定地区的两台不同型号的风廓线雷达进行了测风数据的互比分析。在基本稳定的天气条件下,嘉定F1赛车场、松江泖港以及嘉定外岗风廓线雷达各自与宝山GFE(L)-1型二次雷达探空测风数据进行对比分析的匹配样本数依次是6733、7350和7013对,其在盛夏时段对比统计的各层风速的平均标准差分别是3.34、3.37和4.03 m·s^(-1),在初冬时段则为3.22、3.22和3.42 m·s^(-1)。参与互比分析的F1赛车场TWP3型风廓线雷达和外岗LAP3000型风廓线雷达之间的匹配样本数是71981对,其在盛夏时段互比统计的风速平均标准差是3.63 m·s^(-1),在初冬时段为4.12 m·s^(-1)。有统计曲线表明,本研究中两台TWP3型风廓线雷达与宝山GFE(L)-1型二次雷达探空测风的误差均为2～4 m·s^(-1),其比对精度明显优于嘉定外岗的LAP3000型风廓线雷达。文章还提出了风廓线雷达的"有效探测高度"新概念。

边界层风廓线仪多普勒频谱高度图综合应用初探

文章介绍了边界层风廓线仪多普勒频谱高度图的原理,并且给出了无降水、有降水、降雪、速度折叠、地物杂波、外界信号干扰等典型的多普勒频谱高度图型。研究发现,多普勒频谱高度图除了可以从中提取测风产品所需的数据外,该在线显示的图形还实时提供了许多其他潜在的气象信息,并可用于:连续监视测站上空天气;提前了解测站上空风的垂直切变;发现并确定降水起始时间;在线估测风向风速;实时判别降水云底高度和0°层的范围;验证和解释风羽剖面图产品中的奇异现象;帮助固定和移动风廓线仪选址;诊断风廓线仪系统故障;评价风廓线仪系统软/硬件性能优劣等。文章指出:深入发掘边界层风廓线仪在降水天气系统中进行高时间密度探测的潜力,使得它可以晴雨两用,对今后将边界层风廓线仪配备到一般气象观测站,提高单站天气监测/预警能力和开展精细化天气预报意义深远。文章还对当前商业化的边界层风廓线仪提出了具体的改进意见,以满足频谱在线分析的需要。

毫米波云雷达与地基微波辐射计联合反演云微物理参数

使用地基微波辐射计与毫米波云雷达进行主被动遥感联合探测,从理论上能够更准确地反演云微物理参数。分别以2010年7月于广东阳江和2015年3月于江苏南京进行的联合观测试验所获取的数据为例,对其中的层状云、层积云个例进行联合反演微物理参数的试验和分析,获取云演变过程中微物理参数和其他环境场物理量的变化特征。结果表明:1云雷达-微波辐射计联合反演法反演的云微物理参数与基于雷达反射率因子的经验法有较好的一致性,与实测经验值相比,结果比较可靠;2在层状云发展初始阶段,凝结增长作用在云体中上部位置起主要作用,碰并作用主要导致云滴粒子的显著增长和云层垂直方向的延展;在垂直上升速度较大的层积云中,云滴粒子通过碰并作用增长;3低层湿区高度与大范围层状云系出现的高度较为一致,抬升作用和水汽通量的辐合为云的产生提供了动力和水汽条件。

X波段双偏振雷达探测数据分析与校验

保证移动X波段双偏振多普勒天气雷达在野外探测中雷达探测数据源的正确性,是预报员开展后续应用研究的重要前提。简要分析了差分反射率、相关系数、差分传播相移与差分相移系数的理论意义,同时结合多次观测经验,重点研究并验证了各双偏振产品在纯降水中的数值,研究双偏振参数对雷达硬件故障的指示意义,确保在探测时及时发现硬件故障与差损,提高探测数据质量。讨论了双偏振参数自测试校验,进行水平通道与垂直通道参数偏差校验,确保在探测之前获得双偏振通道的一致性。

一类低维环面线性映射的周期点及符号分析

运用符号动力学方法讨论了一类二维环面上分片连续映射的周期点和一族三维环面上分片线性映射的动力学性质.对于这类不连续映射,传统的方法往往失效.通过运用划分及其蕴涵着的编码,给出了其动力学的符号表示及轨道所对应的路径的允字条件.

从第39届国际气象雷达会议看相控阵天气雷达发展

相控阵多波束快速扫描的特点,成为气象和大气探测领域的关注点。会议上交流了不同类型的短程探测相控阵天气雷达的共同点:径向探测范围大部分为几十千米,峰值发射功率较小(几百瓦量级),采用有源天线体制,采用数字波束形成技术(DBF),一维相控阵(俯仰电扫、方位机械扫描),体扫时间显著缩短。

TWP3风廓线雷达发射机典型故障诊断流程

在TWP3风廓线雷达各种故障中,发射机故障率高居榜首。基于TWP3风廓线雷达发射机工作原理和关键点信号特性,结合故障统计数据,将发射机常见故障归纳为6类典型故障。通过分析典型故障,研究出一套故障诊断流程,并结合3个典型案例进行剖析。结果表明:发射机典型故障诊断流程可以快速、准确诊断发射机故障,具有思路清晰、操作规范、基层雷达站技术人员容易掌握的特点,可有效缩短发射机故障修复时间,提高TWP3风廓线雷达技术保障水平。

风廓线雷达和微波辐射计资料反演边界层高度方法的比较

利用上海世博站2017年7月15日、7月17日、8月18日这3个非降水时段的风廓线雷达和微波辐射计观测资料,比较了不同遥感手段反演大气边界层高度,得到以下结论:1)对基于信噪比反演高度的传统梯度法和小波法进行了改进,改进效果良好,改进梯度法更加贴近信噪比剧烈梯度变化,但夜间误差较大,改进小波法反演较简单且高度曲线更加平滑;2)Holzworth法只适用于白天,高度依赖地表温度;3)湿度梯度法主要依赖临界值的选取,反演高度日变化不明显。

上海移动式风廓线雷达的探测性能评估与分析

基于2018年7月-2019年6月上海宝山移动式风廓线雷达(mobile wind profiler radar,MWPR)资料,从获取率、水平风误差和上海6类典型天气条件下测风数据的可靠性三方面,对其探测性能进行了评估与分析。结果发现:(1)获取率受湍流强度影响最大,受大气温度、湿度影响次之。获取率具有较明显的日变化和季节变化特征,边界层内夏秋季获取率高于冬春季,且有午后获取率高、深夜和清晨低的特点;自由大气中冬春季获取率高于夏秋季。以获取率80%为其业务准入标准,边界层内MWPR的获取率达标。(2)相比L波段探空测风数据,MWPR整层的水平风速均偏小,低模态时有34.4%的数据位于偏小2.0~6.0 m·s^(-1)区间内;风向偏差超过±15°以上的水平风向数据占比为48.9%。(3)定性分析结果显示,MWPR探测到的垂直速度的指向性是合理的。雨强较大时,MWPR探测的垂直速度实际上是降水粒子的下降速度与大气湍流速度之和。MWPR的水平风数据在台风天、雪天等大气均一性强的时段内可靠性高。总体上,上海宝山MWPR的探测性能基本能满足日常监测服务之需,但其测风精度与业务准入标准相比尚有一定差距。

梅雨锋中尺度涡旋内微型超级单体龙卷的形成研究

对一次梅雨锋中尺度涡旋上发展的系列龙卷过程的形势背景、近风暴环境、龙卷演变过程和形成机理进行了研究。在高空强辐散区、中低层西南风急流的强风速辐合背景下,北侧干空气卷入后静止锋上形成了具有弓状结构的“逗点”状中尺度对流系统(MCS),MCS北部γ中尺度涡旋明显发展,产生多个龙卷。相较于S波段多普勒天气雷达,高分辨率(30m距离库、30秒体扫描)相控阵雷达探测到上海崇明陈家镇龙卷及其母体“微型”超级单体的精细结构和形成演变过程,及涡旋速度对、反射率空洞、高谱宽等典型标记;正、负径向速度对的结构和演变揭示涡旋源于近地面,发展后其高度最高达到2.0km;龙卷接地前2~3分钟,收缩拉伸的龙卷涡旋又呈现出从上向下接地的过程。分析表明:极低的抬升凝结高度和极强的低层垂直风切变为龙卷形成提供了环境条件,龙卷发生前低层垂直风切变显著加强;在中尺度涡旋东部降水回波后缘,西南干急流与东南湿急流汇集激发形成“微型”超级单体,其指状回波快速向单体主体靠近、收缩逐渐演变成钩状回波,形成具有空洞特征的龙卷涡旋区。该龙卷形成的可能机制是:指状回波包围区内上升运动与外围下沉运动分别作用于由低层垂直风切变形成的水平涡管上,使水平涡管倾斜向上逐渐转为垂直涡管,在上升运动的作用下不断拉伸加强,涡度迅速加大形成龙卷。针对该次过程,建立了中尺度涡旋上“大涡套小涡”的系列龙卷分布概念模型和“微型”超级单体上龙卷涡旋形成的概念模型。

气象探测中的无线电技术应用

提到气象观测,人们首先会想到百叶箱、温度湿度计、气压表、雨量筒、风速计、风向标等传统仪器,而时至今日,基于无线电技术的气象探测设备早已被广泛应用于大气探测领域。随着无线电气象学不断发展,目前我国气象部门在观测及预报过程中通常会采用哪些无线电设备及先进技术？

上海城市气象综合观测网应用及展望

上海气象观测历史悠久,已基本建立了综合城市气象观测网络,为城市运行提供了关键气象信息应用和服务。未来,上海市气象局将以开展超大城市综合观测试验和智能气象为重点,提高城市气象观测的探测水平和应用能力。

风廓线雷达运行体征实时监控与管理

目前在上海各区县气象局共安装有约10部风廓线雷达,它们对上海市的天气预报和气象研究有重要作用。上海市气象信息与技术支持中心承担对这些风廓线雷达的日常维护工作,该系统通过使用Delphi6.0语言环境和多线程技术编程,将这些风廓线雷达的实时状态信息录入MySQL数据库,实现对其中4部敏视达公司生产的风廓线雷达状态信息进行统一管理和实时监控,提供研究者将其中的重要信息进行动态比较与分析,提高了管理效率。