六盘山地区大气加权平均温度本地化模型研究

大气中的水汽含量是分析天气发展形势的重要参数,而加权平均温度与水汽含量的计算精度直接相关,想要计算出精准的水汽含量,就要建立本地化的加权平均温度模型.基于六盘山地区微波辐射计和平凉探空站2019-2020年的探测资料,通过数值积分法计算加权平均温度,发现加权平均温度呈现出冬季低、夏季高和受降水影响明显的特征.由于探空站气球的探测高度约为30000 m,而微波辐射计的探测高度固定在10000 m以内,同时受水汽压权重的影响,计算出的加权平均温度的最大值、最小值和平均值分别出现20.0,24.8,23.4 K的差值.通过最小二乘法分别建立基于探空站和微波辐射计资料的加权平均温度模型,并对比实测资料,对两种模型及全球通用的Bevis模型进行精度验证.结果表明,在计算整层大气中的水汽含量时,基于探空站资料的本地化模型的结果更精确;计算10000 m以内水汽含量时,基于微波辐射计资料的本地化模型更加适用.由于自然界绝大部分的降水是由10000 m以内的水汽转化形成,基于微波辐射计的本地化模型对水汽-降水转换效率的研究更有意义.

冬奥延庆赛区索道极大风特征及预报

索道的安全运行对2022北京冬奥会高山滑雪项目非常重要,而极端大风是影响索道运行的关键气象参数。2019年和2020年冬季,国家高山滑雪中心3条索道共10个支架的观测设备进行了持续的逐小时极大风观测。基于此数据,本文统计了索道极大风的特征:(1)索道极大风风速随海拔高度递增,不同索道的主要风向也各不相同;(2)当极大风风速达到一定阈值且风向与索道的夹角呈90°时,对索道造成影响的可能性最大,其中受影响概率最大达到48.9%;(3)影响索道的极大风风速大部分集中在12~20 m/s区间,风向大部分与索道夹角为45°或90°。通过Lamb-Jenkinson分型法将延庆地区天气类型分为6类,其中北风型下较低海拔的F索道和B1索道易受影响,东—东南—东北风型下高海拔的C索道易受影响。采用机器学习算法建立索道极大风风速预报模型,对比后发现C8索道支架的模拟效果最佳,准确率达到62.1%,平均绝对误差为2.2 m/s,且对大于12 m/s的超阈值大风的预报准确率达到84%。本研究可为高山滑雪中心索道极大风预报提供支撑,也可在后冬奥时期为雪场的索道安全运行决策提供科学基础。

两种再分析资料与RS92探空资料的比较分析

利用2008年5～12月在安徽寿县获得的逐6小时RS92探空资料,与同期的NCEP/NCAR和ERA-Interim两种再分析资料(6h)进行比较分析,计算分析了标准气压层上探空与再分析资料的温度、纬向风、经向风和相对湿度的相关系数、偏差和平均绝对差。结果表明:在所有标准层高度,ERA-Interim再分析资料与探空资料的相关优于NCEP再分析资料的与探空资料的相关,温度和风速再分析资料与探空资料的相关优于相对湿度的相关;温度再分析资料与探空资料的相关系数在1000～250hPa接近1,在250hPa以上随高度减小,ERA-Interim与探空资料的偏差的绝对值基本小于0.3℃,而NCEP与探空资料的偏差绝对值在1000hPa上要大一倍;纬向风再分析资料与探空资料的相关系数在对流层中高层大于对流层低层和平流层低层,经向风的相关在对流层随高度增加,在平流层低层迅速减小;风速再分析资料与探空资料的偏差绝对值小于1m·s-1;相对湿度再分析资料与探空资料的相关随高度减小,偏差在400～100hPa层较大,达10%～20%,在更高层小于10%。

L波段探空仪湿度资料偏差订正及同化试验

L波段探空仪观测资料是基础资料之一,无论在天气预报还是在数值天气预报中都起着重要作用,其资料质量直接影响数值模式同化分析及降水预报准确性。通过对我国3种常用的L波段探空仪观测湿度的偏差特性比较,研发适合该仪器的偏差订正方案,并在GRAPES同化系统中加以试验应用。结果表明:L波段探空仪湿度观测资料与ECMWF再分析湿度场比较有偏干现象。多种偏差订正方案订正结果显示:湿度偏差值比订正前减小,特别是在500 hPa以上层次减小明显。在GRAPES分析同化系统中使用Vomel偏差订正方案,分析偏差减小5%;预报模式个例和连续试验中湿度观测订正后预报降水更接近实况,预报降水检验评分显著提高,故该订正方案在实际应用中表现出积极的正效果。

C_n^2探空仪的可靠性实验与数据处理方法

在天文台选址及激光工程中,需要对大气湍流垂直廓线作深入定量的研究。高灵敏度温度脉动探空仪主要用于大气湍流垂直廓线的测量,它是由单片机、高灵敏度温度脉动仪及发射机等部件组成,具有灵敏度高、结构紧凑、体积小及质量轻等优点。C2n探空仪升空后,为保证探测与传输的数据准确可靠,有必要在地面对其进行严格的检测与调试,并对C2n探空仪的可靠性实验与接收的数据处理方法作一些探讨与分析。

国产ECC型O_3探空仪性能测试及室外比对观测

该文介绍了中国科学院大气物理研究所(简称IAP)研制的电化学浓度电池(ECC)型奥氧(0_3)探空仪基本性能测试和2013年上半年室外比对观测结果。结果表明:ECC的背景电流(I_(bg))在0.1μA以下或更低,测量0_3的响应时间为21～26 s;NO_2(SO_2)使O_3测值偏高(低);抽气泵低压泵效系数(C_(cf))在100hPa高度以下为1.0左右,在该高度以上上升,10hPa达到1.17±0.10,5hPa达到1.28±0.16,性能略低于同类进口产品(1.055以下)。国产和进口仪器在气象探空或抽气泵等部件上具有良好兼容性;两者所测O_3垂直分布廓线总体一致。IAP 0_3探空仪O_3总量与Brewer光谱仪测值比值为0.9～1.1;C_(ef)和I_(bg)订正有效降低了IAP O_3探空仪在平流层低层与进口仪器测值的差别,这一订正对O_3柱浓度在平流层和对流层的贡献分别为约15 DU和4～6DU;在对流层,IAP 0_3探空仪测值与进口仪器间的绝对差别稳定且低于0.5mPa;而平流层受泵效影响较明显。因此,建议IAP O_3探空仪提高其C_(ef)的稳定性,参与国际比对测试,国产气象探空平台数据接收处理增加必要的滤波技术以降低平流层探测数据(包括O_3)的振荡。

西北太平洋台风“海棠”结构的GPS下投式探空仪观测分析

以0505号强台风"海棠"为例,利用"侵台台风之飞机侦察及下投式探空仪观测实验"(Dropsonde Observations for Typhoon Surveillance near the Taiwan Region,DOTSTAR)提供的高垂直分辨率GPS下投式探空仪(Dropsonde)观测资料,研究和比较了2次观测时段"海棠"的动力及热力结构差异,结果表明,第2次观测时的"海棠"在气旋式入流的强度和范围、高层暖区的强度和范围等方面均较第1次明显增强和扩大,且"海棠"环流的顶层发展出了一定强度和厚度的反气旋出流,加上"海棠"逐步移入高海温区和处于有利的弱垂直风切变环境中,"海棠"进一步增强;其次,用该观测资料对Frank等1999和2001年的数值模拟结果(垂直风切变通过激发热带气旋眼墙内部垂直运动的一波不对称结构而导致热带气旋结构的不对称分布)进行了验证。结果表明,观测分析结果与Frank等的数值模拟结果能较好地吻合,解释了环境垂直风切变对台风不对称结构的可能影响。

珠穆朗玛峰地区若干气象要素的垂直特征

利用2007年珠穆朗玛峰(珠峰)北侧地区定日站一日两次的实测探空资料,分析了珠峰地区的气温、湿度、风速、风向在垂直方向上的结构特征,分析了逐日和空间尺度(20m垂直分辨率)上的平均变化特征并解释了其可能原因。同时,根据对流层顶的定义计算了不同对流层顶出现的高度。结果表明,在垂直方向上,气温常在18km高度的时候降到最低。珠峰地区夏季风速小、风向以东南风为主,而在其他季节风速偏大、风向以西风为主。相对湿度在低海拔的地方全年均存在逆湿现象,水汽混合比值高值中心也出现在夏季近地面到8km范围,这与该地区降水高值中心时空高度相吻合。第一对流层顶全年可见,夏季以单对流层顶为主,冬季以多对流层顶结构居多。第一和第二对流层顶的高度均与该对流层顶的温度成反比,而第三对流层顶几乎不随高度变化,因此,推断该稳定层结为平流层大气。这些发现为深入理解该地区对流层和平流层物质、能量交换以及区域气候变化提供了重要参考数据。

大理地区对流层至低平流层大气垂直结构的特征分析

利用JICA计划中日合作"2008年季风过程与暴雨天气上游关键区综合气象观测试验"期间在大理站的GPS探空资料,分析了季风3个加密观测阶段该地区对流层至低平流层大气垂直结构特征。结果表明,观测期间对流层顶以第二(副热带)对流层顶为主,平均高度为14.8 km,对流层平均温度递减率为6.4℃·km^(-1);对流层顶高度与气温、气压和风速均呈显著的负相关;季风爆发前(后)水汽主要集中在6.6(8.3)km以下对流层;季风爆发前对流层至低平流层被西风带控制;季风爆发阶段对流层至低平流层风速减小,低平流层风向由西风转成东风;季风强盛阶段低平流层东风逐渐下传,对流层高层至低平流层风速增大,风向基本转成偏东风。

球载式下投国产北斗探空仪测风性能评估

基于球载式下投北斗探空仪测风观测试验,建立了针对下投式的测风试验评估方法.试验结果表明上升段北斗测风的准确度接近RS92探空仪的探测准确度要求,两者一致性较好;下降段RS92测风误差基本上与上升段的属于同一量级水平,下降初期测风数据在使用时需要做预处理或者有效控制;下降段BD探空仪测风误差与下降段RS92的基本相当,除了球炸初期外,基本上接近WMO的测量要求,此外初期的急速下降对导航定位测风提出了更高的技术要求.整体而言,球载式下投探空观测在时间上可以实现对原有的1次探空进行加密,在空间上可以增加1个区域的探测,并为对现有探空站网分布进行合理优化提供依据,具有良好的应用前景.

L波段与59-701探空系统相对湿度对比分析

通过统计全国探空系统早期换型时获取的59个高空站L波段雷达-GTS1型电子探空仪系统相对于59-701探空系统在1000 hPa到200 hPa之间各规定等压面相对湿度的差值,分析探空系统换型对于相对湿度一致性的影响。结果表明:GTS1型探空仪测得的相对湿度明显比59型探空仪低,且差值随高度增加而增大,近地层二者相对湿度差值低于5%,200 hPa高度二者差值达到20%以上;冬季两套探空系统相对湿度的差值明显大于夏季,且差值随高度分布情况不尽相同。分析表明:相对湿度差值的变化除了与探空仪施放过程中外界温度变化相关,还与湿度变化趋势和变化幅度密切相关,湿度传感器存在湿滞回线和滞后现象。分析还发现,太原无线电一厂与上海长望气象科技有限公司制造的59型探空仪的性能差异不明显,且GTS1型探空仪与59型探空仪的两种湿度传感器在白天受太阳辐射的残余影响差异也不明显。

L波段探空仪器换型对高空湿度资料的影响

2002—2010年我国高空探测系统逐步完成了由原来的59-701型探空系统升级为L波段雷达-电子探空仪系统的工作,湿度传感器由原来的肠衣更换为碳湿敏电阻。该文对全国98个高空站相对湿度探测值在换型前后的差异进行了统计分析。结果表明:探空系统换型后,相对湿度探测值较换型前显著降低,表现为明显的于偏差,且随着高度的增加而增大,200,500 hPa和850 hPa相对湿度分别偏低14.6%,8.3%和5.3%。受太阳辐射的影响,这种干偏差在白天甚于夜间;换型前后相对湿度的概率分布也发生了明显变化,整个对流层相对湿度低于20%的低值出现频率明显高于换型前,200 hPa相对湿度小于20%的出现频率由换型前的10%增加到换型后的53%。最明显的变化是相对湿度为3%以下的出现频率,换型前各高度层出现频率均接近于0,但换型后200,500 hPa和850 hPa出现频率分别达到16.2%,9.9%和2.2%。

3种新型探空仪的质量评估及风险应对措施

文章收集整理了宜昌国家高空气象观测站2020—2021年3种新型探空仪在施放中出现的基测不合格、要素变性、信号突失等质量问题,统计分析了各种质量问题出现的频率,以及对探空质量的影响程度;同时针对业务使用中因质量问题存在的风险,结合实际业务工作提出了切实可行的防范措施,旨在为新型探空仪的业务应用及探空质量的提升提供参考。

大气下投探空技术的发展与应用

下投探空技术始发于20世纪70年代,90年代GPS定位技术被应用到下投探空中。下投系统由测量仪器、数据收发系统和信号处理软件等部分组成。带降落伞的下投探空仪一般由飞机、大气球、火箭或无人飞行器携带升空,在一定高度直接向下投放,以获得从下投平台到地(海)面的大气廓线资料。对大气下投探空技术及其应用进行概要性综述,从下投探空仪、下投平台和重要应用等几个方面来介绍。建议加强长航时高空无人飞机下投探空技术的研发工作。

GPS探空仪技术研究

采用GPS技术实现气象探空是国际上气象探空仪发展的重要趋势,而我国高空探测系统还比较落后。在我国探空系统中采用GPS技术,使其与国际探空技术同步发展势在必行。通过对GPS气象探空的实现方式的研究,阐述了GPS探空仪的工作原理及其工作流程,并给出系统的结构框图。研究表明采用GPS技术实现气象探空能够提高准确性。

新型数字式电子探空仪故障分析

基于GTS11,GTS12与GTS13三种新型数字式电子探空仪在探测过程中给台站的测报质量造成了严重影响,同时也影响了探空资料可用性的问题。文章以新疆14个探空站2020年的观测资料为依托,对新型数字式电子探空仪GTS11,GTS12与GTS13在探测过程中频繁出现的信号突失、传感器变性、乱码等故障进行分类总结,针对仪器类型、故障现象,结合工作实际,提出具体的解决办法。实践证明效果显著,不但使台站探测质量有了明显的提高,探空资料的可用率也得到了一定的保障。

中国历史探空资料中的一些过失误差及偏差问题

利用综合静力学质量控制技术，分析中国历史探空资料集中的一些过失误差情况；着重研究了１９６０年代探空仪器变化给温度和湿度时间序列带来的不均一性问题；

海面上行星边界层微结构的探空测量

用自行研制的探空仪于1999年6月在东海进行了探空实验,得到了海面上大气温度、湿度、气压、C_n^2廓线。资料分析表明:800m以下海面上温度的日变化不超过3℃,逆温强度较弱。当纬度增加1℃,海表面气温减少1℃。C_n^2随高度迅速下降,从海表面直至500m达到相对小的区域,在500～2000m高度内C_n^2基本上保持不变。湍流峰值往往出现在位温梯度较大的地方。并对海面上位温廓线日变化进行了数值模拟。

基于气象探空数据计算的大气折射率误差分析

大气折射率测量,对无线电测控系统的电波折射误差修正是至关重要的.大气折射率剖面可根据气象探空仪测量得到的大气温度、气压和湿度剖面数据计算,由于探空仪测量结果包含有系统误差和随机误差,导致计算出的折射率总误差不仅与离地面的高度有关,还与施放探空仪的地点和测量时段有关.仿真结果得出,采用GZZ-59型和GZZ2-1型气象探空仪测量数据计算大气折射率剖面的总误差有时可达5N.