QDQ2-1型水电解制氢设备冷却循环水控制改进方法研究

为了保障制氢设备的良好运行,文章进行水电解制氢设备冷却循环水控制改进方法的研究,利用温度控制电路将电解槽温度控制在预设范围,使水电解制氢设备始终工作在最佳温度。通过10个月的试用检验,设备未出现超温停机现象,改造效果理想。研究方法具有在同型号制氢设备中推广的可行性。

基于OCO-2卫星数据的中国CO_(2)浓度时空变化特征

大气CO_(2)浓度增加引起的全球变暖问题是国内外学者关注的热点议题,但对CO_(2)的监测一直存在较多的不确定性。利用2015—2022年OCO-2卫星观测的CO_(2)柱浓度混合比数据(XCO_(2)),基于克里金插值和标准差椭圆等方法,分析了中国CO_(2)浓度时空分布与变化特征,有以下3个结论。1)基于OCO-2卫星数据的XCO_(2)数据集精度较高,与地面监测站(瓦里关站、鹿林站)观测结果的均方根误差仅为1.75 ppm和1.58 ppm,相关系数分别为0.91和0.96。2)年际上,2015—2022年中国年均XCO_(2)由399.52 ppm增至417.64 ppm,年均增速为2.56 ppm/a,高于过去10年全球CO_(2)浓度平均增速(2.06 ppm/a),但在2019年之后XCO_(2)增速呈下降趋势。季节上,XCO_(2)具有明显的季节变化特征,春季XCO_(2)最高,夏季最低。3)空间分布上,XCO_(2)表现出东部高,西部、东北地区低的空间分布特征。XCO_(2)浓度高值区域集中在京津冀和长三角等城市群。中国东北、西南地区XCO_(2)增速较快,高于华东、华南等经济发达地区。

便携式相干激光测风雷达系统研制及风场探测

研制了一种便携式相干激光雷达系统,该系统具有结构紧凑、体积小、重量轻、自动化程度高等优点,系统整体重量不超过15 kg,可蓄电池工作。该系统采用了一种快速频率处理算法,提高了多普勒频移处理速度,相比传统的处理方法单个径向风速处理时间缩短了3倍。系统经过外场实验验证,探测高度达到1.5 km,风速探测范围为0~50 m/s。

基于高分三号卫星SAR影像的洪涝遥感监测研究

雷达卫星具有全天时、全天候对地观测能力,广泛应用于农业管理、灾害监测等领域。本文应用高分三号(GF-3)卫星合成孔径雷达SAR影像,使用阈值分割方法,对2022年7月28日科左后旗洪涝灾害进行监测。结果表明,利用GF-3卫星SAR影像能够高效快速提取灾害区域,为灾情监测分析提供数据支持。

集沙仪内二次流对沙尘收集范围的影响分析

二次流动是工程实际中普遍存在的物理现象,是一种相对于主流的次要流动。为研究集沙仪内二次流对气流速度、不同粒径的沙尘粒子的影响规律,利用数值模拟和试验验证相结合的方法,以分流对冲与多级扩容式集沙仪的风沙分离器为研究对象,对二次流被削弱前后的流场特性进行分析。研究结果表明:在二次流被削弱前,粒径大于0.083 mm的沙尘被完全收集,粒径小于0.083 mm的沙尘被大部分收集;在二次流被削弱后,高速气流分布范围更大,流场似乎变得不稳定,排气管内气流速度明显增高,粒径大于0.12 mm的沙尘才被完全收集,沙尘被完全收集的范围明显缩小。

北京城市公园人工林生态系统水分利用效率的季节变化

【目的】干旱、半干旱环境中人工林生态系统碳吸收与水分损失之间的平衡关系尚不明确,阐明森林生态系统水分利用效率(WUE)应对环境因子的响应机制有助于量化城市人工林碳、水通量的平衡关系。【方法】应用涡度协方差技术,结合微气象观测系统,获取北京奥林匹克森林公园内油松人工林生态系统碳、水通量和环境因子数据,运用统计和模拟方法,分析人工林碳、水通量在季节尺度的平衡关系以及在干旱、半干旱环境条件下碳吸收与水分损失之间的平衡关系。【结果】研究期2012—2014年降水少,均发生季节性土壤干旱情况,年降水量低于过去60年均值,且逐年降低,2014年降水总量仅271 mm。WUE年均值为2.2~2.9 g·kg^(-1),2012年最小(2.2 g·kg^(-1))、2013年最大(2.9 g·kg^(-1))。生长季WUE主要受植被指数(NDVI)、净辐射(Rn)、气温(Ta)、土壤水分含量(SWC)和饱和水汽压差(VPD)的影响。在季节尺度,调控WUE的主要环境因子有所不同,春季NDVI的影响最大(P<0.05),可解释春季WUE变异的48%;夏季Rn和Ta的影响较强(P<0.05),可分别解释夏季WUE变异的52%和57%;秋季SWC和VPD的影响较强(P<0.05),可分别解释秋季WUE变异的44%和54%。在生长季,WUE和Ta呈线性负相关(P<0.01),WUE与VPD和R_n呈非线性负相关(对数曲线关系),WUE与SWC呈线性正相关(P<0.01);然而在极端干旱月份,如2014年5、6和8月,WUE与SWC呈负相关(P<0.01),WUE降至最低。2012和2013年7月均出现连续无雨的干旱期,WUE达最低值3.7 g·kg^(-1)。相较而言,在生长季的连续降水期,随着SWC增加,WUE达最大值10.3 g·kg^(-1)。【结论】干旱、半干旱环境中人工林生态系统碳、水通量是相互耦合的,季节性干旱和炎热降低碳吸收量和水分损失量,导致WUE降低。生长季的干旱期,在Ta较高的环境下,随着SWC降低,WUE降至最低。在生长季不同气温条件影响下,人工林可利用的土壤有效水与干旱特性(干旱强度和持续时间)相结合共同影响生态系统碳、水通量的季节变化,从而导致人工林WUE应对干旱事件的年际响应差异。

基于WRF模式高光谱分辨率测温激光雷达系统分析

为了解析大气瑞利-布里渊散射光谱并获取0 km~16 km的大气垂直温度廓线,采用基于菲索干涉仪结合光电倍增管阵列的高光谱分辨率测温激光雷达(HSRL)对不同季节环境下的温度反演能力及系统误差进行了理论分析,得到了利用大气瑞利-布里渊散射光谱在结合Tenti S6模型进行拟合的情况下,不同的大气模型对温度廓线拟合的影响结果。结果表明,使用US76大气模型结合Tenti S6模型,经10000次脉冲积分后,在0 km~16 km范围内的最大随机误差为1.1 K;使用天气预报模式(WRF)提供的温压场代替US76模型的温压场进行模拟,随机误差随季节略有不同,春季不超过0.65 K,夏季不超过0.98 K,秋季不超过0.59 K,冬季不超过0.63 K;使用WRF模式进行HSRL系统探测能力评估结果优于使用US76的评估结果,若精选不同天气类型,该方法还可以拓展到评估不同季节下HSRL的随机误差,体现了将WRF模式用于HSRL评估的优势。该研究为HSRL测温系统在不同季节下的工作能力评估提供了参考。

气温多传感器观测数据差异分析

文章中通过模拟观测场条件和利用计量检定设备进行观测试验,对不同安装方式的温度观测数据对比差值进行统计分析,结果表明:温湿度支架上的保护套管会使传感器测量值滞后于环境温度变化,当观测场环境下的温度传感器露出长度小于4 cm时,气温上升时温度数据低于环境温度,气温下降时温度数据高于环境温度。建议规范传感器安装、温度传感器探头长度应至少较保护套多4 cm。

X波段双偏振雷达不同衰减订正方法对比分析

利用旬邑X波段双偏振雷达数据,采用Z_(h)-K_(DP)综合法、Z_(h)-K_(DP)综合分类法、ZPHI降水廓线法和初始相位法进行衰减订正对比分析,并将订正后数据与西安C波段天气雷达数据进行对比检验。结果表明,4种订正方法均能对反射率因子进行有效订正,订正后强回波中心与K DP强中心基本吻合,可基本还原降水分布特征;采用ZPHI降水廓线法订正后出现条纹状误差回波,订正效果较差;不同订正方法均可使X波段雷达反射率因子与C波段雷达反射率因子间的相关性提高;采用Z_(h)-K_(DP)综合法、Z_(h)-K_(DP)综合分类法和初始相位法订正后,强回波中心位置与C波段雷达较接近,订正后的反射率因子平均值与C波段雷达反射率因子值接近,绝对偏差和相对偏差减小;Z_(h)-K_(DP)综合分类法和初始相位法订正效果相对不稳定,Z_(h)-K_(DP)综合法订正效果较好且稳定。

亚运·综合气象观测系统研究应用

亚运·综合气象观测系统高分辨率地形数据和城市街区建筑3维模型,以杭州城市(覆盖亚运会场馆)区域为载体,构建实时、高分辨率、精细美观的实况天气虚拟VR系统。系统实现亚运会重点装备质量监视、观测数据一张表、运行监控一张图、决策日报及综合观测产品展示。通过多源数据质控算法、3维组网方法、气象数据融合分析方法、人工智能同化方法及大数据识别方法等先进技术手段,实现对冰電、雷暴、大风、强降水等强天气过程的实时、精准监测预警,开展重大活动专项气象服务。

一种应用于无人机的小型超声波风速风向仪设计

利用无人机搭载风速风向仪能很好地探测近地面风场结构,进行污染物溯源及污染物扩散速度和方向的预测,但受限于无人机尺寸,搭载的风速风向仪尺寸较小且有较高的测量精度。根据声共振原理设计了一款小尺寸的超声波风速风向仪,相比传统的超声波风速风向仪,设计采用非对发对收式结构,并使用国产FPGA进行相位检测,整机尺寸小巧,重量仅120 g,整机功耗低于0.5 W,风速风向测量精度接近于同类型超声波风速风向仪。并与TP-M12D超声波风速风向仪进行风洞实测对比,实测最大风速35 m/s,低风速时风速测量误差±0.5 m/s,较高风速时风速测量误差±5%以内,固定方位角下风速段内风速波动下风向测量误差±4°以内,不同方位角下风速测量最大误差在10%以内,可很好地应用于无人机测风中。

三杯风速传感器非水平风场测量性能

为解决三杯风速传感器在计量检定条件下与观测场景中环境差异所导致的测量数据误差,致力于研究空气流速计量标准在量值传递过程中的真实性、准确性和一致性,为新一代三杯风速传感器作为计量器具的新产品型式评价提供思路和参考指标,依据杯式测风仪测量方法与自动气象站风速风向传感器检定规程,并在实验中加入了主体由角度编码器构成的自动化转盘系统,设计了三杯风速传感器在非水平风场内测量性能水平实验。通过调整三杯风速传感器在风洞试验段内的倾斜角度,模拟其在自然界非水平风场中的测量状态,同步采集风洞的标准指示风速、三杯风速传感器的实测风速以及其相应的倾斜角度,计算示值误差,利用方差分析、趋势分析、相关性分析和线性回归分析等统计方法,对不同倾斜角度下三杯风速传感器示值误差进行研究,得出了三杯风速传感器在风洞试验段内的示值误差与实测风速和倾斜角度之间的相关关系,提出了三杯风速传感器在非水平风场下的测量性能指标。研究了三杯风速传感器在非水平风场中实测风速与标准风速和倾斜角度的回归关系,提出了三杯风速传感器在计量环境下非水平风场中数据的量值传递修正算法。

IMERG降水产品在2021年台风“烟花”降水过程的检验分析

为研究多卫星联合反演(Integrated Multisatellite Retrievals for GPM,IMERG)降水产品对台风降水的适用性,以2021年台风“烟花”为例,利用我国东部地区563个国家气象站小时降水资料、FY-4A AGRI红外亮温资料和全球测雨卫星双频测雨雷达(GPM DPR)资料,检验IMERG估测降水的能力,并分析误差形成的原因。结果表明:IMERG估测降水与实况相比空间一致性较好,相关系数达0.75。IMERG降水产品整体表现出一致的低估,但不同雨强表现不同,随着降水强度增大,其低估程度随之增大。IMERG降水产品对弱降水存在略高估。对于10 mm·h^(-1)以下的降水,IMERG估测值略大于实测值;对于40 mm·h^(-1)以上的强降水,IMERG估测值明显小于实测值。由最小二乘法计算的IMERG估测值和实测值计算的直线处于对角线下方可知,整体而言IMERG估测值小于实测值。IMERG融合降水产品中红外反演降水的误差比微波反演的更大,小时降水量的均方根误差为7.8 mm,并且忽略了台风“烟花”中的暖云降水。微波反演不同类型降水的精度存在差异,对粒子数浓度参数(dBNw)和粒子有效半径(D0)较为集中的层状降水反演效果优于dBNw和D0较为分散的对流降水。红外和微波反演的强降水均比实况偏小,导致IMERG估测降水值亦偏小。

DTD2冻土自动观测仪的安装与调试

传统的冻土观测测量数据精准度差、密度不够,很难适应气象观测现代化建设对高精度观测仪器的需求。为提高冻土观测精准度,进一步减轻基层台站人员的工作量,我国研发了DTD2型电阻式冻土自动观测仪。基于DTD2型冻土自动观测仪,首先说明了该设备的采集单元,以及传感器、通信、供电等单元的功能,并对该设备的工作原理进行了阐述,详细阐明了该设备的安装使用与注意事项,并对业务软件、串口软件的调试方法进行了说明,为DTD2型冻土自动观测仪的日常使用提供了依据与参考。

基于互联网+智能化背景下的微型多功能气象仪设计

随着气象预报业务和气象信息观测技术的快速发展,传统的气象仪无法更好满足气象预报服务需求,气象仪已经从传统的机械式监测转向了数字化、自动化、智能化和社会化的方向发展,微型化的气象仪也随着需求逐渐进入人们的生活。目前市面上的气象仪具有造价成本高、携带不方便、无法精确到小区域的气候测量以及无法大面积普及使用等问题。针对以上问题,本设计完成了一个“基于互联网+智能化背景下的微型多功能气象仪”,本设计可以有效地测量小区域气象参数,最后通过物联网云平台进行实时监测,并且进行可视化图形数据显示,具有太阳能续航、微型化、低成本、实时化的特点,适应于各种小区域的气象测量,如校园、智慧农业大棚、城市小区等多个场景,帮助城市精细化管理。

宇宙射线中子法土壤水分监测在不同生态系统雨季的适用性

宇宙射线中子法是目前测量中尺度土壤水分的一种新兴方法,通过监测近地表附近中子的数量来监测土壤含水率,理论探测深度12~76 cm。为了评估宇宙射线中子法土壤水分监测在草地、农田和林地3种不同生态系统测量深度适用性和对降水的敏感性。本研究分析了中国气象局自动土壤水分站观测数据和遥感土壤水分监测数据与宇宙射线中子法土壤水分监测数据差异性和相关性。结果显示,宇宙射线中子法土壤水分监测草地0~20 cm效果最优,农田和林地0~30 cm最优;在农田和林地生态系统土壤水分监测结果与自动土壤水分站点差异较小,优于遥感监测;但对于草地生态系统,宇宙射线中子法土壤水分监测结果与遥感监测结果差异比单点自动土壤水分站点监测更小,可能与草地土壤的强异质性有关。宇宙射线中子法土壤水分监测在草地、农田和林地生态系统均可以敏感的响应降水事件,较点尺度自动土壤水分站更易捕捉到区域水分的波动性变化。

四川盆地及川西高原地区FY-3D/VASS温湿度廓线检验

利用2020—2021年探空站及ERA5再分析资料,对FY-3D大气垂直探测系统(VASS)温湿度廓线在四川盆地及川西高原地区的精度进行检验。结果表明:与ERA5数据相比,FY-3D/VASS温度在盆地和高原地区不同季节的平均偏差分别为-0.631~0.500℃和-2.230~-1.234℃,均方根误差分别为2.117~3.222℃和3.077~3.460℃,高原比盆地地区大,在垂直高度上,盆地地区的精度在800~700 hPa较低,高原地区的精度随高度的减小逐渐降低;FY-3D/VASS比湿呈现一致的负偏差,平均偏差在盆地和高原地区分别为-0.775~-0.525 g·kg^(-1)和-1.096~-0.347 g·kg^(-1),均方根误差分别为1.251~2.367 g·kg^(-1)和0.696~1.991 g·kg^(-1),在700~600 hPa的精度较低;通过将两组检验的平均偏差相加,间接建立FY-3D/VASS基于探空温湿度数据的检验结果,其中FY-3D/VASS温度在盆地地区的平均偏差较小,高原地区平均偏低2.440℃左右,比湿在盆地和高原地区平均偏低0.612 g·kg^(-1)左右。上述结果可提升FY-3D/VASS温湿度反演产品在四川盆地及川西高原地区的天气气候应用能力。

基于Modbus协议的湿度检定系统设计

为了提高湿度计量的工作效率和数字化安全管理水平,设计了一种基于Modbus协议的湿度检定系统。该系统依托Modbus RTU协议模式、精密露点仪数据格式和Agilent34401A数字万用表可编程仪器的标准命令协议,实现了湿度发生器自动控制,提高了检定效率和数据安全性。湿度检定系统检定结果的扩展不确定度为1.3%。采用测量仪器特性评定和传递比较法对系统测量结果进行验证,测量结果均验证通过,表明系统可进行业务化应用。

基于随机森林算法的FY-4A地表入射太阳辐射空间订正

筛选时次、天顶角、FY-4A AGRI全圆盘地表入射太阳辐射(SSI)、云覆盖率(CFR)、云检测(CLM)以及云类型(CLT)产品构建特征向量,采用随机森林方法开展FY-4A SSI逐时产品的空间订正研究。结果表明、随机森林算法对于提升FY-4A SSI产品的空间分布精度具有明显作用,订正后相关系数、平均偏差、平均绝对误差均有不同程度的改善,且能很好地解决FY-4A SSI产品的过高估计及FY-4A SSI产品在太阳天顶角大于70°时无观测问题,有效提高FY-4A SSI产品在高纬度地区的可用性。

风速传感器风洞校准的阻塞影响及修正方法研究

为研究阻塞现象的形成原理及其对风速校准结果的影响,建立高阻塞比和低阻塞比工况对应的气象风速校准流场仿真模型,分析不同阻塞比工况对圆柱形结构和长方体结构风洞试验段流场影响。现有理论模型和比较法使用单一的修正系数修正所有校准点风速示值,导致低风速校准点风速传感器示值修正存在偏差,针对该问题提出一种各校准点独立计算阻塞修正系数的分段修正方法。结合EC9-1型、EL15-1A型和ZQZ-TF型等常用气象风速传感器校准数据,分析分段修正法与既有理论模型和比较法对传感器测量特性的影响。实验结果表明,3种阻塞修正方法都可改善风速传感器示值误差和频率方程等测量特性,使传感器示值、频率方程的斜率和截距更接近标准风洞的校准数据,分段修正法对传感器偏离程度的改善效果最为显著,经分段修正法修正后的传感器偏离程度最接近标准风洞测得值。