探空温度测量太阳辐射误差的流体动力学分析

针对太阳辐射加热导致的误差限制了温度的准确度,提出了一种新的太阳辐射加热误差修正方法——数值分析法。通过计算流体动力学CFD软件对探空温度传感器进行了地面到32km高空不同气压条件下的热数值模拟分析。在分析中考虑探空温度传感器的外部热环境情况,施加对流-太阳辐射耦合热边界条件,建立了探空温度传感器的热分析模型,并引入了表面涂层反射率和电阻体尺寸两个影响参数。分析数值仿真结果表明,海拔与太阳辐射加热误差之间并非简单的线性关系,而是随着海拔的增加斜率不断增大的曲线关系。现在业务使用的温度传感器表面涂层反射率的提高和电阻体尺寸的减小在高气压条件下降低辐射加热有明显效果,但在低气压条件下,太阳辐射对温度准确性的影响仍十分明显。

新疆43a来夏季0℃层高度变化和突变分析

采用1960—2002年新疆11个探空站逐日观测资料,按气候特点和径流情况把新疆划分为阿尔泰山西坡,天山北坡,天山南坡,昆仑山北坡,北疆西部5个区域,分析了43a来新疆夏季0℃层平均高度变化趋势和空间分布差异.结果表明:新疆夏季0℃层平均高度43a来总体呈上升趋势,20世纪60年代经历了一个明显下降的阶段,70年代变化相对平缓,80年代初开始上升,90年代初以后上升明显,表现为突升,但均未发生显著气候突变.新疆除了昆仑山北坡0℃层下降外,其余均为明显升高;升幅从南向北、从西向东增加.尽管各地变化不尽相同,但80年代初至今的上升趋势和90年代初期开始的涌升现象较为一致.0℃层高度的上升意味着高空中低层大气气温在升高,说明新疆近年来不仅近地面气温在升高,高空同样气温在变暖.

新疆1961-2000年高空温度变化的若干事实及突变分析

采用1961—2000年新疆12个探空站逐日观测资料,利用经过5点平滑处理的曲线趋势对比和线性相关的研究方法,分析了40 a来12个探空站边界层、对流层、对流层顶和平流层从2 m和850 hPa至10 hPa的探空标准层各层的温度变化趋势;对流层和平流层各典型层间的相关关系;年际温度距平的垂直分布;并用Mann-Kendall方法进行了突变检验。研究表明:新疆平流层以20世纪80年代初为界,之前温度升高,之后温度降低,曲线呈"∧"型;对流层温度经历先降后升变化,曲线呈"V"型,两层温度表现为反位相变化趋势。其中30 hPa和300 hPa温度、50 hPa和400 hPa温度均达到0.05的显著水平负相关。对流层顶的200 hPa、250 hPa两个层次温度变化平稳。新疆年代际垂直方向温度分布特征70年代整层均为负距平,80年代对流层为负距平而平流层为正距平,曲线呈现镜像"S"型;60年代和90年代对流层为正距平,平流层为负距平,曲线呈现一个上下一致的"S"型。30 hPa、50hPa和70 hPa温度在80年代初发生由升转降的突变;250 hPa温度在80年代初,500 hPa和700 hPa在1987年,2m在1973年均发生由降转升的显著突变,显著水平达到0.01。

1980～2013年新疆高空大气温度变化特征

基于1980～2013年新疆地区8个探空站逐日观测资料，利用Mann—Kendall非参数检验法，分析新疆30多年来高空大气温度时间序列的变化趋势、突变时间及二者的显著性，探讨其与地面温度变化关系。结果表明：近30多年来，新疆对流层上层至平流层中下层表现为降温趋势，对流层中下层呈升温趋势，对流层上层和平流层中下层降温幅度大于对流层中下层的增温幅度；新疆高空温度的变化存在明显的季节差异；新疆高空各层温度在20世纪90年代初发生显著性突变，晚于北半球地面温度突变年份，早于相对应的地面温度突变时间；新疆对流层中下层温度在不同时段和不同季节与地面温度的变化不同，1980-2013年二者均呈显著的增温趋势，而1998～2013年二者的变暖趋势均减缓，甚至还表现为微弱的下降趋势。

我国地区20—80km高空大气温度特征

利用 Ｎｉｍｂｕｓ－７卫星 １９７９－１９８１年的平流层和中间层大气温度探测（ＳＡＭＳ）数据，首 次较全面地分析了我国上空 ２０－８０ｋｍ高度大气温度的分布特征，并与 ＣＯＳＰＡＲ国际参考 大气 ＣＩＲＡ－１９８６进行了比较．结果指出，我国上空大气温度分布与 ＣＯＳＰＡＲ国际参考大气 ＣＩＲＡ－１９８６的缔向平均温度分布存在一定差别，可供航空航天工作者参考．

北半球夏季对流层顶气压与气温的年(代)际变率与趋势分析

利用NCEP/NCAR再分析月平均资料,研究了1979—2002年夏季全球对流层顶气压和气温的分布特征与变化趋势。选取了夏季北半球对流层顶年(代)际变率最大区域来定义气压指数和气温指数。分析结果表明:(1)全球对流层顶气压和气温在北半球随纬度的增加而增大,在南半球随纬度先增大再减小,而在整个热带地区对流层顶气压和气温的分布则较为均匀。(2)全球平均的对流层顶气压和气温在分析时段内呈减小趋势,但在中高纬度地区对流层顶气压和气温存在大范围增大现象,表明二者的趋势并不是全球一致的。(3)对流层顶年(代)际变率最大值出现在北半球的中纬度地区和南半球的副热带及高纬度地区,最小值则出现在热带地区。气压指数和气温指数显示出准10年和准3～5年周期。

近50年我国探空温度序列均一化及变化趋势

利用1958—2005年我国116个站探空温度序列研究了我国高空温度变化趋势。首先通过静力学质量控制和两相回归法对原始序列进行了均一化处理。我国探空温度序列存在明显的间断点,间断点的订正对于序列的趋势影响较为显著。缺测率是影响我国探空温度序列应用性的重要因子,也是区域平均趋势统计中台站取舍的指标,减少台站总数会削弱我国对流层升温和平流层降温的变化趋势。分析表明:70作为最小资料有效率标准最为合理。为满足最小资料有效率,选取92个站统计我国高空温度变化趋势的区域平均值。结果表明:1958—2005年,平流层下层和对流层上层降温,对流层中、低层升温;高空温度变化趋势与研究时段明显相关,1958—1978年我国高空大气整层均为降温;1979—2005年,对流层中低层升温最为明显,增暖的幅度随高度增加而减小,400hPa以上各层转为降温。对流层的升温始于20世纪80年代,升温幅度与全球尺度的平均值有所不同。

利用COSMIC数据分析全球对流层顶温度和高度的变化特性

利用COSMIC卫星无线电掩星观测的温度数据分析了全球范围的对流层顶参量的变化特性. COSMIC多颗卫星连续观测的温度数据有很好的全球覆盖和很好的垂直分辨率,是分析全球范围对流层顶变化的重要探测数据.经过数据筛选,得到日平均温度的全年分布数据.采用大气温度递减率判据得到对流层顶温度和对流层顶高度的全球分布和变化.结果表明,全球范围内的对流层顶温度和对流层顶高度分布的基本结果与利用无线电探空资料和欧洲气象局再分析数据得到的结果基本一致;对流层顶温度和对流层顶高度呈现明显的季节变化,赤道附近和中纬度地区的对流层顶高度变化与高纬地区的对流层顶高度变化出现反相;对流层顶温度和高度的变化呈现明显的南北半球不对称性.

两种再分析资料平流层温度场的对比分析

在Lorenz环流分解基础上,比较了全球平流层低层ECMWF和NCEP/NCAR两种再分析资料月平均温度场的差异。结果表明:(1)纬向的平均温度无论DJF季度还是JJA季度100 hPa,30°S^30°N纬带都是冷中心;在该冷纬带ECMWF资料温度均值显著低于NCEP资料,ECWMF资料的年际方差显著小于NCEP资料。(2)30 hPa以上NCEP资料的定常波比较杂乱,在中纬大陆上出现与事实不符的高低中心,而ECMWF资料反映的气温定常波则比较合理。(3)ECMWF资料在100 hPa和10 hPa上气温异常未能充分地反映近50 a来3次强的火山喷发引起的平流层增温。

高空大气温度变化研究

近年来高空大气温度变化方面的研究取得了长足的进展,内容涉及高空温度序列不同数据集、温度序列的均一化、最新观测研究结果及其温度变化趋势的分歧等。较为一致的结论是：自1979年以来,全球平流层温度趋于下降,对流层温度趋于上升,但升降的幅度仍然存在一定的差异。

上海地区大气贴地逆温的气候特征

利用上海市宝山气象站探空气象资料,统计分析了1991～2009年上海地区贴地逆(等)温出现的频率、逆(等)温层厚度和逆温层强度。结果表明,1991～2009年期间,上海逆温日数和逆温层平均厚度在08时和20时呈线性趋势减少,而逆温平均强度则没有明显变化。逆温日数和强度冬季最多和最强,逆温平均厚度夏季最小。08时和20时贴地等温日数和等温层平均厚度在过去19 a也都呈线性趋势减少。等温出现日数夏季最多,冬季最少;而贴地等温平均厚度冬季最大,夏季最小。

珠峰地区夏季大气边界层结构初步分析

利用中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站2007年7、8月的部分无线电探空资料和风温廓线仪资料,分析了珠峰地区夏季大气边界层结构.结果表明:珠峰地区夏季边界层高度日变化较大,气温日变化明显.下午和傍晚可能因为冰川风的存在,多为偏南风,风力相对较大.珠峰地区风速时空变化较大,特别是下午,在上空大约1800 m到2300 m处风速多为随高度增大,再往上又减小,而且此处多为偏西风和偏东风.这可能与大尺度的大气环流有关,受地形和冰川影响相对小得多.

新疆区域高空气温变化特征分析

运用再分析资料(NCEP/NCAR)分析了新疆区域高空年均气温变化特征,同时运用逐步回归法对新疆高空冷月(1月)、暖月(7月)实测气温数据进行缺测插补,并通过交叉验证法对插补数据进行精度检验,在此基础上分析了新疆区域冷月、暖月高空气温变化特征,运用插补重建后的高空实测数据对1月、7月再分析资料(NCEP/NCAR)进行精度验证。结果表明:(1)新疆区域高空缺测插补后的数据精度较高效果较好,能够反映新疆高空气温变化的客观事实。(2)通过对新疆区域对流层(低、中、上)、平流层下层的冷、暖月和年平均变化趋势分析来看,随着高度的上升气温变化趋势由升温转为降温,并且随着高度的上升升温率在减小,减温率在增大;气温越高的月份,随着高度的升高,气温变化趋势发生改变的高度就越高;2000年后,对流层各层多为偏暖年,平流层下层多为偏冷年。(3)850 hPa和700 hPa年均温转折点均发生在1996年,由冷转暖;100 hPa发生在1995—1997年,由暖转冷;500 hPa和300 hPa均未出现明显的突变年份。(4)1月、7月再分析资料(NCEP/NCAR)与实测数据相关系数大多在0.9以上,总体误差相对较小。

平流层飞艇热力学验证温度测量方法研究

平流层飞艇的热力学分析是平流层飞艇关键技术之一。针对热力学分析的工程验证及模型完善,提出了适合于平流层飞艇的艇囊内气体及囊体表面的温度测量方法,包括采集点的分布,传感器的选型,数据传输和处理及数据准确性评价等。经过两次平流层飞艇的缩比飞行试验,对比同艇发放的探空仪采集的温度数据,验证了该方法测量到的数据的准确性。

基于微波探测资料的全球大气亮温长期变化趋势研究

本文使用1978—2013年美国大气海洋局NOAA研发的STAR V3.0版本的MSU/AMSUA逐月亮温格点数据,引入集合经验模式分解(EEMD)方法,研究了高空大气亮温的非线性变化趋势,尤其注重亮温气候趋势的时间演变特征,并与传统线性回归(CLR)方法做了对比研究。结果表明,在全球对流层增温、平流层降温的大背景下,基于EEMD的亮温非线性趋势演变特征表现为:近10 a对流层中、高层全球平均增暖趋势放缓,甚至出现轻微的降温趋势;北半球对流层增暖首先出现在北极,随后向低纬度方向延伸。北极对流层增暖向上影响高层大气,最高可以扩展到平流层低层。南半球对流层中低纬度地区受北半球大气影响也出现增温。另外,近10 a南极地区出现显著的独立增温现象。平流层变冷北半球最早从中纬度地区开始发生,变冷逐渐增强的同时向极地和低纬度两侧扩张。南极上空平流层大气早期也出现显著变冷,然而随着2000年以后南极大范围增暖,平流层变冷逐渐转移到中低纬地区。

最小方差算法反演NOAA／AMSU海面大气温度垂直廓线

利用最小方差算法对NOAA/AMSU(Advanced Microwave Sounding Unit)探测资料在105°E^135°E、0~30°N海域范围内的大气温度垂直廓线进行了反演研究。利用NCEP再分析资料对算法的反演性能进行了验证;并与中国海洋大学卫星地面站SeaSpace/TeraS-can软件系统反演的温度廓线进行了比较。结果表明:该算法在中国区域具有较好的反演精度和适应能力;总体上改善了TeraScan软件的反演结果,尤其提高了对流层大部分区域的反演精度。本研究为地面站ATOVS(Advanced TIROS Operational Vertical Sounder)数据的进一步利用提供了一种较好的理论参考。

青藏高原上空温度场低频变化的垂直结构及其与热带海气的相互关系

采用一点相关法研究了青藏高原东部对流层－平流层下部温度场低频变化的垂直结构，指出了最大负相关层的高度和强度随季节的变化特点，并与高原北部格尔木和我国东部（１２０°Ｅ、３０～５０°Ｎ）区域作了比较。从青藏高原对流层顶高度的季节变化、大气温度层结和动能垂直分布探讨了青藏高原温度场低频垂直结构及季节变化的物理背景。并指出：秋季１０～１１月青藏高原东部垂直热力结构、赤道印度洋－太平洋的两个纬向垂直Ｗａｌｋｅｒ环流圈强度与赤道东太平洋（０～１０°Ｓ、１８０～９０°Ｗ）区域ＳＳＴＡ之间具有极为密切的耦合关系。

藏东南色季拉山气温和降水垂直梯度变化

色季拉山气温和降水垂直梯度变化规律的研究能更好的了解色季拉山动植物分布随高度变化的生理生态特点,也为未来此区域流域水文模拟提供可靠的数据支持。根据色季拉山11个气象站2013-2018年逐日的平均气温和降水量(4-10月)数据,分析了色季拉山及其西坡和东坡的气温和降水量与海拔的关系。结果表明:(1)色季拉山、西坡和东坡2013-2018年各年气温递减率年际变化幅度小,平均气温递减率分别为0.60,0.71和0.55℃·(100m)-1;(2)季节上,色季拉山气温递减率表现为冬春季高值,夏秋低值的特点,并且在色季拉山受印度季风影响强烈的6-9月季风期是相对的一个低值,这与青藏高原其他受印度季风区域的研究的结果一致;(3)坡向的对比发现,相同时段的气温递减率均表现为西坡的气温递减率均高于东坡的,这可能与西坡降水量比东坡少有关;(4)西坡2013-2018年平均年降水总量与海拔的相关性不显著,而东坡两者相关性显著,降水梯度为10.5 mm·(100m)-1;(5)除西坡非季风期降水量随海拔升高而增加外,西坡季风期、东坡季风期和东坡非季风期的降水量随海拔变化复杂,在色季拉山的中海拔区域均存在相对的少雨区,西坡在3035~3698 m,东坡在3326~3390 m,而在色季拉山的高海拔区域,降水量随海拔升高降水量增加。

关于广西零度层高度及其变化特征的分析

一、问题的提出 为什么要分析广西零度层高度及其变化特征?凡对人工影响天气课题感兴趣者都了解到这样一个事实:即使用碘化银作催化剂进行人工增雨工作,只有在冷云条件下才是有效的,所谓冷云者是指云滴温度在零度(℃)以下的云。因此,要提高作业效果,掌握当地零度层的高度及其变化特征是必须的,它对我们对弹种的选择以及作业射角的确定也是非常有益的。而这个工作在广西尚未有人作过系统的分析或研究,高炮作业人员或气象员对此也“心中无数”,从而在一定程度上影响了作业效果。为此,对广西地区零度层高度及其变化特征的分析研究工作是必要的。