倾斜和加速度的地面地下观测对比分析

R-2型旋转地震仪可同时记录旋转三分量、MEMS加速度以及倾斜角度.利用在淮南深地实验室地面和深部地下实施的两期连续观测数据,本文分析了地面和地下加速度与倾斜观测中背景噪声的差异.结果表明:相比于地面,深地环境背景噪声干扰更弱,频谱上二者差异可达10 dB,说明深地环境具有低振动噪声的优势.利用倾斜数据对MEMS加速度进行倾斜校正,校正前后的对比结果显示倾斜对加速度测量具有不可忽略的影响.地倾斜信号的时频分析结果表明,相对于地表环境,深地环境有利于进行长周期微弱地球形变信号的检测.本文还分析了固体潮信号观测的精度要求与现有仪器的不足,证明了在深地环境下进行高精度观测的必要性.

一次冰雹过程降水量观测对比分析

为了比较翻斗雨量计、称重雨量计和DSG5降水天气现象仪对冰雹过程降水量的探测性能,分析了一次降雹过程中的降水粒子谱特征,探讨了区分雨滴和冰雹的方法,对3种设备获取的分钟降水量时间序列进行了综合对比和统计检验。结果表明:翻斗雨量计、称重雨量计测量和由DSG5计算的过程分钟降水量序列具有较好的一致性,服从同一个连续分布;利用DSG5雨滴谱资料不仅可以区分冰雹过程中的降雨量和降雹量,而且能快速灵敏地侦测到降水的起始、结束时间,更准确地反映降水强度的时间变化,可为中小尺度天气系统的研究提供精准的降水变化信息;翻斗雨量计和称重雨量计对冰雹过程分钟降水量的观测存在一定的缓冲,不能准确描述降水量实时强度的变化;称重雨量计观测的分钟降水量序列存在明显的滞后。

自动降水现象仪与人工观测对比分析

【目的】降水现象是重要的气象学指标之一,其观测数据准确性对气象预报及相关领域具有重要意义。【方法】实际观测中常存在器测数据与人工观测数据差异明显的现象,对比贵阳国家基准气候站的降水现象仪与人工观测数据分析。【结果】(1)降水现象仪可观测到台站发生的所有降水类型,但毛毛雨降水类型偏多,与人工观测偏差较大;(2)降水现象仪冰雹观测较人工记录而言,其判别条件有一定局限性,存在漏报现象;(3)降水现象仪对固态降水观测效果较差,漏报现象严重。【结论】降水现象仪在液态降水观测上准确性较高,但固态降水特别是冬季降水上需调整识别算法。

高寒山区固态降水观测对比研究

降水类型变化是深入理解全球变暖背景下陆地水循环演变的重要内容,高寒山区降水类型观测研究一直是国内外学者关注的热点和难点问题。本文选用2018年5月至2020年4月乌鲁木齐河源1号冰川末端的PWS100激光雨滴谱仪和Geonor T-200B称重式雨雪量计的同步降水观测数据进行对比研究。结果表明:(1)PWS100观测结果显示该试验场以固态降水为主,固体颗粒物占总颗粒物的63%,液体颗粒物占总颗粒物的37%;月尺度上,6-8月粒子数量最多,其中液态粒子占57%,固态粒子43%。其余月份以固态粒子数为主,占总粒子数的96%。(2)基于降水粒子在不同温度区间所占比重,以气温6.5℃为临界值划分降水类型。修正后T-200B降雨总累积量为1202 mm,占DFIR的67%,低估了降水量,但平均相对捕获率达到了87%。(3)两台仪器观测的降水总量大致相同(仅相差71 mm),然而,季节性差异明显,6-8月PWS100比T-200B高出73 mm,9月至次年5月则少37 mm。PWS100在降水量大、降水类型复杂的夏季,观测到的降水量大,而冬季降水量较少,且PWS100对小雨滴不敏感,会导致捕获量的不足,因此,T-200B在捕获固态降水方面更有效。研究结果为进一步研究变暖背景下山区流域径流季节变化提供了实验基础。

微型智能气象站降雨观测对比试验

为了增强对微型(一体式)智能气象站(简称微智站)测雨性能的认识,2021年6—11月河北雄安新区气象局开展了不同测雨原理微智站的对比试验。分析表明:过程雨量不低于10 mm时,翻斗式微智站相对于标准站能够满足观测误差的控制要求,雷达式微智站测值偏大,光电式和压电式微智站测值偏小;过程雨量小于10 mm时,翻斗式微智站和压电式微智站相对于标准站能够满足观测误差的控制要求,雷达式微智站测值偏大,光电式微智站测值偏小。在雨强方面,双翻斗式微智站适合降雨极大值观测,光电式微智站和压电式微智站降雨极大值测值偏小;微智站雨强累积占比大于95%的雨强为[0.3 mm·min^(-1),0.6 mm·min^(-1)],雨量累积占比大于50%的雨强为[0.1 mm·min^(-1),0.4 mm·min^(-1)]。雷达式微智站对降雨响应比较快。微智站雨量传感器的分辨力越精细,对细微降雨观测越有效,有效降雨率也越大。

新疆酸雨自动观测与人工观测对比试验研究

选取2021年1月—2022年5月乌鲁木齐市国家基本气象站、2021年1月—2022年12月伊宁国家基本气象站以及2020年4—12月、2021年1—8月、2022年3—5月喀什国家基准气候站的酸雨观测数据共计206条,开展自动和人工酸雨观测对比试验,分析pH值和电导率(K值)之间的差异。结果表明:(1)乌鲁木齐气象站和喀什气象站电导率的一致性明显大于pH值的一致性,乌鲁木齐气象站电导率和pH值数据均具有显著的线性正相关性,喀什气象站的电导率数据显示有较高的线性相关性,pH值的相关性则具有中等线性相关性,而伊宁气象站pH值和电导率的相关性都相对较弱;(2)乌鲁木齐气象站的pH值和电导率的人工观测和自动观测结果具有较好的相关性,喀什气象站的pH值人工观测和自动观测结果的相关性较差,伊宁气象站的降水的pH值和电导率的人工观测结果也与自动观测结果相关性较差;(3)人工观测和自动观测结果之间的差异可能是多种因素综合影响的结果,其中包括采样方式和观测方法的不同,以及观测时间的差异等,人工观测受制于观测人员的经验和操作水平,而自动观测则更加精确和稳定。此外,观测时间的不同也可能导致观测结果的差异,自动观测可以实时监测,避免了漏采或误采现象。

庆阳市冻土人工与自动观测对比分析

利用庆阳市8个基本气象站1968—2021年气象资料及2021—2023年自动与人工冻土对比观测资料,运用相关性分析、线性趋势分析、M-K突变检验等统计方法,分析研究了50多年来冻土的变化趋势、与气象因子的相关性及自动与人工冻土观测数据的差异性,为研究冻土平行观测效果提供参考依据。

“21·7”河南特大暴雨气象和水文雨量观测对比

2021年“21·7”河南特大暴雨打破我国大陆小时气象观测纪录,该极端天气事件位列2021年中国十大天气气候事件第2位。已有研究使用气象地面站雨量观测资料对此次过程进行雨情分析和极值统计,但降水时空分布不均匀,单一来源资料存在不确定性。通过对比气象站和水文站雨量资料,分析两套业务观测系统记录“21·7”河南特大暴雨过程的异同,发现气象站和水文站雨量在时间和空间分布上具有很好的一致性,两者不同等级的累积降雨落区、逐日和逐时降雨演变趋势均一致性强,但累积雨量和雨强极值的空间分布和数值存在差异,两套资料在暴雨中心(过程雨量大于600 mm)的系统性偏差小于1%。气象站和水文站的融合资料呈现比单一资料更细致的降雨分布、更全面的演变特征。此外,基于融合资料发现累积雨量排名前3位的城市(郑州、鹤壁、新乡)均具有累积雨量大、小时雨强极强、强降雨集中、雨强突然增长的特征,鹤壁和新乡最强降雨时段分别比郑州晚26 h和28 h。

北京两次特大暴雨过程观测对比

本文针对2012年("7·21")和2016年("7·20")北京两次特大暴雨过程,利用多源观测和再分析数据,结合多种分析方法,从多个角度,较为系统地对比揭示了两次特大暴雨过程的差异,结果指出:两次过程降水总量相近,但降水历时和小时雨强不同,"7·21"历时更短、雨势更强;两次过程主导天气系统和演变、对流系统演变以及局地探空条件明显不同,"7·21"主降水时段对流有效位能显著,暖区对流性强降水主导,而"7·20"主降水时段对流有效位能小,以低涡系统性降水为主;两次过程小时雨强和短历时降水事件统计差异显著,"7·20"中等强度小时雨量站点数占比显著,而"7·21"短时强降水站点数占比明显,两次过程短历时降水事件累积雨量、持续时间、5分钟和1小时最大雨量差异明显,"7·21"短历时强降水事件占比达一半以上(小时雨量50 mm以上的短历时极强降水事件占比明显),最大5分钟和1小时降水量分别高达20.4 mm和103.6 mm,极端性显著,而"7·20"短历时中等强度降水事件占比最大,最大5分钟和1小时降水量仅为10.7和59.3 mm,"7·21"降水极端性更强、致灾性更大;两次过程水汽来源和源区定量贡献差异明显,来自中国中东部及沿海地区的水汽贡献在两次过程中均最大,但"7·21"过程上述水汽源区的贡献最突出,而"7·20"过程中,印度半岛—孟加拉湾—中南半岛、中国南海和西北太平洋及日本海等区域的贡献也较为明显。上述结论有助于深入理解和认识两次特大暴雨过程致灾程度不同的原因。

区域雷达网同步观测对比分析

利用长江中游的合肥、宜昌、武汉、常德和长沙雷达周围的1:25万的地形高度数据得到各雷达的混合扫描仰角和等射束高度拼图。选用2004年7月17—19日5部雷达同步观测的雷达体扫资料,分析了各雷达的最低扫描仰角;在尽量排除地物杂波、波束阻挡、距离衰减和波束展宽等因素影响的情况下,对比分析了5部雷达构成的有重叠覆盖区的7个雷达对的反射率因子差异。结果表明:(1)对雷达最低扫描仰角进行分析可以检查雷达的仰角标定,武汉和合肥雷达平均最低观测仰角比VCP21扫描方式规定的要低;(2)用雷达对等距离线上的反射率垂直剖面可以分析雷达对同步观测的回波空间位置和强度差异,常德雷达和其周围雷达同步观测的回波高度明显偏低;(3)用雷达对等距离线上某高度的反射率因子曲线变化的一致程度可以分析雷达的方位标定,这5部雷达没有明显的方位定标偏差;(4)用雷达对等距离线上某高度的平均反射率因子差可以分析雷达对同步观测的系统观测差,宜昌雷达和其周围的雷达相比,观测的回波强度偏强,而武汉和其周围的雷达相比,观测的回波强度偏弱;(5)反射率因子差的时间平均值随着反射率因子的大小变化而变化,当观测的反射率因子越大时雷达对的反射率因子差的时间平均值也越大。

地下水位数字与模拟观测对比分析

对地下水位数字记录仪与模拟记录仪产出的水位资料进行了对比分析。结果表明,两者日均值相关系数在0.3956～0.9997之间,整时值相关系数在0.0526～0.9997之间;自流井水位资料的同步性较差;总体分析数字化水位仪观测精度优于模拟水位仪。

北京2006年夏季接连两场暴雨的观测对比分析

利用北京地区高时空分辨率的地面自动站资料、多普勒雷达数据、卫星图像、风廓线数据以及6小时一次的NCEP再分析资料等,对2006年7月31日和8月1日接连发生在北京地区的两场暴雨做观测对比分析。结果表明:(1)7月31日降水为典型的华北强低槽锋面影响下的北京大范围强对流降水,8月1日降水为该华北低槽东移变为低压后的一次飑线影响下的北京部分地区强对流降水;两场暴雨大尺度环境条件相似,但与7月31日相比8月1日贯通南北的远距离水汽输送以及干冷空气与暖湿空气在北京地区的对峙已明显减弱,即形成全北京范围扰动的环境条件已经减弱。(2)两场暴雨的中尺度对流系统在形状、强度、移动路径等方面均有不同,但两场暴雨的中尺度对流系统的发展都与地面中尺度辐合线的发展有密切联系。(3)两场暴雨发生前北京局地对流层低层风场短时间变化特征不同,但低层偏东风和近地面东南风的出现,对于北京这两场暴雨的产生是比较关键的,预报中应该加以关注。

华北一次积层混合云微物理和降水特征的数值模拟与飞机观测对比研究

为考察云数值模式中的云物理方案和对实例云物理和降水过程的模拟能力,本文将中尺度数值模式(WRF)模拟的华北地区一次积层混合云的微物理结构特征、降水过程与国家科技支撑计划重点项目环北京地区三架飞机联合云探测实验数据以及雷达、地面降水观测数据进行了深入的比较和验证研究。结果表明:WRF模式能够较好地模拟出此次积层混合云的云系演变、雷达回波和降水分布特征。对比结果是:(1)模式模拟的云中液态水浓度(LWC)与飞机观测值具有较好的一致性,在3°C层,飞机观测的LWC最大值为0.8 g m-3,模拟的飞机路径上的LWC最大值为0.78 g m-3,两者接近;在-8°C层,飞机观测LWC最大值为1.5 g m-3,模拟的飞机路径上的LWC最大值为1.1 g m-3,模拟值偏小;在-5°C层以下,模式能够准确模拟云中水凝物的垂直分布,包括融化层的分布,模拟的水凝物质量浓度与实测吻合。而对固态水,在-6^-10°C,由于模式中雪粒子凇附增长过程较大,聚合过程发生的高度偏高,导致模式模拟的固态水凝物质量浓度高于实测值,说明模式在雪粒子增长过程的处理方面有待进一步改进。(2)在云粒子谱参数方面,在-8°C层,由于模拟的雪粒子质量浓度偏高,所以模式计算的粒子谱的截距和斜率都小于飞机观测值,模拟偏小;在-5°C层,两者比较接近;在3°C层,由于云中小粒子浓度逐渐减少,所以模式计算的斜率接近观测值,但是截距大于观测值,说明模式降水粒子谱参数的描述方案有待改进,模式中谱形参数μ不应一直设置为0,而是应该随着高度变化而变化。

超声波传感器雪深测量与人工观测对比试验分析

通过对2010年2、3月佳木斯国家基准气候观测站人工观测与超声波雪深传感器测量获取数据对比、分析不同天气条件下(高风速、低风速、低温度)两种方法获得的数据差值的变化情况。结果表明:观测结果差异的大小主要受温度和风速两个因素的影响。低温环境下温度会影响超声波的行程时间使得超声波传感器的测量精度受到影响,通过温度补偿的方法对雪深进行订正可以提高超声波传感器的测量精度,两者的差值较小,且观测资料有较好的可比性;高风速时,风速会影响超声波脉冲,使其偏离传感器的下方,同时超声波的速度也会受到影响,从而影响测量结果,使得两者的差值较大。

全国降水天气现象平行观测对比分析

采用2017-08—2018-08全国2363个气象站降水现象平行观测对比观测数据,分别从数据完整性和准确性方面对雨、雪、毛毛雨、冰雹、雨夹雪5种降水现象自动观测数据进行了对比分析。结果表明:(1)雨、雪、毛毛雨现象的过程捕获率最高,分别为66.9%、69.2%、50.1%,冰雹的小时捕获率最高,为51.8%,雨夹雪的各捕获率指标均较低。(2)毛毛雨的漏报率最高为65.9%,雪的漏报率次之为35.6%,冰雹的漏报率最低为16.2%;毛毛雨、雨的错报率较低,雨夹雪和冰雹的错报率较高,毛毛雨、冰雹错报为雨的比例较高,雨错报成毛毛雨的比例较高,雪错报成毛毛雨和雨的比例较高,而雨夹雪则常常是毛毛雨、雨、雪交替出现;毛毛雨和冰雹的空报站点较多。(3)降水现象仪对降水现象的识别可达到分钟级,但与人工观测降水现象相比,存在漏报、错报和空报情况,需要在气象站数据采集端进行质量控制,不断优化降水现象识别算法,并结合其他天气要素进行降水现象综合判识,以提高仪器对降水天气现象的捕获率,降低漏报率、错报率和空报率。

京津城际路基沉降数值模拟与原位观测对比分析

研究目的：京津城际轨道交通工程天津段内广泛分布软土，其成因类型主要为冲积、海积，局部为湖沼堆积；岩性为各类黏性土、粉土、砂类土等，夹淤泥、淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土。上述土体含水量、孔隙比较大，所以在路堤荷载及列车荷载作用下的沉降变形较大。为满足无砟轨道对路基工后沉降的要求，路基基底采用CFG桩复合地基进行加固。由于复合地基受力状态复杂，对其进行工后沉降预测较为困难，本文采用数值模拟和原位数据对比分析的方法对路基的工后沉降进行预测。研究结论：（1）采用数值模拟及原位测试数据对比分析复合地基的沉降变形规律，得出桩问土的压缩主要发生在桩长下部的1／4—1／6桩长范围内，桩端的刺入量占总沉降值的20％～30％；（2）由实测的沉降-深度分布曲线可以得到，桩端以下土体压缩层厚度为桩平面分布宽度的1倍左右；（3）有限元计算所得的最大沉降量和工后沉降量，与观测值相比较为接近，采用有限元计算结果推断的工后沉降差异，小于根据实测值采用经验公式得到的推断值，因此在沉降计算中应推广有限元方法。

青藏高原那曲地区一次深对流云垂直结构的多源卫星和地基雷达观测对比分析

为了加强对青藏高原深对流云垂直结构的深入认识,利用TRMM、CloudSat和Aqua多源卫星观测资料及地基垂直指向雷达(C波段调频连续波雷达和KA波段毫米波云雷达)资料,对第三次青藏高原大气科学试验期间2014年7月9日13—16时(北京时)发生在那曲气象站附近的深厚强对流云和那曲气象站以西100 km左右的深厚弱对流云的垂直结构特征进行了分析,得到的结果如下:(1)深厚强对流云和深厚弱对流云的水平尺度均较小(10—20 km),垂直发展高度较高(15—16 km,均指海拔高度);深厚强对流云在0℃层以下雷达反射率因子递增非常快,表明对流云内固态降水粒子下落至0℃层以下后融化过程有很重要的作用;在对流减弱阶段有明显的0℃层亮带出现,亮带位于5.5 km左右(距地1 km);(2)对比TRMM测雨雷达和C波段调频连续波雷达观测到的雷达反射率因子,发现TRMM测雨雷达在11 km以下存在高估;(3)深对流云主要为冰相云,云内10 km以上主要是丰富小冰粒子,而10 km以下是较少的大冰晶粒子;深厚强对流云和深厚弱对流云的微物理过程都主要包括混合相过程和冰化过程,混合相过程分为两种:一种是-25℃(深厚强对流云)或-29℃(深厚弱对流云)高度以下以凇附增长为主,另一种是该高度以上主要以冰晶聚合、凝华增长为主,该过程冰晶粒子有效半径增长较快。这些空基和地基的观测证据进一步揭示了青藏高原深对流云的垂直结构特征,为模式模拟青藏高原深对流云的检验提供了依据。

高水头钢筋混凝土岔管结构计算与观测对比分析

通过对钢筋混凝土岔管结构计算与充水过程观测资料对比分析,获得较完整的钢筋混凝土岔管这个复杂结构的工作性状和结构应力分布规律。既对现有的设计原则及工程措施作了定性评估,又可为其他类似工程设计起指导和借鉴作用。

新疆地区降水现象仪平行观测对比分析

根据103个新疆气象台站降水现象仪自动观测数据与人工观测数据进行对比分析探讨,获得了降水现象仪主要性能的整体情况,揭示出降水现象仪降水类型识别能力的个体差异;通过对比结果,给出人工观测与仪器观测差异结果及产生原因,全面了解降水现象仪的技术指标和仪器性能,旨在为生产仪器厂家提供信息。同时,结合本地出现的特殊情况,给出确定可信的解决方案,为新疆正在开展的降水现象自动观测提供技术参考,以获取更加科学可信的气象数据。

云高自动化观测对比试验与数据分析

利用2011年12月至2012年6月北京观象台云高自动观测仪器对比试验数据,以微脉冲激光雷达(MPL)为参考、结合人工目测,对3台激光云高仪观测数据进行分析评价。分析2种天气条件(高能见度、低能见度)下漏判情况、误判情况和云高准确性3个方面;同时评价了激光云高仪对几种典型云属的探测能力。结果表明,激光云高仪与MPL一致性较好,大气中的雾、霾等气溶胶粒子是造成其测量不准确的主要原因,可通过提高激光发射单脉冲能量、优化光学系统来提高激光云高仪探测能力。