AMDAR资料质量控制及同化对2020年春季数值预报的影响研究

航空气象数据转发(Aircraft Meteorological Data Relay,AMDAR)资料具有采样频度高、探测层次密集等特点,能够有效补充高空资料时空分辨率的不足。利用2020年3月1日至5月31日(春季)国家气象信息中心提供的中国区域AMDAR资料和美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)提供的全球预报模式(Global Forecast System,GFS)资料,对不同高度的AMDAR观测资料进行质量分析和控制,通过两周循环同化对比试验检验同化质量控制后的AMDAR资料对分析场和预报场的影响。结果表明:AMDAR资料风速与GFS资料的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)呈明显的随高度增加而增大趋势,风速、温度的偏差(Bias)也存在随高度增加而增大趋势。对不同高度的AMDAR资料进行质量控制后,AMDAR与GFS资料的RMSE和Bias都有所改进,且AMDAR资料和GFS资料的差值(Observation Minus Background,OMB)更加符合高斯分布。同化质量控制后的AMDAR资料对风、温度和位势高度分析场有一定的改进作用,并且改进可以影响到12 h甚至24 h预报场。同化质量控制后的AMDAR资料能一定程度上提高降水预报技巧,其中中等量级降水预报改进效果明显。

AMDAR资料在天气预报中的应用

使用国内的AMDAR资料对几次重大天气过程进行了动力和热力学分析研究。结果表明:飞机在航站上起降时探测的高时空分辨率的AMDAR资料与其它资料结合能够较连续地监视机场附近气象要素的时空变化特征,进而捕捉到一些常规观测资料难于发现的引发冰雹等强对流天气的中尺度天气系统。该资料对稳定性天气大雾的定点分析和预报,较之常规观测资料有更好的业务使用价值。该资料不仅可为制作定点的临近和短时预报提供精细的预报依据,而且可在一定程度上增强对灾害性天气的认知和预见性。

AMDAR温度资料的偏差订正及对GRAPES系统的影响

通过对AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay)温度资料进行了偏差订正来改善数值预报同化预报效果。方法是以NECP(National Centers for Environmental Prediction)的GFS(Global Forecast System)的6 h预报场作为参考场来统计AM DAR观测温度减去参考场的偏差,根据飞机上升率和下降率,应用最小二乘法拟合温度资料偏差的线性回归方程,然后用回归方程结合探空资料对温度观测进行偏差订正。AMDAR资料来源是国家气象信息中心数据库,偏差统计时间为冬季(2014年12月到2015年1—2月)和夏季(2014年6—8月)。另外,应用GRAPES(Global Regional Assimilation and Prediction System)系统对订正后的AM DAR温度资料进行了1个月(2013年12月)的同化预报影响试验,结果表明,同NCEP的FNL(Final Operational Global Analysis data)资料相比,加入订正后的AMDAR温度资料可以减小高度分析场的偏差和均方根误差,尤其在平飞阶段(300~150 hPa),其偏差、均方根误差减小了2 gpm,对温度分析场的影响也有正效果,偏差和均方根误差最多减小0.15℃。高度场和温度场的预报距平相关系数在250 hPa以上也比温度资料订正前有所提高,温度场的预报时效提高了0.5天。

辽宁内蒙古AMDAR资料统计及个例预报应用

利用2005年1～6月AMDAR资料，根据天气预报业务需求，对辽宁、内蒙古地区具有业务应用意义的逐日数据进行遴选和统计，揭示了资料的时空分布规律，并对2005年5～9月实时接收的AMDAR资料进行了个例预报业务试验，结果表明AMDAR资料在天气预报业务中，尤其是在临近预报中具有参考价值。

用AMDAR资料分析两次强飞机积冰过程

利用常规气象资料和AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay,航空器气象资料中继)飞机气象资料,对2012年1月5日和23日贵阳机场飞机报告的两次强积冰个例过程进行了客观诊断分析。结果表明:"1.5"和"1.23"强积冰个例是静止锋形势下导致的,逆温层维持时间长,逆温层顶、逆温厚度基本不变且逆温强度有所增强;饱和冷云维持且冷云含水量不断加大,为强积冰的发生提供了有利的温度和水汽条件。AMDAR资料对于探空资料是有力的补充,能显示大气层结随时间细微的变化,为积冰预警预报服务提供参考。

基于AMDAR资料应用于中国周边海域飞机颠簸的统计分析

基于2002—2011年共10 a的AMDAR资料,用于中国周边海域（0 ～35°N,110 ～ 150°E）越洋飞行飞机颠簸的时空分布和变化规律分析.研究指出：南海比西北太平洋海域更容易发生重度以上的飞机颠簸;全年中6月最容易发生颠簸,而9月至次年2月发生重度和严重颠簸的百分率明显减小;5 km以下,发生轻度和重度颠簸的百分率随高度增大而减小,8 km以上重度颠簸的发生百分率稳定在0.2％左右,边界层顶和对流层顶附近容易发生严重颠簸,发生的百分率分别为0.27％和0.18％;随着风速增大发生颠簸的概率一般也增大,在对流层上层风速大于40 m/s时,发生重度和严重颠簸的百分率都明显增大,达到0.2％左右.冷半年风向为NNE以及暖半年风向为SSW时,发生重度颠簸的百分率达4％左右;严重颠簸发生在暖半年的概率较大,暖半年吹SSE至ESE风时,发生百分率为0.25％～0.3％,但暖半年吹正北风或冷半年吹正南风时,也易发生严重颠簸.

Amdar资料在黑龙江和吉林省预报业务中的应用初探

将常规资料与Amdar资料结合分析了2005年哈尔滨、长春市出现的烟雾、强降水和降温天气个例,初步探讨Amdar资料在黑龙江、吉林省预报业务中的应用。

AMDAR资料的风温信息在机场终端区强对流天气分析中的应用

强对流天气引起风矢量和温度等气象要素突变,影响飞机正常起降和飞行。高时空分辨率的飞机气象资料中继AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay)是天气预报重要的资料源之一,可为机场终端区的强对流天气短临预报提供高时间密度的垂直探测信息。通过白云机场终端区的AMDAR资料,提取三维风矢和温度廓线,制作了风切变和湍流的预警分析图。以2011年4月17日一次广东省的强对流天气过程为例,将AMDAR资料结合雷达、卫星、探空等多源资料进行了分析。研究表明,在AMDAR资料的风矢-时间高度剖面上形成三维预警指示,对机场的强对流预报有指导意义;当1 km以下发生强风切变,对飞机起降威胁严重,AMDAR资料水平风的垂直分布印证了多普勒天气雷达强辐散区的回波特征;高时空分辨率的AMDAR风速和温度扰动,可揭示大气中的风切变及湍流运动。AMDAR资料为保障飞机的安全起降提供了一种实时、密集的垂直观测信息,有助于研发临近预报预警产品,弥补探空资料的不足。

飞机气象探测资料(AMDAR)质量控制与质量分析

文章基于NCEP的AMDAR质控方法,建立了一套业务质量控制系统。选取2014年全球AMDAR资料对系统进行测试,系统运行稳定,并根据质控结果统计分析了AMDAR资料各质量类型演变及分布特征。主要结论如下:(1)2014年全年平均逐小时剔除率为5.79%,其中重复性报文占主要部分。(2)报文数量和报文质量均表现出明显的日变化特征,重复性报文在报文数量密集时剔除率增加,可疑数据和时空不一致性相反。(3)飞机报文质量在各个高度层表现出不同的特征,质量问题主要出现在近地面层、动力调整高度和飞行状态转换及巡航高度。(4)经纬度阈值变化对重复报文剔除结果影响敏感度最高,主要反映在中高层,高度阈值影响表现在中低层。(5)剔除疑误报文后计算的全球平均温度呈现明显正异常,风速负异常。

AMDAR资料质量分析及对GRAPES系统同化和预报影响

为了研究AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay)资料对GRAPES(Global Regional Assimilation and Prediction System)系统的影响,针对从国家气象信息中心实时库检索的业务AMDAR资料,分析了该资料的偏差和标准差等质量特性;利用GRAPES数值预报系统,做了两个月的同化预报循环试验。选取资料和试验的时间是2013年5月、6月,同化窗口6 h,预报时效7 d。结果表明,与背景场该资料的温度要素的平均偏差在0.2°C,标准差在2°C,风的平均偏差在0.2 m/s,标准差在3 m/s,偏差基本符合正态分布;AMDAR资料对同化和预报效果均有改善。

利用AMDAR数据分析厦门、泉州双雷达三维风场反演误差

利用2016年全年进出厦门机场和晋江机场航班的AMDAR(Aircraft Meteorological DAta Relay)数据对双雷达反演风场进行检验,分析了厦门、泉州双雷达风场反演的总体误差,研究结果表明:1)验证了双雷达连线附近区域反演风场的平均绝对误差较大,发现了与两部雷达连线的夹角小于15°和大于165°的区域的反演结果的平均绝对误差明显大于误差的年平均值。2)对于反演风向而言,误差随着高度增加而减小。对于反演风速而言,高度在9 km以下的反演误差在5m/s左右,而9km以上的反演误差较小。3)剔除了双雷达连线附近区域(与两部雷达连线的夹角小于15°和大于165°的区域)和反射率因子小于5dBZ以及等于100dBZ(剔除非气象回波)的反演结果后,双雷达反演风场误差较小,相对于AMDAR数据的风向年平均绝对误差为29.4°,风速年平均绝对误差为3.28 m/s,总体误差在可接受范围之内,反演结果接近“真值”,该反演方法稳定可靠。

AMDAR资料在北京数值预报系统中的同化应用

该文针对北京市气象局业务快速更新循环同化预报系统（BJ—RUC），通过对有无飞机观测资料参加同化的预报试验客观要素预报均方根误差和降水量TS评分的对比分析，探讨了飞机观测资料对短期数值天气预报的影响。结果表明：飞机观测资料的同化对于前9h预报时效内的高空风和温度预报有明显的正面影响。其中，对风预报的正面影响集中在925-250hPa高度上；而对温度预报的正面影响主要体现在850～400hPa之间的各层内。在快速更新循环的暖启动模式下，飞机观测资料同化比冷启动模式下带给预报结果更明显的正面贡献。飞机观测资料参加同化对于降水预报技巧的提高也有正面效应，对24h和12h累积降水量TS评分以及12～18h和18～24h时段内的6h累积降水TS评分有明显提高，提高的最大幅度达50％，并对相应阈值和时段内无飞机观测资料参加同化的试验中雨区偏大现象有改善。分析增量分布特征与同化带来的风温要素3h预报改进的垂直特征基本对应，表明飞机观测资料参加同化对初始场中风场和温度场质量的改进。

AMDAR气温资料和常规高空观测气温资料的对比分析

为了解飞机观测气象资料(AMDAR资料)的可用性,推进AMDAR资料在湖南气象预报业务中的应用,对2013年5月至2016年12月的AMDAR资料时空分布特征进行了分析,并参考美国国家环境预报中心(NCEP)提供的AMDAR资料质量控制方法,对AMDAR气温资料进行质量控制,并在此基础上对湖南范围内的AMDAR气温资料和常规高空观测气温资料(长沙、怀化、郴州)进行了对比分析。结果表明:我国AMDAR资料主要分布在100 h Pa气压层以下,起飞和降落阶段资料约占68. 75%。AMDAR气温资料数据质量稳定,气温疑误率低于0. 13%。在对比样本上,AMDAR观测气温(t_a)与常规高空观测气温(ts)存在非常显著相关性,相关系数为0. 9966,均方根误差为1. 065℃,AMDAR观测气温平均偏低0. 13℃,差值呈准正态分布,且73. 76%的差值在-1~1℃。AMDAR观测气温与常规高空观测气温的差值分布与飞行状态和飞行高度相关,上升状态AMDAR气温偏高,下降状态AMDAR气温偏低。500 h Pa高度以下,样本飞行状态多为下降,t_a较ts平均偏低0. 25℃; 500h Pa高度以上,样本飞行状态多为上升和平飞,t_a较ts平均偏高0. 03℃。

AMDAR资料在机场天气预报中的应用

介绍了我国航空器空中报告(AMDAR)的下传及应用情况,包括AM-DAR的数据特点、资料的实时分析及应用。重点介绍了AMDAR资料在机场临近预报中的应用,包括在风场分析、颠簸的诊断及警报以及在天气分析中的应用。

AMDAR观测资料分析及质量控制

随着中国气象局与民航总局AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay)合作项目的开展,气象部门获得的AMDAR观测资料逐渐增加。为获取高质量的AM-DAR观测资料和充分合理地使用这些观测资料,必须对AMDAR观测资料时空分布、飞行状态信息、观测资料质量等信息进行充分调研分析,并开发设计出具有实际运用价值和能力的质量控制(QC)技术,使AMDAR观测资料在数值预报业务模式系统中发挥更大作用。AMDAR QC方案在参考国际先进AMDAR QC方案的基础上,根据AMDAR资料的特点和数值天气预报模式对AMDAR资料应用的要求而设计,其目的是解决AMDAR观测资料在数值预报中应用的质量问题。文中方案采用多种质量控制技术,其中包括气候极值检查、要素间一致性检查、时间一致性检查、持续性检查、背景场一致性检查、空间一致性检查、综合决策算法、自动统计评估反馈技术,并将该方案应用于2007年6—8月的实际观测资料。试验结果表明:该方案能有效地识别观测资料中存在明显错误的资料,有效地为AMDAR资料在数值模式中的应用提供客观质量依据。

AMDAR温度观测的误差统计特征分析

观测资料的误差结构特征是影响资料同化效果的重要因素之一,在GRAPES资料同化系统中使用的观测资料误差结构特征是借鉴国外的同化系统或参考文献,没有直接使用实际观测资料统计。因为同化系统的差异和观测系统的不断改进,观测资料误差结构特征也应随着改变。现在同化系统中的观测误差结构特征不能满足同化系统的精细化要求,比如飞机的观测误差特征没有按飞机标识、纬度带和飞行状态进行区分。为了提高AMDAR资料的应用效果,本文对AMDAR资料的误差特征进行统计分析。通过对比AMDAR资料和NECP再分析资料,分别对全球不同纬度带、不同飞行状态和不同飞行标识两者的温度差异进行统计。本文使用的AMDAR资料是从国家信息中心实时库获取的,资料时段为2013年5—7月。统计结果显示在北半球中纬度(20°~50°N)AMDAR资料最密集的区域,AMDAR资料的温度偏差最大,约-2^-1℃,标准差约1.2~1.6℃。温度的标准差在不同飞行状态随纬度而异,赤道地区(20°S^20°N)平飞状态最小,约0.8℃,北半球高纬度(50°~90°N)平飞状态最大,约1.5~2℃。通过分析AMDAR资料的误差特征,可以更有针对性地做好AMDAR资料质量控制及偏差订正,改进同化预报效果。

AMDAR资料特征及质量分析

利用统计学方法,分析了AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay)资料的时空分布特征,并将航站上的AMDAR资料与常规探空资料进行了对比。研究表明:AMDAR资料是一种高时空密度的观测资料,航站上的AMDAR资料的质量接近探空资料,但其时间密度大约是探空资料的10倍。因此,可以用来监测航站及附近地区天气系统及其演变的更细微的特征,为短时特别是临近预报提供更多的参考依据。

上海机场终端区AMDAR资料系统及应用

介绍了民航华东气象中心开发的上海机场终端区AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay)资料实时显示系统,简述了系统的基本原理和工作流程;并统计了AMDAR资料的分布特征,对机场出现的雷暴、大风、冰雪等天气进行了实例分析。结果表明:上海机场终端区AMDAR资料实时显示系统直观、实用,有效地提高该资料的使用率;AMDAR资料时空分辨率高,但分布不均匀,资料97.4%集中在00:00—15:00UTC时段和67.3%集中在4km以下的中低空区域;系统能够提供连续的高空风温分布,也能够捕捉到高空中小尺度天气特征,在某些天气过程中能够为短临预报提供良好的客观依据和辅助手段,具有一定的实用价值。

Blacklist Design of AMDAR Temperature Data and Their Application in the CMA-GFS

Blacklist methods are used in the CMA Global Forecasting System(CMA-GFS)to improve the application of aircraft temperature data to numerical weather prediction in the Northern Hemisphere and the tropics.In this paper,the ERA5 re-analysis data are used to analyze aircraft temperature observation errors of each aircraft and a blacklist is established using pre-quality controls and threshold methods.The blacklist-filtered and blacklisted aircraft temperature data are then applied to the four-dimensional variational assimilation system,respectively,and an assimilation cycle forecast for the period from September 1 to 30,2019 is carried out.The results show an uneven distribution in the global aircraft blacklist data.After the application of the blacklist methods,the RMSE of geopotential height and temperature analysis field decrease in the vertical direction by a maximum of~1.5 gpm at 200 hPa and~0.15 K at 250 hPa,respectively.Overall,the blacklist methods of aircraft temperature data improve the analysis and forecast in the CMA-GFS.

基于AMDAR的航路气象模型研究

提出了一种基于AMDAR的航路气象模型。该模型通过设置虚拟观测点和应用基于卡尔曼滤波的数值气象预报释用技术,融合AMDAR数据和世界区域预报系统(WAFS)发布的格点预报数据,有效提高了航路上气象要素预报的时空分辨率、精度和航路飞行效率。仿真试验表明,航路气象模型的预测性能显著优于目前使用的WAFS预报。