江苏北部龙卷雷达组网探测策略

为了探测、分析和研究尺度小、生命史短、致灾重的龙卷等强对流天气三维精细化垂直结构及演变规律,江苏正在龙卷易发区苏北平原建设高时空分辨率的双偏振雷达网。本文为支撑苏北龙卷雷达网建设,从龙卷雷达组网的必要性出发,重点分析苏北龙卷雷达组网策略。研究表明:(1)苏北龙卷雷达网拟采用大天线、全固态、高性能技术指标的X波段双偏振雷达组网,采用不同的观测模式,可获得空间一致性好、时空分辨率高且丰富的探测数据,满足龙卷等强对流天气的快速、精细化探测要求。此外,采用较高的脉冲重复频率等扩展测速范围,解决X波段雷达速度模糊问题。(2)经理论计算与比较,苏北龙卷雷达网可采用正三角形组网拓扑结构,取累计空间密度值90%,雷达间距为60km时,波束直径bs特征值为282.0m,最低波束高度bh特征值为52.6m,探测灵敏度Zmin特征值为2.7dB;X波段雷达组网与S波段业务雷达相比,在60km探测距离处,其波束直径减小了约2倍,0°仰角盲区高度降低了约1.5倍,探测灵敏度降低了2.4dB。即在方位分辨率、探测盲区、弱回波探测能力、数据空间一致性等方面均得到提升,可提供更多低于1km、甚至百米的高时空分辨率的雷达资料,便于捕捉龙卷等强对流天气。(3)苏北龙卷雷达网在盐都、阜宁、大丰、宝应、兴化(龙卷易发区),各布设一部固定式X波段全固态双偏振多普勒天气雷达。综合考虑在苏北平原雷达选址的各种因素,最终雷达网基本单元拟采用近似正三角形(N=3,L=45~65km)的拓扑结构。5部高时空分辨率的龙卷探测雷达组成3个近似正三角形的单元,镶嵌在S波段雷达业务网内(盐城、淮安、泰州雷达中间)。后续可进一步增加雷达数量及拓宽观测区域,例如在高邮等龙卷易发地区,可增补X波段天气雷达或C波段相控阵天气雷达。

江苏省土壤湿度观测资料与再分析资料对比分析研究

利用江苏省2010—2015年的60个站点土壤湿度观测资料,对欧洲中心ERA-Interim再分析资料(ERA)和美国宇航局再分析资料(MERRA)的两套土壤湿度数据在江苏地区的可靠性进行了评估。结果表明:相比于ERA再分析资料,MERRA较好地再现出江苏省次表层年平均土壤湿度的空间分布特征,但是两种资料的次表层和深层土壤湿度的数值均小于观测。ERA和MERRA基本都能揭示出江苏省次表层土壤湿度的季节变化特征,但是深层土壤湿度与观测仍有较大差距。在时间演变方面,ERA次表层土壤湿度与站点观测在研究时段内较为接近,EOF分析揭示出1979—2016年江苏省次表层土壤湿度存在区域一致型与南北偶极型两个主要的年代际变率模态。但是对于深层土壤湿度时间演变而言,两种再分析资料都与观测有较大的差距。总体而言,再分析资料的次表层土壤湿度与站点观测较为接近,但是由于再分析资料陆面模式中地下水等影响深层土壤湿度的关键过程刻画较为简单,使得深层土壤湿度与观测有较大的差距。

江苏省近地层通量观测综合业务系统的设计与实现

文章基于中国气象局印发的规范,建立了一套包含数据采集、运行状态监控、数据质量控制、数据分析显示和仪器巡检维修等功能的江苏省近地层通量观测综合业务系统,为构建统筹、集约、高效的江苏省近地层通量观测管理体系奠定了坚实的基础。该系统目前已经投入业务应用,运行流畅稳定,实现了相关业务流程的全覆盖,在气候与气候变化分析、数值天气预报、气象信息、气象服务和生态研究等方面有进一步推广应用的潜力。

基于相干测风激光雷达数据的南京地区风场特征分析

为了进一步分析南京地区的风场特征,文章利用1.5μm全光纤相干测风激光雷达在南京栖霞沿江地区进行了1年时间的连续观测,通过与附近自动气象站的风场观测数据对比,验证了雷达观测数据的可靠性。基于雷达观测数据,统计分析了南京地区低空风场的分布特征、风速的季节与日变化规律,对南京地区风资源评估具有一定参考性。

基于NetCDF的国产新型气象雷达基数据通用编码试验

为归一化处理国产新型气象雷达数据存储格式,提高雷达数据共享与交换效率,兼容不同厂家不同型号雷达多样性数据格式的同时保留其内在的差异。基于NetCDF编码原理设计雷达基数据NetCDF存储模型,在Visual C++开发平台支持下,开展国产新型气象雷达格式编码和解码的试验。结果表明:1NetCDF编码方式可作为国产新型气象雷达基数据通用编码方式,在合理地利用不同厂家不同型号雷达数据格式内在差异的同时进行统一编码,有利于进行雷达数据的交换。2NetCDF格式编码雷达基数据,继承以雷达径向信息为基本结构的存放形式,面向存储单元本身(数组),通过编码维数、变量、属性和数据4个子域,构成自描述式的NC文件,用户可借助库函数实现"自动"解码。3NetCDF格式编码前后的雷达数据文件大小差异较小,差异幅度与原始数据文件大小无关。

基于太阳噪声气象雷达接收系统标定检验

太阳是一个宽带射电噪声源,利用其射电密度即太阳能流密度,结合雷达相关参数,可计算出雷达接收的太阳射电功率理论值,对比雷达实际接收到的太阳射电功率,即能标定检验包括天线罩在内的全雷达接收系统。文中将该太阳噪声法应用在江苏省气象局部署的8部CINRAD/SA雷达上,开展了两年多的试运行标定检验。检验结果表明,太阳噪声法对雷达全链路接收系统的标定检验,能客观反映出雷达接收系统回波强度的标定状况,从而提高了组网天气雷达回波强度的客观性和一致性,提高雷达数据的质量。

CPS法对影响江苏台风的适用性研究

利用NCEP FNL 1°×1°再分析资料、江苏省地面自动站资料以及长三角地区新一代天气雷达资料,使用气旋相空间法(CPS)对2000-2015年影响江苏台风的相空间参数进行统计分析。经过和台风年鉴比对,CPS法能较为客观准确地描述各类路径影响江苏台风的变性过程,而结果表明:影响江苏的台风发生变性的多为登陆北上、变性前强度较强的台风。进一步分析台风"海葵"和"麦德姆"两个CPS轨迹不同的台风相空间参数,发现其参数轨迹能较好地反映台风变性过程中的热力结构和环流特征演变,与台风降水的落区和强度有一定关联,CPS参数变化明显的"海葵",台风降水范围和强度变化较大,参数变化较小的"麦德姆",降水基本位于台风本体周边。

连云港水稻产量的气象影响因子分析

经验正交函数分析方法(EOF)是正交函数分解方法的一种,其优点是可将某要素场分解为不随时间变化的空间函数部分的特征向量及与空间无关的时间函数部分。该方法同样可用于某空间点的多要素特征分析,得到的空间函数每个特征向量都反映了所有要素某种共性。本文则是利用EOF这一特性,选取连云港地区历年(1961—2007年)水稻各个生育期的多个气象因子与气象产量做EOF分析,选取方差贡献大的前4项特征向量中与产量相关性较好的因子,作为影响因子。并通过对影响因子多年变化趋势及波动特征年的分析,剔除其相关性差的因子,最终得到与产量密切相关的气象因子。

气象雷达全固态调制器的几种故障排除方法

文章阐述了气象雷达全固态调制器的工作原理及其主要故障的分类,并针对气象雷达在业务运行过程中出现的调制器组件典型故障进行了分析,介绍了如何根据报警信息、故障现象进行定位和排除的方法。文章所述3例雷达故障现象不尽相同,但都与调制器组件相关,针对高压打火可能对发射机造成的严重危害,需要熟练掌握高压线路和模块组件线路结构及信号流程,才能更快更好的排除雷达故障。

江苏地区激光雷达网络在一次沙尘天气过程中的应用分析

文章利用淮安、泰州和太仓3地的气溶胶激光雷达、风廓线雷达及探空等综合观测资料,根据观测期间的气象特征和大气能见度与近地面PM10观测数据,从卫星观测结果、激光雷达组网以及沙尘传输路径三方面分析了江苏地区2017-04-17~2017-04-19的1次浮尘天气过程中气溶胶的垂直结构,为大气重污染成因研究提供立体观测数据,为重污染天气应对提供数据支撑。

JKJ2型风廓线雷达TR组件失效对探测距离影响的初步分析

风廓线雷达主要用于测量晴空大气湍流的速度、强度等参量,能够实时提供大气的三维风场信息。中国气象局布网的JKJ2型风廓线雷达采用标准分布式全固态有源相控阵技术设计,降低了系统(收发)损耗;采用逐行(逐列)移相扫描方式,加权方式灵活简单,天线性能达到最优状态。多达20路的相位加权,能获得极低的天线副瓣电平,有利于小尺度湍流变化探测,提高了探测数据的可信度。通过采用仿真技术,分析在10%的TR组件发射通道失效后,该雷达的天线性能变化及对雷达探测性能的影响情况。试验结果表明,当10%的TR组件失效时对雷达探测数据基本没有影响。

南通市大气污染物浓度变化特征及其与气象因素的关系

为了厘清南通市大气污染浓度的变化情况以及与气象因素之间存在的关系,分析南通市大气污染物潜在的输送来源,利用南通市2018年全年大气污染物资料和同期气象观测要素资料,对SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5污染物的时、日、月、季浓度变化规律及其与气象因素之间的关系进行分析,并结合南通市2次重污染天气过程,使用后向轨迹模式HYSPLIT4分析南通市大气污染物的主要来源。结果表明:SO2、NO2、CO、PM10和PM2.5浓度夏季最低,其次是秋季,冬、春季浓度最高;O3浓度春、夏季明显高于秋、冬季。SO2、NO2、CO、O3年平均排放量均较低。一天当中不同时间段,气象因素影响情况不同导致污染物的浓度不同。O3浓度变化跟NO2浓度变化呈明显负相关性。O3污染最高的天气,一般是气压较低、能见度较好的晴朗天气。而研究发现,PM2.5在气温较低、湿度高、气压高、日降水量较小、能见度低且风速较小的气象条件下,污染物浓度更容易升高。NO2在低温高湿、气压高且风速较小的气象条件下时更容易堆积。NO2、CO、O3与6种常规气象要素均存在显著相关性。O3跟气象要素之间相关性关系正好与其他5种污染物相反(湿度除外)。通过两次重污染天气过程的后向轨迹分析,南通市大气污染物来源既有西北和偏北气流的长距离输送,也有偏西和偏南气流的区域性源。

推进标准化区域气象站的社会化保障

江苏省气象局自2015年起开展区域气象站社会化保障,由两家保障公司承担1 334个区域自动气象站的巡检和维护工作。文章针对2家公司的保障效果,从及时率、可用性和保障维修方面进行了对比和分析,同时对社会化保障出现的疑难问题提出了解决方案和计划,为江苏省精细化预报提供了准确及时的基础资料。

民航机场自动气象站传感器的现场校准

文章根据民航机场自动气象站的特点,以江苏省气象探测中心计量站多年来为民航机场自动气象站传感器进行现场校准的实践为基础,介绍了传感器的计量性能和标准器的校准条件,分析和总结了维萨拉公司MAWS301型自动气象站传感器的校准方法,旨在为民航机场提供更好的气象保障。

地面气象观测缺测记录替代方法的误差特征分析

以2014年南京、吕泗、淮安三个国家基准气候站的地面气象观测资料,统计分析了不同气象要素采用不同的记录替代方法时产生误差的特征。一般地,用自动站临近正点的分钟数据代替的方法要优于其它方法,越靠近正点的资料误差越小;备份站的资料同现用站相比,存在明显的系统误差,记录代替时宜作订正;为保证气象资料序列的均一性,建议在数据代替时,动态地选择误差较小的代替方法。

北斗卫星通信在南海海洋气象观中的应用

以海南省无人值守海岛自动气象站为例,阐述了北斗卫星通信在南海海洋气象观测中的实际应用。重点介绍了根据海洋气象观测特殊环境条件而设计的海岛自动气象站的结构、数据上传模式、信息处理流程、系统集成方法及其稳定性。分析了利用北斗卫星通信构建南海海洋气象监测网的优越性及重要意义,为海洋气象建设提供了一套稳定可行的气象采集应用模式。北斗卫星通信方式在海洋气象探测中及特殊条件下的数据通信上具有广阔的应用空间。

用于气象站的地表气温观测仪器的设计与实验研究

大气科学研究对地表气温观测精度有高达0.1℃甚至0.05℃的需求。然而,现有的地表气温观测仪器受到太阳直接辐射、下垫面反射辐射、长波辐射和散射辐射等影响,辐射误差可达1℃。本文设计了一种基于导流装置的地表气温观测仪器。首先,利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法量化该仪器在各种环境条件下的辐射误差;然后,在此基础上,利用极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)方法拟合可针对多变量变化的辐射误差订正方程;最后,为验证该仪器的观测精度,进行了外场比对实验。在实验过程中,以076B型强制通风气温观测仪器的测量值作为温度基准。实验结果表明,该仪器的平均辐射误差和最大辐射误差分别为0.07℃和0.15℃。该仪器辐射误差的实验测量值与订正方程提供的辐射误差订正值之间的平均偏移量、均方根误差和相关系数分别为0.033℃、0.028℃和0.703。

基于物联网的分布式自动气象站现场核查技术研究

文章根据新型自动气象站及现有校准技术的特点,提出一种基于物联网的分布式自动气象站现场核查技术,具备对新型站主采集器和分采集器各通道同时进行核查能力,同时具备传感器进行现场测试的功能。文章提出的现场核查技术,提高了新型自动气象站现场核查/校准的工作效率和质量,保证了自动气象站的稳定运行和数据的准确可靠。

省级气象计量信息管理服务平台的设计与应用

针对目前省级气象计量检定信息管理单向分散以及服务缺少移动终端便捷查询的问题,根据江苏省气象计量工作的特点,文章设计并实现了省级气象计量信息管理服务平台。该平台基于B/S技术构架,数据库以MS SQL Server2005管理支撑,采用MS VS2017.NET设计开发Web信息管理服务平台,实现气象计量仪器收发管理、检校更新、查询统计、发票登记等功能。同时,将二维码扫描技术应用到气象计量信息管理服务中,实现公众手机等移动终端实时查询分享信息。

基于云技术的自动气象站现场校准

自动气象站现场校准作为气象计量的重要手段之一,目前仍然主要依赖人工操作,工作效率较低。文章针对目前自动气象站现场校准业务无法批量开展且无法对校准数据进行统一管理的问题,提出了基于云技术的自动气象站现场校准,通过物联网技术使移动计量设备现场无线组网,实现多校准项目并行开展,提高了自动化水平和工作效率;通过云技术构建星型移动计量网络,实现校准数据云端统一管理、证书省级签发、校准规范参数自动推送等功能。