利用GPS技术探测大气中的水汽含量

准确掌握地球大气中的水汽分布，了解水汽变化趋势对天气现象、全球气侯变化、数值预报有重要的理论研究及实用价值．文章系统地论述了利用地基GPS方法观测大气中水汽含量的原理．论述了在地基GPS技术中观测站遥测大气中水汽含量的理论基础，建立了利用GPS观测数据计算大气层水汽含量的理论模型，导出了Tm的计算公式，最后用实例论证了地基GPS测雨的可行性．     

一次暴雨过程中GPS三维层析水汽场的变化特征

利用小尺度GPS网络, 使用蒙特卡罗GPS水汽层析算法获取高时空分辨率的水汽场, 并通过与探空资料对比验证层析水汽场具有理想的精度。结合GPS三维层析水汽场与天津气象雷达资料, 分析2011年7月29日大暴雨过程, 首次给出小尺度水汽场在强对流过程中连续的变化过程以及精细结构。对于局地的对流过程, 三维层析水汽场能够在降水发生前约20分钟捕捉水汽在空中的富集现象并给出相应位置, 对降水预报具有指示作用。对于大范围强降水过程, 水汽场能够明确地给出水汽输送来源的位置和强度, 与天气形势分析和雷达气象分析的结论一致。     

两次不同类型降水中GPS水汽特征对比分析

通过对2008年7月14-15日的稳定性区域暴雨天气过程以及2008年6月25-26日的对流性强降水中GPS水汽体现出的特征进行分析,结果表明：GPS水汽在稳定性降水中对实际预报具有较好的指示性能,可以用来区分潮湿气团与干燥气团.当大气达到高湿条件,可降水量增长到顶点,即预示未来4-5h会有降水出现;当可降水量（PWV）≥50 mm的持续时间越长,实况降水量越大.在6月25-26日的雷暴降水中,受中小尺度天气系统影响,PWV曲线起伏剧烈,局地性特征明显,但与降水量级以及降水起止时间并无明显联系,对未来降水预报所起意义不大.     

数值产品对云南丽江强对流天气的预报检验

采用统计检验方法,选取与强对流天气产生暴雨、冰雹密切相关的反映大气环流形势、水汽条件和动力因子的欧洲中期天气预报中心(以下简称欧洲中心)及T213的多个因子,主要检验2006～2011年6年间数值预报12～48小时数值预报是否与丽江区域强对流天气出现的过程相似,作出预报区域内有无暴雨、冰雹的定性预报,通过分析发现:欧洲中心对强对流天气的影响系统、冷空气预报能力较好;T213比湿场对强对流天气的水汽预报能力略好于欧洲中心的相对湿度场,同时,T213的涡度场和垂直速度场能很好的预报强对流天气的动力条件。此次分析检验的结论将在强对流天气预报中发挥很好的效用。     

GPS技术在气象学上的应用

介绍了GPS气象学的基本概念,地基GPS遥感大气水汽含量、空基GPS反演温(湿)廓线的原理、方法。对国内外GPS气象学的研究以及在数值天气预报、气候变化、人工影响天气、空间天气监测预警、干旱监测、高空探测等方面的业务应用情况进行了较为详细的介绍,指出GPS气象探测在21世纪大气探测系统中将占有重要位置。     

一次梅雨锋连续大暴雨过程的诊断分析

为了提高对梅雨锋暴雨过程的预报服务能力,利用常规观测资料、MICAPS天气图和FNL再分析等资料,对2020年7月8—10日梅雨锋连续大暴雨天气过程进行了诊断分析。结果表明:1)这是一次高水汽含量、强低空急流配合短波槽、切变线和梅雨锋天气尺度系统引发的连续大暴雨过程; 2)利用FNL再分析资料对过程的水汽、动力、热力条件进行了分析,表明25°～29°N在800 h Pa以下水汽含量丰富,湖南中东部和吉安地区有水汽通量大值区,向东北方向输送水汽并产生明显辐合,且伴有持续的上升运动; 3)南昌站的探空CAPE值呈现有利强降水的细长结构,且有明显的能量释放和再建过程; 4)稳定天气背景、持续的水汽输送和辐合以及不稳定能量的释放和再建是造成此次连续大暴雨过程的关键所在。研究成果为提高梅雨锋暴雨的预报服务能力提供了参考依据。     

基于地基GPS的暴雨水汽输送分析研究

利用地基GPS大气可降水量资料、常规气象资料和美国国家环境预报中心(National Cholesterol Education Program.NCEP)资料分析了2005年8月22-24日云南一次暴雨期间的水汽输送过程,分析了云南地基GPS立体布局的重要性.结果表明,GPS遥感的大气可降水量与探空观测结果有高度的一致性;地基GPS探测可以获得大气可降水量高频变化的信息;暴雨期间水汽输送主要集中在850～600 hPa之间的各层;立体布局的地基GPS网是监测西南水汽通道的有力手段.     

吐鲁番北部山区一次暴雨天气分析

2005年8月6-7日吐鲁番地区北部山区出现强降水天气,并引发50年不遇的洪水.通过对此次暴雨天气水汽的输送、辐合,湿位涡物理量的分析,提取天气特征,并对T213数值预报产品预报效果进行检验,找出对吐鲁番地区北部山区暴雨天气指导意义较好的数值预报产品.     

鄱阳湖区域空中水资源开发初步研究

利用地基全球导航定位系统(global positioning system,GPS)遥感大气技术,使用高密度日降水格点资料、NCEP/NCAR再分析资料和常规气象资料,研究2011年6月鄱阳湖区一次降雨过程中大气水汽的变化特征,为研究开发鄱阳湖区空中水资源提出了一些启发性的结论。结果表明:水汽变化趋势与降雨过程相符合;降雨发生前,GPS大气可降水量(GPS precipitable water vapor,GPS/PWV)会出现持续增大,尤其临近降雨时,水汽会出现剧烈增大现象,可以为人工影响天气作业时机提供指示;GPS/PWV持续下降,通常预示着降雨的结束,由此可以为人工影响天气作业效果检验提供依据。     

杭州大雪的成因和预报指标分析

为了提高大雪天气的预报准确率,利用2008—2018年冬季美国国家环境预报中心( National Center of Environmental Prediction,NCEP) 1° × 1°逐6 h再分析资料、NCEP/NCAR再分析资料以及常规气象观测和降雪加密观测资料。挑选出杭州地区9次典型的大雪天气过程,从大尺度环流背景和水汽、动力以及热力因子等物理量场结构方面展开研究,同时与多年冬季平均的相关特征进行了比较分析,最终给出了杭州典型大雪天气发生时的概念模型和预报指标,大致概括如下:首先需要具备能够产生降雪的大尺度环流背景,其次,需满足大雪产生的水汽和动力等具体物理量条件,最后,必须达到特定的温度和厚度指标条件。该大雪预报模型可为杭州开展的精细化业务预报提供参考依据。     

GSI同化GPS可降水量对四川盆地不同类型降水模拟影响

 选取四川盆地金沙江下游对流性降水个例（记为CR_2013）和稳定性降水个例（记为SR_2015），利用格点统计插值分析系统（GSI）同化全球定位系统（GPS）大气可降水量（PWV）资料，并结合天气研究与预报模式（WRF）对2次不同类型降水过程的初始场和模拟降水进行同化效果对比分析。结果表明，降水发生前，四川盆地已有较多水汽积聚，水汽分布东多西少，2个降水个例的强降水中心分别位于南侧和北侧的GPS水汽梯度带上。同化GPSPWV资料在改善初始湿度场的同时对初始温度场和风场也有不同程度的改善。控制实验的降水大小和分布总体都与实况较相似，但存在局部模拟偏强的情况。同化GPS-PWV对降水模拟的改进作用明显：CR_2013模拟的强降水中心范围与实况更接近，而SR_2015则明显减弱了虚假降水中心的强度和范围。降水调整最显著的区域与实况降水中心一致，都在GPS水汽梯度带上。同化GPS-PWV能持续影响模拟的累积降水，对流性降水调整幅度要高于稳定性降水。     

GPS水汽监测的研究进展

随着地基GPS技术日益完善以及GPS气象学研究的迅速发展,地基GPS探测技术已经成为一种有效的大气水汽探测手段,可提供高精度、高容量、快速变化的水汽信息。因此,GPS水汽监测技术在国内气象部门得到极大重视,通过多种方式建立起不少局域地基GPS观测网。本文介绍了地基GPS水汽反演原理,分析了国内地基GPS水汽监测的应用,展望了GPS水汽监测的发展及潜在应用。     

GPS探空和飞机探测在2009年春季张家口地区一次降水过程分析中的应用

利用Vaisala RS-92型GPS探空仪加密探测和飞机云物理探测资料, 对2009年春季张家口地区一次层积云降水过程进行了研究。从准饱和区、位势不稳定区以及风场的演变等方面探讨了降水的宏观天气学特征; 从水汽输送、水汽总含量变化, 各高度水汽分布等方面分析了降水的水汽变化特征。同时, 对GPS探空和飞机探测结果进行了对比分析。     

2008年7月5日黑龙江暴雨预报落区订正诊断分析

利用常规观测资料和NCEP再分析资料,对黑龙江省2008年7月5日暴雨天气过程发生前期的水汽和能量条件进行了分析,并对暴雨过程中水汽条件和冷空气的作用进行了诊断分析。结果表明,暴雨发生前期水汽通量高值区和高能量区对订正暴雨预报落区有一定的指导意义,高低空冷空气的到达时间不同步,是这次降水过程中无强对流天气出现的主要原因,干冷空气的侵入影响了蒙古气旋和华北气旋的完全合并和连接,阻断水汽和能量的输送。     

西藏南部地区区域性暴雪天气过程诊断分析

文章利用常规的高低空气象观测资料、T639数值预报产品以及卫星云图产品,对2013年2月16~18日西藏南部区域性暴雪天气过程的环流背景、水汽条件及动力条件进行了诊断分析。结果表明:此次西藏南部区域性暴雪天气是由南支槽前西南风风速辐合,输送暖湿水汽上青藏高原,以及北支槽分裂的短波槽南下共同作用的结果。物理量诊断分析表明,区域性暴雪过程期间,水汽通量、水汽通量散度场、散度场、涡度场和垂直运动场都反映出西藏南部边缘存在大量水汽输送和水汽辐合,上升运动较强,有利于暴雪天气的形成。     

2010年7月一次影响陕西的灾害性暴雨过程分析

应用气象信息综合分析处理系统（MICPAS）站点降水资料、NCEP/NCAR1°×1°再分析资料、欧洲中期天气预报中心（ECMWF）以及日本（JAPAN）数值预报模式产品,对2010年7月22日至24日发生在陕西的暴雨天气过程的大尺度环流特征进行分析,并对此过程中的模式预报的主要天气系统和降水量进行检验分析和评估。结果表明,位于陕西的低涡中心在北部高压坝和东部副高环流的包围下,加之低空西南气流配合,有利于其气旋性环流的长时间维持,而不是很快的减弱消失。从北部湾至陕西地区的水汽输送大值带为暴雨发生提供了有利的水汽供应。ECMWF模式对此次暴雨过程的500hPa背景场有较好的稳定性和预报能力。JAPAN数值预报模式在降水发生及结束时间的预报效果显著,但在降水落区及量级的准确预报上有所欠缺。     

GPS掩星折射率的一维变分同化

为了探索GPS掩星观测资料在数值预报模式中的同化应用，利用GPS掩星折射率的一维变分同化技术，将MM5模式输出结果作为背景场，以GPS掩星折射率作为观测值来进行一维变分同化。将同化反演后得到的气压、温度、水汽压廓线与德国地学研究中心（GFZ）公布的气象观测资料进行了对比和分析，得到了较好的比较效果。证实了GPS掩星资料的合理同化对数值预报可进行有效的改进，并提出了下一步的同化方向。     

东疆北部巴里坤一次暴雨天气过程分析

利用常规天气资料、数值预报产品和红外云图,对2005年6月2日至4日发生在东疆北部巴里坤的暴雨天气进行了分析。中亚低槽是暴雨的影响系统,水汽向暴雨区的输送和辐合、对流层较强的上升运动,为暴雨产生提供了动力和热力条件,暴雨主要由强对流天气造成。     

对2006年山西省一次暴雪过程的分析研究

2006年4月11-12日,山西省出现了历史上罕见的暴雪天气.通过对此次暴雪天气的大尺度环流形势场和主要影响系统进行分析,并对水汽条件、动力条件等物理量特征进行剖析,从而了解和掌握了暴雪的成因和规律.对暴雪预报和防灾减灾起到了积极的作用.     

贵州高速公路大雾分布特征及预报指标探讨

利用2016—2017年气象站逐小时观测资料,分析了贵州高速公路大雾分布特征,筛选了9次典型大雾天气过程,分析锋面大雾和辐射大雾形成机理,探讨贵州高速公路大雾预报指标。结果表明:贵州高速公路大雾分布极不均匀,具有显著的地域性特点,沪昆高速玉屏县附近和普安县附近、兰海高速息烽县附近、贵遵复线开阳境内、杭瑞高速大方县附近是大雾最频发中心。锋面大雾的形成和维持与静止锋云系发展、锋面系统东西摆动、低空水汽持续辐合、锋面逆温维持等因素有关。辐射大雾的形成维持主要与冷高压影响、辐射降温作用、近地面水汽条件等因素有关。从大气环流形势、静止锋变化趋势、大气层结状况、水汽和动力条件、地面要素预报等方面总结了贵州高速公路大雾预报指标。