对流层风廓线雷达资料质量分析

为了检验对流层风廓线雷达观测数据的准确性,利用2014年6-7月咸宁的对流层风廓线雷达和GPS移动探空资料,以GPS探空观测值为参考,对对流层风廓线雷达的观测质量进行对比分析,定义两者风向偏差在15°以内或风速偏差在3m/s以下的样本为有效样本,通过比较有效样本占总样本数的比值来判断风向和风速数据的质量。结果表明:降水量对风场影响不明显,风速和风向有效样本数的变化不同,比较时段内,风向数据的质量优于风速,降水提高了风向数据的质量;1~10km高度,风向数据的质量较好,而降水将提高该数据的质量;8km高度以下,风速数据的质量较好,降水对该数据的质量起反效果。总体来说,除近地层(1km以下)外,风速值越大,风向数据的质量越好,降水对高层风向数据的质量有正贡献。     

COSMIC掩星反演数据质量分析

利用2007—2010年的中国探空资料评估GPS掩星探测系统COSMIC(constellation observing system formeteorology,ionosphere,and climate)反演产品,对比数据在空间上限定掩星事件发生地和探空站的水平距离在100 km以内,在时间上相差不超过1小时,对比高度范围为925~10 hPa。对比结果表明,COSMIC反演大气温度略低于探空仪测量值,平均绝对偏差为0.08 K,标准差为1.67 K。两者水汽资料在200 hPa以上高度有系统性偏差;在200 hPa以下,比湿的平均偏差约为+0.080 g/kg,标准差为0.692 g/kg,水汽压平均相对误差约为+69.6%,标准差为160.0%,水汽压存在极端低值的异常情况。通过对全球不同区域6种探空仪的对比,COSMIC反演产品在700 hPa以下高度显著受背景场影响,由于背景场误差随区域改变,因此,只有在精度要求不高的情况下,COSMIC反演产品才适合用于评估其他资料。     

COSMIC掩星反演数据质量分析

利用2007?2010年的中国探空资料评估GPS掩星探测系统COSMIC (constellation observing system for meteorology, ionosphere, and climate)反演产品, 对比数据在空间上限定掩星事件发生地和探空站的水平距离在100 km以内, 在时间上相差不超过1小时, 对比高度范围为925~10 hPa。对比结果表明, COSMIC反演大气温度略低于探空仪测量值, 平均绝对偏差为?0.08 K, 标准差为1.67 K。两者水汽资料在200 hPa以上高度有系统性偏差; 在200 hPa以下, 比湿的平均偏差约为+0.080 g/kg, 标准差为0.692 g/kg, 水汽压平均相对误差约为+69.6%, 标准差为160.0%, 水汽压存在极端低值的异常情况。通过对全球不同区域6种探空仪的对 比, COSMIC反演产品在700 hPa以下高度显著受背景场影响, 由于背景场误差随区域改变, 因此, 只有在精度要求不高的情况下, COSMIC反演产品才适合用于评估其他资料。     

基于PSO-BP神经网络的探空湿度太阳辐射误差修正

采用计算流体动力学(CFD)软件仿真太阳辐射偏干误差可获得无线探空仪的湿度修正因子,提高了湿度廓线的精度,有助于提升天气预报、气候预测及气象灾害预报预警能力。但湿度修正因子存在明显的时空分布特性,采用CFD方法对每条湿度廓线进行修正计算量庞大。针对这一问题,以CFD软件仿真出典型气压、太阳辐射量和太阳高度角下的温度误差作为数据样本,通过粒子群优化(PSO)的BP神经网络构建预测模型,对探空湿度太阳辐射温度误差进行预测,并利用饱和水汽压逼近公式推算湿度测量的修正因子。研究结果表明,以南京探空站某一天的探空数据作为测试对象,CFD计算和PSO-BP预测的湿度测量太阳辐射误差吻合度较好,说明PSO-BP神经网络预测方法能够对湿度廓线的太阳辐射偏干误差进行有效修正,而且可显著提高修正效率。     

浅析L波段移动探空雷达探测常见注意事项

自2006年移动L波段探空雷达落户龙岩以来,成为首部民用探空雷达,雷达运行以来,承担每年的常规4-6月的高空探测业务和福建省内三个常规探空站的临时备份任务,7-9月的台风季还承担台风业务加密观测业务。2007-2009年承担华南暴雨野外试验观测任务,在暴雨野外试验观测任务期间,发挥了重要作用。通过近几年的连续观测,基本掌握了移动L波段探空雷达野外观测任务的基本流程和要求,也为移动探空雷达野外观测取得了宝贵的经验,本文从L波段移动探空雷达的出发准备、寻北仪使用、临时阵地选择、雷达检查、探空仪检查、电池浸泡、探空仪器装备、瞬间观测及数据输入、气球施放、旁瓣抓球判断、探空中途丢球、放球软件出现故障等非正常现象、问题入手,认真分析原因,从而找出一些解决问题的办法,为L波段移动探空雷达的野外观测积累一些经验,供相关台站参考。     

风廓线雷达测风和气球测风资料对比分析

在简述风廓线雷达及气球测风原理的基础上,把风廓线雷达探测资料与当地探空资料进行对比分析,发现风速风向一致性较好.利用大理风廓线资料与云南5部探空雷达资料对比发现,风廓线资料与丽江探空雷达资料最为接近,利用风廓线与丽江探空逐日U风、V风资料对比分析发现在700 hPa以上基本一致,说明风廓线雷达资料是可信的.     

基于微波辐射计的大气温湿廓线遥感探测

利用2010年1-6月甘肃省榆中站(52983)逐日的探空资料和兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)的地基微波辐射计反演资料,对榆中所在的半干旱地区大气的温度和相对湿度的垂直分布特征进行了分析.通过对比探空资料,讨论了微波辐射计的探测性能和反演效果,并对2013年1-3月微波辐射计反演的温度进行了偏差订正.结果表明微波辐射计反演资料与探空资料反映的温湿垂直分布趋势基本一致,温度的拟合效果优于相对湿度.近地层反演效果较好,温度的相关系数大于0.90,相对湿度的相关系数大于0.80,均通过了显著性水平为0.01的相关性检验.距地2~7km之间,微波辐射计反演的温度小于探空观测值,相对湿度大于探空观测值.温度订正效果显著,但仍存在一定的偏差.     

黔江城区大气环境质量与气象要素的关系研究

采用"十二五"期间黔江城区大气观测数据,结合多元统计分析方法,研究了气象因子与空气污染指数(API)及PM10,SO2,NO2的质量浓度变化特征关系.结果表明:气象因素对空气质量变化产生一定影响,降水对改善空气质量作用明显,日降水量为24mm时,API下降值达到最大,日降水量持续达到49mm以上时,净化作用减弱.气压、温度、湿度对API,PM10质量浓度影响较大;风向、风速对API、污染物质量浓度影响程度不大,风向在低风速区对空气质量变化产生一定影响.相关分析表明,降水对API,PM10的相关性分析具有统计学意义(p0.05),对SO2,NO2影响的相关性分析极具统计学意义(p0.01);气压、温度、湿度、风速、风向对API,PM10,SO2,NO2影响的相关性分析极具统计学意义(p0.01).因子分析表明,气压、温度、湿度、风速对黔江城区大气质量影响较为明显.     

基于江西省站点资料对智能网格实况分析产品的检验评估

利用江西省2019年3月～2020年2月气象站观测资料,在小时尺度上,对中国气象局下发的智能网格实况的2 m气温、湿度、风速、降水等多个气象要素产品进行检验评估.研究分析各类产品的数据误差及其时空变化规律,验证该产品在研究区的适用性.研究结果表明:2 m气温、相对湿度产品与站点观测较为一致,其相关系数均可达0.9以上,2 m气温均方根误差在1.0 ℃左右,准确率可达80%以上,相对湿度均方根误差小于10%,准确率可达90%以上.风速产品的数据精度较低,相比站点观测风速明显偏弱,70%站点的风向准确率小于50%,风向准确率仅为40%左右.降水产品能准确反映年内逐小时变化趋势,但存在一定程度低估,相关系数基本在0.8以上,平均误差为-0.1～0.1 mm·h^-1,平均绝对误差小于0.2 mm·h^-1.与站点观测相比,降水产品对强降水明显偏弱.地形对实况网格产品准确性有较大影响,产品误差在地形复杂山区中比在平原地区中明显偏大.总体上,2 m气温、相对湿度产品质量较高,基本可满足业务服务需求.风速产品及降水产品在大降水量级下的误差较大,与业务服务需求有一定差距.     

自动站与人工站相对湿度观测在不同气象条件下的对比分析

自2000年以来,相对湿度等常规气象要素的人工观测逐渐被自动观测所取代,为了了解两者具体的偏差情况,文章选取全国8个长期保留人工观测的国家基准站2007—2014年的相对湿度平行观测资料对其多年平均偏差、偏差标准差等进行了统计分析,并详细分析对比差值在不同气温、湿度及风速条件下的差异特征.研究发现,大多数站点的自动观测与人工观测相比,两者有一定的"系统偏差",相对湿度的自动观测存在偏干的现象,年平均在4%以内,但两者的稳定性较好.低温条件下,两种观测的对比差值最大,高温次之,中等温度条件下,二者之间的差值较小.相对湿度小于80%时,两者的差均为正,自动观测相对湿度偏干,整体差异不大,最大在7%左右.相对湿度35%时差异达到最大,之后该较大差值一直持续到90%左右,差异变化不明显,相对湿度达到95%以后差异明显减小甚至为负;风速对两种观测对比差值的影响比气温、相对湿度的影响小,随着风速的增加,两者之间的差异减小,整体差异基本以正值为主,人工观测的相对湿度值更大一些.     

泉州罕见大范围冰雹天气过程分析

利用常规观测资料、探空资料和ERA5再分析资料,对泉州市2020年5月6日大范围罕见冰雹天气过程进行分析和诊断.结果表明,本次冰雹是一次典型的高空冷平流强迫型强对流天气,在高空大槽后部西北急流控制下发生,位于地面热低压东侧,低层西南气流增暖增湿,上冷下暖,具备典型的斜压不稳定大气结构特征.沿海地区冷空气南下深入内陆地区...     

火箭下投式探空温度传感器设计

针对传统探空仪飞行高度难以突破至30～80 km的问题,设计了一种用于探测30～80 km高空大气环境的火箭下投式探空仪,包括一种以热电偶组成阵列的探空温度传感器,可降低高空太阳辐射引起的温度测量误差。首先,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)方法对不同尺寸的热电偶温度探头开展辐射误差数值求解研究。其次,利用CFD方法计算出表面涂覆了不同太阳辐射吸收率材料的热电偶探头的辐射误差,通过各个探头之间的辐射误差比值推算出环境温度。再次,利用支持向量机(support vector machine, SVM)算法对太阳辐射误差数值求解结果进行数据融合处理。最后,搭建低气压风洞、太阳模拟器实验平台,开展实验验证研究。实验结果表明,火箭下投式探空仪搭载的温度传感器的测量误差平均值为0.107℃,误差均方根为0.22℃。     

基于4种再分析资料的中国近海风速特征分析

基于4种高分辨率海面风场产品(CCMP、CFSR、ERA-interim和JRA55),探究1988—2015年期间中国近海风速的年际变化特征。通过将4种分析/再分析数据插值得到的10,m高度风速与中国近海海洋站和气象站风速观测资料进行比较,得出如下结论:(1)JRA55和ERA-int的风速相比CCMP和CFSR更接近实测值,CCMP和CFSR的风速差异较大,无法反映实际情况;(2)4种数据中JRA55的平均风速偏差(Bias)和均方根误差(RMSE)最小,分别为0.220ms-1和0.964ms-1,但4种数据整体差距不大;(3)Taylor综合统计分析发现在4种数据中,ERA再分析数据最接近于观测值,JRA55数据在中国近海风速代表性较好。     

ERA Interim再分析资料的云量可靠性分析——以太原和五寨为例

利用气象信息综合分析处理系统地面实况报文和欧洲中期天气预报中心再分析(ERA Interim)的4次/d总低云量资料,对比分析了再分析资料对太原和五寨总低云量的代表性.结果表明,太原和五寨不同观测时次总云量和低云量多年平均(2002年2月1日-2013年12月31日)观测值与ERA Interim再分析云量变化趋势较为一致,除02:00外, 08:00、14:00、20:00的ERA Interim再分析资料均偏低, ERA Interim低云量均低于观测值.总云量月平均值ERA Interim资料高于站点观测值,14:00偏差较大.太原和五寨不同观测时次总云量累积分布趋势整体较一致.太原和五寨总云量的相关系数在0.6以上, 08:00和14:00相关系数在0.7以上.低云量相关系数明显低于同时次的总云量相关系数,低云量不同月份不同时次的相关系数差异较大,总云量平均绝对误差相差不大;低云量平均绝对误差部分时次较大.     

地基微波辐射计反演温/湿度廓线的BP神经网络训练方案对比

为提高地基微波辐射计反演大气温/湿度廓线的精度,提出了一种直接利用高垂直分辨率探空资料与地基微波辐射计观测亮温训练反演温/湿度廓线BP神经网络方案.基于地基微波辐射计的观测特点,提出了一种基于微波辐射计地面观测资料和探空资料的观测亮温综合质量控制方案,利用质量控制后的观测亮温训练BP神经网络(OBS-BP),并与基于MonoRTM辐射传输模式模拟亮温训练BP神经网络(SIM-BP)的方法进行了对比.结果表明, OBS-BP反演温度廓线的均方根误差随高度逐渐增大,范围为0.62～2.81 K,偏差范围为-0.67～0.43 K,相关系数随高度的升高逐渐减小,变化范围为0.92～0.99;相对湿度廓线的均方根误差在0～4.75 km随高度升高而增大,在4.75 km以上随高度升高而减小,范围为8.21%～24.37%,偏差范围为-3.87%～4.54%,相关系数随高度升高逐渐减小,变化范围为0.13～0.94.将OBS-BP和SIM-BP反演高时间频次的温/湿度廓线的效果进行了对比,得出OBS-BP的反演结果能更好地反映对流层内大气温/湿度演变过程,相对于利用SIM-BP的反演结果, OBS-BP反演温/湿廓线在各个高度层上均优于SIM-BP,与探空资料具有更好的一致性,更适用于实际观测中地基微波辐射计温/湿度廓线的反演.     

探空温度传感器的动态性能分析

为了研究探空温度传感器的动态性能,提出利用计算流体动力学(CFD)方法分析探空温度传感器从地面到32 km高空不同气压和不同上升速度条件下的热响应时间常数;并利用该方法对不同海拔高度下温度传感器的气流温度阶跃响应特性进行分析。仿真结果表明,探空温度传感器的热响应时间常数与海拔高度呈正相关,与探空仪上升速度呈反相关。通过拟合获得不同上升速度下,气流温度阶跃变化后的传感器温度变化与海拔高度、时间的函数关系。这种数值方法和分析结果对探空温度传感器的动态性能分析有潜在的指导意义。     

广汉机场一次阵风锋的诊断分析

利用机场自动观测系统数据、常规天气资料和雷达资料对2014年7月23日广汉机场的一次阵风锋天气过程进行诊断分析,结果表明：此次天气过程受台风登陆、副热带高压东退、冷空气南下的共同影响下,不稳定能量不断累积,在午后发生了阵风锋天气,温度骤降、风速增大、风向改变,形成低空风切变并引发雷暴发展,对飞行安全造成严重影响。     

欧洲中期天气预报中心第五代全球再分析土壤湿度资料在内蒙古的适用性评估

土壤湿度是研究陆-气耦合和陆面水循环过程中的重要参量,对大气环流、气候变化和干旱研究起着关键作用。由于土壤湿度观测资料较为缺乏,再分析土壤湿度资料在业务和研究扮演着重要角色。利用内蒙古自治区2018年5—10月37个气象台站逐日0～10 cm观测土壤湿度资料,对再分析[欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料(ERA5)、欧洲中期天气预报中心第四代再分析资料(ERA-Interim)、美国全球陆面数据同化系统(GLDAS2.1-NOAH)和基于多卫星反演融合的土壤湿度业务产品系统(SMOPS)]土壤湿度资料验证评估。结果表明:4种土壤湿度资料均可以模拟出内蒙古区域土壤湿度的空间分布,但在数值上普遍高估了土壤湿度;从内蒙古3个研究分区土壤湿度时间序列统计特征来看,ERA5和GLDAS2.1-NOAH优于ERA-Interim和SMOPS资料,但ERA5高估较多;相对于ERA-Interim土壤湿度资料,ERA5模拟的土壤湿度空间分布更为合理,时间相关系数最高,但均方根误差较大。由此可见,ERA5模拟能力优于ERA-Interim,且再分析土壤湿度资料普遍好于卫星融合土壤湿度SMOPS资料。     

平鲁县风能资源状况分析

通过对平鲁区近30年风观测资料的综合分析,发现平鲁区多年年平均的风速日变化范围在2.5m/s～5m/s之间,风速的日变化主要随太阳辐射的变化而变化,风速的大小受太阳辐射、下垫面和地形影响较大。指出平鲁区每年4月份的风速最大,3月份风速次大,全年风速最大的季节在春季,冬季次之,夏季风速最小;全年的风能主要是由西北偏西风和西风提供,这两个风向的风能占到总风能的72%;多年的年平均风速没有明显的增大或减少趋势。     

结合激光雷达评估常规探空资料反演青藏高原混合层高度的适用性

利用微脉冲激光雷达探测资料,采用梯度法获取那曲地区夏季的混合层高度序列及日最大混合层高度;利用每日两次(08:00和20:00)的探空资料结合地面最大位温,采用气块法得到雷达探测对应日期的日最大混合层高度(MMH)。通过对比从不同资料得到的MMH,发现08:00探空反演结果与激光雷达结果有较好的一致性(相关系数R为0.85,均方根误差RMSE为0.30 km,平均绝对误差MAE为0.25 km,并通过显著性水平为0.95的t检验);20:00探空反演结果则与激光雷达结果偏差相对较大(R为0.84,RMSE为0.67 km,MAE为0.54 km,未通过t检验)。分析产生偏差的原因发现,探空时刻的残余层、前期的天气变化过程以及对流泡活动或强卷夹过程引起的混合层高度时空变化等都可能是导致20:00高度结果与激光雷达结果不一致的原因,使得20:00探空资料不适合进行最大混合高度的反演。位温廓线的日变化特征也会影响反演结果的准确性,导致08:00探空结果偏高,但可以通过统计订正做修正。