露、霜自动化观测的研究

在地面气象观测业务中通常采用人工观测的方式来判断结露、结霜现象的发生,人工观测主观性强,观测频次少,工作效率低,不能全面、连续反映结露、结霜过程的特征。本文介绍了一种结露、结霜自动化观测装置,装置工作原理是电容传感器在高湿和低湿情况下电容变化较大,通过测量电容变化引起的频率变化,然后由识别软件来判断结露现象的发生,再结合温度信息以及结冰信息就可以判断结霜现象的发生,从而实现了结露、结霜的自动化观测。通过大量的结露、结霜的对比试验表明露、霜自动化观测装置能够比较准确地识别结露、结霜过程的发生,能够推广到台站业务使用。     

露、霜、结冰天气现象综合判别

通过自动气象站的连续观测资料,结合人工观测的天气现象,根据露、霜、结冰的成因筛选出符合条件的基本指标作为综合判据。选取气温、相对湿度、地面温度、草面温度和近地面温度作为主要因子,综合考虑降水和天气状况对这些天气现象形成的影响。采用两个气象观测站的分钟观测资料以及人工观测天气现象记录进行统计分析。经过初选因子和精选指标,利用多要素的组合方法,提炼出自然状态下出现露、霜、结冰现象的综合判别指标,获得了较好效果,拟合率在80%以上。为进一步认识这些天气现象的发生和变化规律提供参考,也能为天气现象观测自动化提供依据。     

中国结冰现象序列的建立及气候变化分析北大核心CSCD

基于全国2 400余个国家级地面站1954 2015年观测的天气现象提取得到结冰现象序列,进行了气象要素内部一致性检查,特别是对中国1981年前部分台站由于简化观测任务不记录结冰现象,和部分台站漏记该现象的情况进行了检测和质控。结果表明,1954 1979年间共有662个台站累计6 328年实际未观测和记录结冰现象,1981年前有839个台站累计1 453年存在明显漏记结冰现象情况。基于质控后数据统计表明,1961 2015年全国年结冰日数呈减少趋势,约为-1.5 d·(10a)^(-1)。基于我国35°N以北708个地面台站,统计了1971 2015年结冰期变化。北方平均结冰期为149天,且呈现下降趋势,约为-2.1 d·(10a)^(-1)。288站结冰期显著减少,且155个台站的结冰起始日期推迟,141个台站的结冰终止日期提前。     

气温0℃时怎样及时观测结冰

气温在 0℃时 ,可能会在小水体中形成微薄冰层 ,而在大型蒸发器水体中却不易形成。过去观测结冰时把小型蒸发器内水体是否结冰作为记录标准之一 ,现在基本站 3月 1日～ 1 0月 31日使用大型蒸发器 ,终止使用小型蒸发器 ,若 3月和 1 0月份撤走小型蒸发器 ,而附近又无小水体供观测结冰现象 ,可能漏测结冰。因此 ,建议 3月和 1 0月份暂不撤走小型蒸发器 ,以备气温降到 0℃时观测记录结冰时使用。气温0℃时怎样及时观测结冰@王梅娟$卢氏县气象局!河南卢氏472200     

记录结冰的依据分析

笔者在多年报表预审工作中发现 ,每到秋末冬初及冬末春初时 ,结冰的记录就会不规律 ,甚至出现漏记或多记现象。笔者把造成这一现象的原因作以下分析 ,供测报人员参考。1　概念不清《地面气象观测规范》中结冰的定义为 :露天水面 (包括蒸发器 )冻结成冰。对此有人理解为 :只有水冻结成冰 ,才能记结冰 ;冰在溶化过程中 ,则不能记结冰。笔者认为此两种情况现象栏均应记结冰。2　与温度挂钩的模式化记录有这种概念的人认为 ,只要气温或地面温度在 0℃以下 ,就应记结冰 ,反之则不记。众所周知 ,水的冰点为 0℃ ,但很多时候温度在0℃以下时 ,水面…     

观测中结冰漏记或多记现象分析

结冰出现漏记或多记现象 ,有多种原因。首先是概念不清。《地面气象观测规范》中结冰的定义为 :露天水面 (包括蒸发器 )冻结成冰。对此有人理解为 :只有水冻结成冰 ,才能记结冰 ;冰在熔化过程中 ,则不能记结冰。笔者认为此两种情况现象栏均应记结冰。其次 ,有人认为气温或地温在 0℃以下 ,就应记结冰 ,反之则不记。在标准大气压下 ,水的冰点为 0℃ ,但很多时候气温在 0℃以下时 ,由于水的热容量大 ,水面温度却在 0℃以上 ,水面无结冰现象 ,此时记录结冰显然与事实相悖。而温度在 0℃以上 ,以前冻结的冰还没有化完时 ,现象栏不做记载也不合适…     

高压输电线路导线结冰及自动化观测方法分析

简述了目前导线结冰气象观测的情况,分析贵州电力部门现用输电线路的导线情况及结冰灾害对输电线路的影响,提出了对高压输电线路导线开展自动化观测的技术思路,指出了建设目标和作用。     

湿球结冰与结冰现象

在冬季观测中 ,天气现象栏记结冰现象而湿球溶冰后未结冰的情况常见 ,天气现象栏未记结冰而湿球溶冰后却结冰的情况倒是不多。例如 :焦作站 1 999年 2月 1 8日 1 4时干球温度为 5 .4℃ ,湿球温度为- 0 .2℃ ,风速较大 ,但当日的天气现象栏无结冰符号。接班员认为 ,既然湿球已结冰 ,该日天气现象栏就应该记结冰现象符号。后经讨论分析 ,认为天气现象栏不应该记结冰现象符号。理由是 :①湿球结冰与结冰现象 ,反映的意义不同。前者是指湿球经过溶冰后 ,水分蒸发耗热 ,湿球温度降低而使纱布结冰 ,反映了湿球水分蒸发的情况 ;后者是指露天水面 (…     

内蒙古高等级公路道路结冰预报方法初探

利用1990—2007年内蒙古高等级公路包头—兴和段4个气象站监测的结冰和积雪资料,分析得出可能发生道路结冰的天气气候背景。并利用1990—2000年包头—兴和段可能发生道路结冰现象的降水天气过程的气象资料,总结出6种天气环流概念模型,为预报内蒙古高等级公路道路结冰提供参考。     

北京地区高速公路道面结冰特征及气象条件

通过对2007—2010年北京市气象局交通气象监测站所采集的数据进行分析,研究了北京市高速公路道面结冰特征及气象条件。结果表明:北京市的道面结冰主要出现在西北部和城市环线高速公路;结冰次数年际变化显著,且同降水和气温之间关系密切。除此之外,北京地区高速公路内、外车道的结冰时刻均存在显著日变化,80%以上的结冰事件发生在20:00(北京时,下同) 到08:00之间,又以发生在后半夜为主,且前半夜结冰的持续时间明显长于后半夜。发生降雪结冰的气象条件:道面温度和气温均低于0℃,且道面温度略高于气温,环境风速较小,一般低于4 m·s-1。     

基于模糊逻辑的飞机积冰预测指数

使用北京人工影响天气办公室提供的2014-2017年京津冀地区飞行记录积冰个例样本与机载观测数据,2016年全国空中报告积冰、非积冰个例样本和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）第5代全球气候大气再分析数据（ERA5）,基于模糊逻辑隶属度函数,定义了以气温和相对湿度为判别基础并考虑垂直速度和云量影响的积冰指数I_p（icing potential index）,用于判断飞机在空中发生积冰事件的可能性。检验结果表明:该指数对积冰事件的判别准确率为80.2%,与目前国内常用的经典积冰指数（I_c）相比,其判别准确率有明显提升,且漏报率和虚警率均显著降低（分别为9.4%和10.4%）,结合数值预报产品可对飞机在空中特定位置发生积冰事件的可能性进行预测。     

电线积冰及路面温度研究的新进展

2009年起,研究组开展了电线积冰野外观测试验及道路结冰规律的观测研究,将电线积冰观测研究从传统的积冰气象条件和积冰厚度观测提升到了积冰气象条件、积冰厚度加积冰天气云降水微物理综合观测研究的新高度,揭示了积冰发生的微物理机制,研究积冰增长率及其影响因子,建立的积冰增长模型较好地模拟了积冰增长过程。对沥青、水泥、土壤三种下垫面温度进行了观测研究,观测高速公路和桥梁不同路基深度的温度变化,并对桥面比路面更易结冰的现象从能量平衡方面做了理论解释。本文以作者团队取得的成果为主线,不求大而全,学习梳理相关的代表性研究成果,主要包括积冰发生频次的时空分布、积冰天气微物理特征、积冰增长率及其影响因子、积冰气象条件、积冰增长模型构建、道路结冰及积冰数值预报等几个方面,并对电线积冰未来的研究提出了建议。     

山西省不同重现期下电线覆冰厚度空间分布及区划

利用山西省18个积冰站电线积冰观测资料和91个气象站常规观测资料,采用逐步回归分析方法,针对不同气候区分别构建电线覆冰设计冰厚的气象估算模型,推算各站30 a、50 a、100 a重现期下的设计冰厚。在此基础上,结合DEM数据和电网运行覆冰观测资料,对设计冰厚进行地形订正和易冰区微地形运行经验修正,最终得到山西省电网电线覆冰厚度空间分布及区划结果。结果表明:(1)山西省电线覆冰的设计冰厚整体与气温、相对湿度、风速、水汽压等密切相关,其中高山区的设计冰厚还与降水量、日照时数关系密切,且受连续3 d的气象条件影响,而丘陵和平原区则与当日和前一日或前二日的气象条件密切相关;(2)构建的分区设计冰厚气象估算模型对各气候区的覆冰厚度模拟效果较好,估算偏差五台山前约2 mm,其余地区小于1.2 mm;(3)地形订正后的结果更为合理地反映山西省各重现期下电线覆冰厚度的空间特征,即覆冰厚度随纬度降低而减小,中、重冰区主要分布在恒山、五台山、管涔山、吕梁山、太岳山和太行山等高海拔地区,而沿黄河一带和盆地为轻冰区,且盆地覆冰最轻;(4)易覆冰区经运行经验修正后,其覆冰厚度能够更加精确表达局部微地形区覆冰真实情况,这对电力部门具有实际参考价值。     

基于雾条件下能见度估算的导线覆冰气象模型

在总结分析导线覆冰模型理论框架及其影响导线覆冰增长强度的主要气象因子的基础上,根据四川省二郎山观冰站2006年1月—2009年3月的覆冰观测资料和同期常规气象资料,分析发现覆冰密度仅与气温相关显著,运用非线性回归分析建立了导线覆冰密度模型;利用能见度与液态水含量的转换关系估算了空气中的液态水含量及其输送指标,在此基础上建立了一个以气温、风速等常规气象观测要素为参数的导线覆冰模型,以便于工程应用。对模型拟合结果进行分析,实测冰厚和拟合冰厚之间的相关系数为0.8340,拟合冰厚的均方根误差为28.61 mm。     

Observational Study on the Supercooled Fog Droplet Spectrum Distribution and Icing Accumulation Mechanism in Lushan,Southeast China

A fog monitor, hotplate total precipitation sensor, weather identifier and visibility sensor, ultrasonic wind speed meter,an icing gradient observation frame, and an automated weather station were involved in the observations at the Lushan Meteorological Bureau of Jiangxi Province, China. In this study, for the icing process under a cold surge from 20–25 January2016, the duration, frequency, and spectrum distribution of agglomerate fog were analyzed. The effects of rain, snow, and supercooled fog on icing growth were studied and the icing and meteorological conditions at two heights(10 m and 1.5 m)were compared. There were 218 agglomerate fogs in this icing process, of which agglomerate fogs with durations less than and greater than 10 min accounted for 91.3% and 8.7%, respectively. The average time interval was 10.3 min. The fog droplet number concentration for sizes 2–15 μm and 30–50 μm increased during rainfall, and that for 2–27 μm decreased during snowfall. Icing grew rapidly(1.3 mm h-1) in the freezing rain phase but slowly(0.1 mm h-1) during the dry snow phase. Intensive supercooled fog, lower temperatures and increased wind speed all favored icing growth during dry snow(0.5 mm h-1). There were significant differences in the thickness, duration, density, and growth mechanism of icing at the heights of 10 m and 1.5 m. Differences in temperature and wind speed between the two heights were the main reasons for the differences in icing conditions, which indicated that icing was strongly affected by height.     

辽宁电线覆冰日数气候特征与大气环流异常的关系

利用1980—2019年辽宁地区11个有电线覆冰观测项目的气象站资料、NCEP再分析资料和Hadley海温资料,分析辽宁电线覆冰日的气候特征以及利于覆冰发生的环流特征和影响因素。结果表明：辽宁电线覆冰现象出现次数存在三个高值地区,分别为辽宁北部地区、辽东山区和辽宁中西部沿海地区。辽宁电线覆冰主要发生在10月至翌年4月,1980—2019年辽宁电线覆冰日数呈显著减少趋势。电线覆冰日数具有显著的年际变化周期,主要的年际变化周期为5—7 a,近40 a年际振荡能量经历了3次增强—减弱的变化。辽宁覆冰高指数年与低指数年秋季9—11月SST距平之差表现为El Nino型分布。覆冰日数异常偏多年,太平洋海温呈现El Nino型,西北太平洋海表温度整体偏冷,日本海区海表温度存在明显负异常;同时大陆上贝加尔湖上空存在高压中心,北半球亚洲地区纬向为“北高南低”的形式,冬季风偏强,冷空气南下频繁。辽宁受到贝加尔湖异常反气旋环流东南侧东北气流控制,鄂霍茨克海上空存在弱反气旋环流,导致日本海上空有异常东风,当南下冷空气与东侧日本海输送的偏冷水汽交汇,容易导致温度较冷的大雾,引发雾凇现象,过冷水汽在电线上凝结,导致电线覆冰现象的发生。     

飞机积冰预报算法对比及其集成预报模型研究

以人工增雨作业获取的飞机积冰实例资料为基础,利用WRF模式对51次飞机积冰过程进行数值模拟,对比分析了常用七种积冰预报算法对积冰潜势区和强度的预报效果,进而采用评分权重集成法建立了飞机积冰强度集成预报模型,并检验了其预报效果。结果表明:(1)假霜点温度经验法对2002年4月4日积冰个例的预报效果与实况一致,而其他积冰算法预报效果均与实况相差较大;(2)对51次飞机积冰预报效果进行统计检验发现,假霜点温度经验法的预报效果最好,积冰强度预报准确率为72.55%,其次是RAOB法,IC指数法和I积冰指数法次之,改进的IC指数法预报准确率最差,只有19.61%;(3)对比不同积冰算法建立的集成预报模型的预报效果发现,选用IC指数法、假霜点温度经验法、RAOB法进行集成预报时,预报准确率最高,且漏报率、偏弱率及偏强率均能控制在10%以内,比单一预报算法中的最高预报准确率提高了8%,且漏报率降低了4%,偏强率降低了8%。     

飞机空中积冰的气象条件分析及数值预报试验

利用2000年3月至2005年6月山东飞机增雨作业季节,90架次飞机宏观观测资料,对飞机积冰的气象条件和积冰特征进行了分析;并利用PSU/NCAR MM5非静力数值模式,对2005年5月16日增雨作业过程进行了个例研究,在模式准确地预测出了降水的发展趋势和降水范围的基础上,用模式预报场计算的积冰指数和实际飞行观测资料进行了对比试验。结果表明,地面倒槽和冷锋,是山东飞机增雨作业季节的主要作业天气;低压倒槽出现轻度及中度以上积冰所占的比率最大,但南方气旋出现积冰的概率最高,达53.3%;MM5模式预报场计算的积冰指数和垂直上升运动场的叠加,能较好地反映最可能发生积冰的区域、时间及积冰强度,可作为确定飞机增雨作业安全飞行航线的依据。     

湖南电线覆冰厚度估算模型研究

基于湖南省97个地面气象观测站（其中28个站有电线积冰观测业务）自建站至2008年的日气象观测资料,雪峰山、东山峰高山站的部分电线积冰观测资料,NCEP/NCAR再分析资料及地理信息资料,开展了气象要素、温度垂直结构、地理信息等环境因子对电线覆冰厚度的影响分析;利用逐步回归方法建立了电线覆冰厚度与环境因子的回归模型;在对回归模型进行统计检验的基础上,开展了自建模型与其他两种相关模型的比对分析。检验及比对结果表明,自建模型具有可用性。