北京城市复杂下垫面条件下三种边界层测风资料对比

利用2016年8月28日至9月2日北京市朝阳区气象观测站激光测风雷达、风廓线雷达和GPS探空仪同步观测数据,对比分析三种测风仪在城市复杂下垫面条件下边界层不同高度处的测风性能。结果表明:(1)激光测风雷达与GPS探空仪测风结果具有较好一致性,风速、风向的相关系数分别为0. 66～0. 96、0. 71～0. 98,其中风速平均绝对误差小于2 m·s-1,风向误差在20°之内。(2)风廓线雷达资料的精度相对较差,与GPS探空仪的风速、风向相关系数分别为0. 66～0. 91、0. 55～0. 86,误差随高度呈现先减后增的垂直分布特征。其中,400～1000 m高度范围两种资料的吻合度最高,相关系数在0. 80以上,为仪器最佳测量范围;此外,风廓线雷达的风速整体高于GPS探空仪,两者最大偏差可达4 m·s-1左右,风向平均误差最大可达30°。(3) GPS探空仪的工作方式及测量结果也存在不足,一是观测频次较低,难以详细、精准地描述边界层风场结构的变化过程;二是当存在垂直风切变时,探测初期具有明显滞后性,由当前状态转变为真实的风场示踪物需要一定时间。     

北斗探空系统研发及其测风性能初步分析

高空气象观测是综合气象观测系统的重要组成部分,对天气预报、气候变化等业务科研具有重要的作用。基于北斗卫星导航系统研发了北斗探空仪及地面接收系统,目前试验样机生产已初步完成。北斗探空仪可采取单北斗、单GPS、北斗与GPS混合定位测风等3种测风模式,试验结果表明:北斗探空仪采用混合定位测速方式测风与GPS标准探空仪相比, 北向速度标准差为0.05 m·s-1,平均偏差为-0.05 m·s-1; 东向速度标准偏差为0.03 m·s-1, 平均偏差为-0.01 m·s-1; 高度标准偏差为6.88 m,平均偏差为7.48 m。北斗探空仪测风性能与GPS探空仪相当。     

L波段探空系统高空风平滑计算方法探讨

在分析现行业务L波段探空系统测风原理的基础上,提出改进高空测风数据的平滑计算方法.首先比较了业务分钟风与滑动平均风两种高空测风数据的平滑计算办法,并与GPS RS92测风数据进行了对比分析和批统计处理,特别是对业务L波段雷达在1～21、22～42和43分钟及以后采取不同的时间隔计算风的规定给出了分时段以及低仰角、远距离和小风速的统计分析.结果显示,滑动平均法在选取合适的滑动平均窗口的条件下,其计算的高空风与GPS RS92测风结果一致性更好且动态误差小.建议未来改进业务L波段探空系统的高空风平滑计算方法时,采用窗口为1分钟的滑动平均方式或者前20分钟采用30秒,以后采用1分钟的分段滑动平均方法.     

边界层风廓线雷达测风精度分析

利用CLC-11-D型边界层风廓线雷达的5波束观测数据,对比分析了晴空、稳定性降水和对流性降水等不同类型气象条件下边界层风廓线雷达测风的准确性,并对2016年3月1日—2017年2月28日共计7300时次的晴空观测资料进行了测风质量评估,得出结论如下:在晴空条件下大气均匀稳定,水平风速和风向测量精度要优于稳定性降水和对流性降水天气,降水出现前后环境大气扰动较大是导致稳定性降水和对流性降水天气下测风精度较差的原因;150 m以下近地层高度的测风质量较差,与地杂波干扰较强有关;夏季有效探测高度最高可达6300 m左右,春秋季有效探测高度比较接近,分别为2000 m和2500 m左右,冬季有效探测高度最低,仅为1100 m左右;4个季节测风质量评估达标高度分别为900、4000、2200 m和1100 m,大气环境的湿度条件和水平风速、风向标准差的波动是影响测风质量评估的重要因素。     

江西省山地风场风速订正方法研究

利用气象站、探空及NASA再分析资料,对江西省4县山地风场的12座测风塔风速进行订正研究。研究结果表明:测风塔与气象站风速数据相关性较低,相关系数一般远小于0.45;测风塔与探空资料的风速相关系数可达到0.6以上,最高可达到0.8;NASA再分析资料可以作为江西山地风场风速订正参证数据,其与测风塔风速数据相关性较高,相关系数可达到0.54～0.77,大多数测风塔相关系数可达0.7左右。海拔高度小于1000 m的测风塔与NASA 50 m风速的相关系数明显高于其与NASA 850 hPa风速的相关系数,高度为1000—1200 m的测风塔与NASA 50 m风速和与NASA 850 hPa风速的相关系数相差不明显,高度大于1200 m的测风塔与NASA 850 hPa风速的相关系数明显大于其与NASA 50 m风速的相关系数。比值法订正效果略好于线性回归法的,订正后的风功率密度总体偏大。     

GPS技术在气象探空测风中的应用

针对现有气象探空测风系统存在的问题,在研究GPS定位原理及其数据交换协议的基础上,将GPS技术引入气象探空测风领域。设计实现了基于GPS定位技术的探空测风系统,并着重论述了系统采用的数据编码方式和纠错校验方法。系统预留了温度、湿度和压力信息的采集接口,具有较好的扩展性。在实际放飞试验中证明,该系统设计可行,运行可靠。     

利用GPS定位资料分析L波段雷达测风性能

新研制的GPS探空仪是在我国高空站网上普遍使用的L波段雷达-数字探空仪系统中增加GPS定位模块,高空风数据不但可以通过GPS定位数据计算获得,同时还可以通过L波段雷达单测风方式进行计算,这样使其自身获得了多方面的动态比对试验。通过对23份对比施放记录分析发现:在一般情况下,经过同等的适当滑动平滑后,从L波段雷达和GPS定位两个独立系统得出的高空风廓线基本一致,说明L波段雷达的测风精度基本可以达到GPS测风水平。但在探空仪上升到高空小风速区且远离测站时,雷达测风精度明显较GPS测风精度低,需要对原始数据进行更大范围的平滑。对照分析表明:目前高空站的L波段雷达观测业务还有较大发展潜力。     

GPS在高空气象探测中的应用

全球卫星定位系统 (简称ＧＰＳ) ,是美国国防部 90年代部署的新导航系统。ＧＰＳ利用 15 75ＭＨｚ及 12 2 6ＭＨｚ载波发送定位码信号 ,只要接收处理任何 4颗卫星信号就可以确定接收机在空间的位置。它的定位精度可达 10ｍ ,测风精度可达 0 .1～ 0 .2 5ｍ/ｓ。ＧＰＳ测风系统除有高精度外 ,还具有地面设备简单、自动化程度高、操作方便、故障低、耗电极少等优点。ＧＰＳ探空仪系统是指由ＧＰＳ探空仪和地面接收处理设备组成的系统。ＧＰＳ探空仪系统有多普勒ＧＰＳ探空仪系统和测距定位ＧＰＳ探空仪系统。1996年 3～ 4月中国气象局与芬兰Ｖ…     

SWT声雷达探测系统对大气边界层声回波信号的变换与检测

在SWT声雷达探测系统中,采用作者提出的检测声回波信号的跟踪滤波锁相方法(PLTF),提取Doppler频偏f_d的V-F-BCD变换和模块化设计,减小了锁相环(PLL)的失锁现象,改善了声雷达的测风精度,闭路同源标定结果表明SWT声雷达探测系统的测频精度优于0.1Hz,相当于测风精度可达λ/4/s(λ——发射声波长),由于环境噪声的干扰,将会使测风精度略有降低。     

701系列测风二次雷达同频干扰的判断方法及对策

随着无线电通信事业的迅猛发展,频率资源日趋紧张,信号间相互干扰也愈加严重。300～1000MHz的特高频段以其环境噪声电平小、通信质量高等优点,成为无线电通信常用频段。我国701系列测风二次雷达因其工作在特高频段、频带较宽（395～405MHz）而成为易受干扰的对象。我国西安、武汉等许多大城市高空气象探测站的测风雷达都曾受到过严重的同频干扰。对于这一现象,广大高空气象探测业务人员应当引起高度重视,在掌握同频干扰的判断方法的基础上,要积极寻找对策,切实保证探空气象资料的连续性。1同频干扰的判断方法701系列测风二次雷达有…     

二等皮托管测风误差分析及偏差模拟计算

皮托管是组成风速检定装置的主要计量标准设备,其测量精度对检定质量具有重要影响.从皮托管测风原理出发,详细介绍了影响皮托管测风误差的相关因素,模拟计算了各因素对风速测量产生的影响,分析了影响皮托管测风误差的主要因子.结果表明：温度和阻塞系数是影响二等皮托管测风误差的主要因素.当环境温度偏差为±8℃时,可引起二等皮托管风速测量误差为干0.44 m/s（v=30 m/s）.当阻塞修正系数偏差±0.02时,可引起二等皮托管风速测量误差±o.6 m/s（v=30 m/s）;皮托管系数、大气压力和湿度经修正后对二等皮托管测风精度影响相对较小.     

L波段高空气象探测系统测风算法改进探讨

对我国高空气象观测业务中的平均风计算方法及其存在的问题进行了分析和探讨,提出了完全采用矢量平均风算法来求取高空规定层风的业务流程改进方案;用锡林浩特站和阳江站同球施放的RS92GPS探空仪与L波段雷达-GTS1探空仪的对比观测数据集,对20~200s时间窗口下的各种矢量平均风计算方案及其规定风层计算结果进行了分析比对,提出未来改进的L波段高空气象观测系统可以测试使用时间窗口为30~45s的矢量平均风、使得计算风层达到每150~350m高程一个,以便进一步提高与GPS测风结果的一致性、更好地满足预报服务部门对高空风垂直分辨率的应用需求。     

微型探空飞机解析测风方法

介绍一种利用微型无人驾驶飞机为探测平台,GPS接收机为测量装置的解析测风方法。它基于飞机盘旋飞行与大气运动有十分显著的差别,建立运动方程组,用解析的方法求算大气运动。理论分析和与小球及雷达测风的比较都表明,解析测风方法是一种精度较高的测风方法。     

西昌发射场L波段雷达、风廓线雷达与GPS测风对比分析

对西昌发射场L波段雷达、风廓线雷达和GPS测风数据进行对比分析,对不同季节、不同风速条件、不同高度下的风向和风速数据进行相关性分析,结果表明:发射场干季风速数据相关性较高,风向数据相关性较低,雨季风速数据相关性较低,风向数据相关性较高;随风速变大,L波段雷达和GPS测风的数据相关性越来越高,二者与风廓线雷达测风数据的相关性明显变低;在各高度层风向相关性均较高,在低层风速相关性较低,在中高层风速相关性较高。      

青藏高原纳木错湖区大气边界层结构分析

利用2007年8月8~19日期间系留气球低探空和GPS无线电探空资料,分析了纳木错湖区大气边界层高度、风、温、湿等要素的垂直结构。结果表明:纳木错湖的冷湖效应推迟了边界层湍流混合及对流边界层出现的时间,边界层高度日变化非常明显,对流边界层高度最高可达1750 m;在晴天条件下,边界层内湖陆风日变化非常明显,湖陆风控制范围常超过边界层高度,可达对流层中部;边界层内比湿变化呈V型变化,白天减小,夜间增大,早晨08:00出现峰值。     

东莞风能资源的评估及开发利用

根据气象观测站、梯度测风塔、自动气象站的测风资料和国家相关标准,采用风玫瑰图、幂指数法等,对东莞市风能资源的时空变化进行了研究.结果表明:10 m高度年平均风速为2.0 m/s,年平均主导风向为东风.风随高度的垂直切变指数为0.151,70 m高度(风机轮毂高度)年平均风速为2.03～4.67 m/s,年平均风功率密度...     

VAISALA探空技术及中国探空技术的发展

VAISALA公司推出的数字化探空仪RS92标志着VAISALA探空技术有了全新的发展,探空系统和探空仪完全实现数字化.RS92采用了数字技术,在提高测量精度、提高信息传输的抗干扰能力上都将获益.RS92的发射机占用带宽大约是RS80的十分之一.测风采用GPS扩频技术,大幅度提高测风数据获取率.温、压、湿传感器都有明显改进.中国探空技术要加强传感器和探空仪传感器测量手段的发展.     

导航测风

导航测风是近几年发展起来的一种新的测风体制。在探空仪上附加一个简单的接收机,用来接收远程或超远程无线电导航信号,并将接收到的导航信号调制在探空仪的特高频发射机上,连同探空信息一起传送至探空站。在探空站上,根据陆续收到的导航信号,获知不同时刻探空仪位置的信息,并用以算出风向风速。导航测风方式与雷达跟踪的方式相比,精度大体相同,但天线系统大大简化了,用于行动中的舰船测风,尤为有利。一、基本原理采用导航测风方式时,在探空站上并不需要发射任何信号,也不需要单独建设导航信号     

机载多普勒激光测风雷达风场反演研究

中国科学院上海光学精密机械研究所研制出机载全固态多普勒激光测风雷达,并成功进行了试验飞行。本文介绍了机载多普勒激光测风雷达的基本参数和探测三维风场的工作原理,并对利用激光回波信号和机载辅助数据反演三维风场的详细算法进行了研究,获得了3 000 m以下高度具有较高精度的三维风场,同时用经纬仪气球测风法进行了对比验证实验,验证了机载多普勒激光测风雷达测量数据的准确性。     

基于北斗一号的高空风探测方法研究

我国自2000年建立北斗一号导航系统,2003年开放民用,北斗系统在气象领域的应用广受关注。分析研究北斗一号应用于高空风探测的可行性并进行了试验和验证。利用探空仪实时探测的高精度温、压、湿数据,实时确定探空仪高度,注入北斗定位单元,通过无源定位方式确定探空仪位置,获取计算层风。通过与GPS测风系统进行双施放比对,风速偏差约为0.5m/s,初步满足业务应用要求。