冬季不同天空状况下三种日照测量仪器比较

利用林芝国家基准站冬季(2018年12月—2019年2月),CHP1型太阳直接辐射传感器、DFC2型光电式数字日照计、暗筒式日照计3种仪器,在不同天空状况下的测量值,分类进行对比分析。结果表明:3种仪器测量值对比绝对偏差和相对偏差,直接辐射传感器测量值在阴云、多云、晴天比暗筒式日照计低。从大到小的顺序为晴天阴云多云。DFC2型光电式数字日照计仅"晴天"测量值比暗筒式日照计高,其余则低。从大到小顺序为晴天多云阴云;3种仪器测量值可以相互替代,取消人工观测仪器后,日照资料可以合并使用。     

三种日照观测设备性能比对及影响因子分析

利用2016年8—12月北京观象台直接辐射传感器、FS-RZ1型日照计以及暗筒式日照计观测数据,对3种测量设备进行了综合对比分析。结果表明:3种传感器两两对比的绝对偏差和相对偏差,在雾霾日明显高于无雾霾日。在雾霾日,自动跟踪直接辐射传感器测量值比另外两种偏高,FS-RZ1日照计比暗筒式日照计测量值偏低;在无雾霾日,FS-RZ1日照计测量值比另外两种测量值都要偏低,暗筒式日照计比自动跟踪直接辐射传感器测量值偏高;暗筒式日照计受日照纸人为制作因素影响,测量值会出现高低不均。FS-RZ1日照计受多云天气影响,测量值会偏低。直接辐射传感器测量方式最贴近WMO对日照时数的定义,但在出现机械跟踪偏差时,测量值会偏低。     

DFC1型光电式日照计与暗筒式日照计的对比分析

基于2019年1—6月杭州地区日照时数自动与人工平行观测,对比了期间6个台站DFC1型光电式日照计与暗筒式日照计的观测数据。结果表明:1)自动与人工观测日照数据一致性高,但也存在一定差异。两种日照数据大小关系不能一概而论,与天况(中、低云量)密切相关。2)在日照时数超过10 h的晴空天况下,二者差值最小,表现为自动观测值略大0.3 h/d;3)在日照时数不足10 h的有云天况下,二者差值较大,各站人工观测累计值较自动数据平均偏大48.9 h。进一步分析发现,两种日照计测量原理及记录方式的不同是造成差值出现的主要原因。光电式日照计具有较高的测量精度和灵敏度,在晴空天气里测量到了略多的日照时长;而暗筒式日照计受测量精度和"光斑效应"的影响,使得在有云天况下获取的日照时数明显偏大。     

陕西省日照平行观测资料评估

利用陕西省2019年1—4月DFC2光电式数字日照计与暗筒式日照计日照平行观测资料,分析了两个序列数据的完整性及其差异。结果表明:两个序列数据完整性较好,数据采集成功率高;小时数据差值有明显日变化规律,差值的日变化无明显地域差异;全省光电式日照计与暗筒式日照计3个月的平均差值百分率为-6.0%,日照自动观测值普遍小于人工观测值,除陕南1月差值百分率为正(5.1%)外,关中、陕北、陕南各月份差值百分率均为负值。     

DFC1型光电式数字日照计与暗筒式日照计观测日照时数的对比分析

该文利用石阡国家气象站2019年1—12月DFC1型光电式数字日照计（简称自动观测）和暗筒式日照计观测（简称人工观测）的日照资料,对比分析时、日、月、年日照时数的差异,结果表明：自动观测与人工观测的日、月日照时数相关系数均在0.98以上,有非常好的相关性;自动观测年日照时数低于人工观测值,自动观测有日照天数和早、晚日照时数明显多于人工观测值,自动观测比人工观测分辨率更高和灵敏度更好,更客观反映日照变化情况。     

人工与自动日照观测数据对比分析

对黑龙江省2019年1-4月84个国家气象站暗筒式日照计(人工观测)和DFC2型光电式数字日照计(自动观测)的日照时数进行对比分析。结果表明:自动观测比人工观测有更高的灵敏度和分辨率,自动观测达到分钟级。自动观测的日照时数高于人工日照0.1 h,数据完整率达到96%以上,24 h日照时数一致性均值较高,一致率在71%-83%之间。中午时段的一致性好于早晚。     

武汉站直接辐射表与日照计观测日照时数差异分析

利用湖北省武汉国家基本气象观测站直接辐射表与暗筒式日照计观测的日照时数资料,分析了两者的差异特性。结果表明:直接辐射表观测日照时数比日照计观测日照时数偏低,日合计值平均偏低0.87h,月合计值平均偏低16.3h,年合计值平均偏低195.6h。两种观测值的月平均差值夏季差异最大,春、秋季次之,冬季最小。春夏季的相对偏差程度和离散程度均大于秋冬季。在晴天、温度0℃、相对湿度50%的条件下,直接辐射表观测值高于日照计,在多云、阴天、温度0℃、相对湿度50%的条件下,直接辐射表观测值低于日照计。两种观测数据线性相关较显著。仪器观测原理、天气条件影响、观测习惯等因素,造成了观测数据有差异。     

FJ-2型日照计有待改进

目前，我局用来观测日照的仪器设备是FJ-2型日照计。在使用过程中，我们发现该日照计开关难、易进水。FJ-2型日照计是上海气象仪器厂生产的，开合形式为直接掰按的“按扣式”。该日照计在刚使用时还好，但时间稍长，盒盖或暗筒发生形变，开合便很困难。我局观测员在每次换纸时，不得不带上夹组等敲撬工具．这样一是影响操作，二是常摇动底盘和经纬器，影响仪器精确度。另外，该日照计在大雨时易进水。因为大雨点‘’砸”在暗筒上，水便会直接从盖子与暗筒间的小缝隙里溅入简内。为了解决上述问题，可将FJ－2型日照计的“按扣式”改为“螺…     

北疆北部一次暖区暴雪天气过程的的综合分析

利用地面观测、高空探测常规资料、NCEP 1°×1°再分析以及FY-2G红外云图资料，综合分析了2016年11月10—13日北疆北部的暖区暴雪过程成因，结果表明，此次暴雪天气是在“单阻型”经向环流和有利的高低空天气系统配置下发生的，主要表现为500 hPa东欧阻塞高压脊稳定，西西伯利亚低涡和冷槽东南下至北疆境外的中亚地区，200～500 hPa低涡和冷槽系统深厚且呈前倾结构，低涡底部极锋锋区加强并压至北疆上空，700～850 hPa北疆北部有暖平流和暖脊发展，地面气压场呈“两高夹一低”形势，北疆在地面冷锋前部和暖锋后部的暖区内。中高层西北急流、低层偏西气流和偏东气流三支气流在暴雪区上空汇合，暴雪区位于高空低涡底部西北急流、低层暖平流和切变线、地面暖低压南部的高低空重叠区域内。500 hPa以下仅有一条西方水汽输送路径，最强水汽输送在600～700 hPa，最强水汽辐合位于850 hPa附近，最大暴雪中心（裕民）的水汽输送强度更强、厚度更厚、时间更长，其平均云顶黑体亮温TBB值较富蕴偏高10℃左右。     

黔南州2019年人工与自动站日照数据对比分析

本文主要通过利用黔南州12市、县2019年自动站与人工的日照观测月整编数据从理论上分析黔南州自动站与人工日照观测数据之间的差异,结果表明：黔南州1-12月自动站观测的小时日照次数均高于人工观测到的次数;自动站观测的小时日照次数从1月起表现为明显、稳定的逐月上升趋势,并在在8月达到全年峰值;在观测小时日照时数时,人工与自动站的观测数值接近,误差小。总体来讲,光电式日照计比暗筒式日照计有着更好的感光能力,所以自动站的日照观测数据更为客观和准确,但二者之间的日照观测数值仍有着较强的相关性。     

藏东南地区复杂下垫面能量收支特征分析

利用公益性行业（气象）科研专项项目＂藏东南地区复杂下垫面地气交换观测研究＂在藏东南地区进行的地气交换观测实验数据,分析典型晴天和阴天条件下不同下垫面能量过程的特征及其差异。结果表明：在典型晴空状态下,不同下垫面的地表净辐射均具有明显的日变化特征,在典型阴天的情况下,不同下垫面地表净辐射日均值显著减小;在典型晴空天气下,4种类型下垫面上潜热均随着净辐射的增加而表现为增加的趋势,在典型阴天的情况下,潜热通量明显比晴空天气小;不同下垫面感热通量的日变化存在显著的差异,不同下垫面感热的变化特征在典型晴空和阴天条件下的差异不明显;不同下垫面土壤热通量与净辐射的变化趋势基本一致,阴天夜晚土壤热流的交换与晴天夜晚的差异不大,四种下垫面土壤均存在能量损失,土壤处于降温状态。     

Changes in atmospheric circulation and the Arctic Oscillation preserved within a millennial length reconstruction of summer cloud cover from northern Fennoscandia

Cloud cover currently represents the single greatest source of uncertainty in General Circulation Models. Stable carbon isotope ratios (δ¹³C) from tree-rings, in areas of low moisture stress, are likely to be primarily controlled by photosynthetically active radiation (PAR), and therefore should provide a proxy record for cloud cover or sunshine; indeed this association has previously been demonstrated experimentally for Scots pine in Fennoscandia, with sunlight explaining ca 90% of the variance in photosynthesis and temperature only ca 4%. We present a statistically verifiable 1011-year reconstruction of cloud cover from a well replicated, annually-resolved δ¹³C record from Forfjord in coastal northwestern Norway. This reconstruction exhibits considerable variability in cloud cover over the past millennium, including extended sunny periods during the cool seventeenth and eighteenth centuries and warm cloudy periods during the eleventh, early fifteenth and twentieth centuries. We find that while a generally positive relationship persists between sunshine and temperature at high-frequency, at lower (multi-decadal) frequencies the relationship is more often a negative one, with cool periods being sunny (most notably the Little Ice Age period from 1600 to 1750 CE) and warm periods more cloudy (e.g. the mediaeval and the twentieth century). We conclude that these long-term changes may be caused by changes in the dominant circulation mode, likely to be associated with the Arctic Oscillation. There is also strong circumstantial evidence that prolonged periods of high summer cloud cover, with low PAR and probably high precipitation, may be in part responsible for major European famines caused by crop failures.     

不同天气条件下微波辐射计和风廓线雷达探测数据误差特征分析

为探讨微波辐射计和风廓线雷达探测数据的准确性和可用性,利用天津全运会期间获取的GPS探空资料,分析不同天气条件下微波辐射计探测温湿度、风廓线雷达测风的误差特征.结果表明:晴天、云天和雨天条件下,微波辐射计反演低空温度廓线效果均较好,反演高空温度廓线误差较大,云天条件下,反演的整层温度廓线与探空实测值相关性最优;3种天气...     

重庆不同天气条件下地基微波辐射计探测特征

利用2012年1月至2014年8月重庆沙坪坝站的微波辐射计和探空数据,通过数值模拟检验微波辐射计的亮温精度,并统计分析晴空、有云和降水天气条件下微波辐射计反演产品的变化特征。结果表明:(1)有云时微波辐射计氧气通道53.85、54.00 GHz亮温与探空观测温度相关性较好;晴空和有云时MonoRTM模拟亮温与微波辐射计观测亮温相关性较好。(2)不同天气条件下,微波辐射计反演温度与探空观测值的相关性都较高,降水时4.0 km以下微波辐射计反演温度明显偏高,有云和晴空时3.8 km以下的温度平均绝对误差小于2℃。微波辐射计反演的相对湿度与探空观测值的相关性较同高度层温度的相关性差,有云时1.0~2.6 km高度反演的相对湿度平均误差很小,降水时4.5 km以下平均误差也较小且稳定。降水时4.0 km以下微波辐射计反演的水汽密度平均误差明显偏大,有云时多数高度层平均误差较小。(3)4.2 km以下降水时08:00微波辐射计反演温度的平均误差较大,有云时08:00微波辐射计反演温度和水汽密度的平均误差均较小。说明微波辐射计反演的大气廓线具有可用性,且在稳定大气环境中反演效果更好。     

A new algorithm to estimate sky condition based on 5 minutes-averaged values of clearness index and relative optical air mass

Summary This work describes a new algorithm to characterize sky condition in intervals of 5 min using four categories of sun exposition: apparent sun with cloud reflection effects; apparent sun without cloud effects; sun partially concealed by clouds; and sun totally concealed by clouds. The algorithm can also be applied to estimate hourly and daily sky condition in terms of the traditional three categories: clear, partially cloudy and cloudy day. It identifies sky conditions within a confidence interval of 95% by minimizing local climate and measurement effects. This is accomplished by using a logistic cumulative probability function to characterize clear sky and Weibull cumulative probability function to represent cloudy sky. Both probability functions are derived from frequency distributions of clearness index, based on 5 minutes-averaged values of global solar irradiance observed at the surface during a period of 6 years in Botucatu, Southeastern of Brazil. The relative sunshine estimated from the new algorithm is statistically comparable to the one derived from Campbell-Stocks sunshine recorder for both daily and monthly values. The new method indicates that the highest frequency of clear sky days occurs in Botucatu during winter (66%) and the lowest during the summer (38%). Partially cloudy condition is the dominant feature during all months of the year.     

WRF-Solar模式对山东太阳总辐射的模拟效果检验

利用专门为太阳能资源评估应用的 WRF-Solar数值模式系统,结合 MODIS 气溶胶光学厚度（AOD550 nm）数据,设置了5种山东区域总辐射模拟方案,使用山东济南、福山、吉县3个太阳辐射站总辐射观测数据,对晴天、阴天、雨天以及四季代表月等逐时总辐射模拟结果进行了对比检验。 结果表明：WRF-Solar数值模式对总辐射模拟能力在晴天和少云天最好,阴雨天较差,四季代表月中,天气过程较少的秋季和冬季模拟效果较好,春季次之,夏季相对较差;晴天和少云天、阴天和雨天以及不考虑天气过程的四季代表月所有日条件下,长、短波辐射方案分别采用RRTMG方案、new Goddard 方案,积云对流参数化方案均采用Grell 3D集合方案,同时使用AOD550 nm的气溶胶数据的总辐射模拟能力最强;WRF-Solar模式中加入 MODIS 气溶胶光学厚度资料后,山东区域晴天总辐射模拟结果明显改善,秋季、冬季代表月亦明显改善,但阴天和雨天总辐射模拟结果改善不明显,低能见度日总辐射模拟结果有所改善。     

基于卫星资料同化和LAPS-WRF模式系统的云天太阳辐射数值模拟改进方法

太阳能光伏发电已成为仅次于水电和风能的第三大可再生能源,光伏发电受云量时空变化的影响较大,因此准确模拟云天太阳辐射的时空变化对电网安全运行至关重要。围绕如何减小中尺度气象模式的云初始场误差,进而改进云天的太阳辐射模拟这一关键科学问题,本文通过研究基于卫星资料同化的LAPS（Local Analysis Prediction System）多时间层三维云分析同化方法,改进三维云结构,并将LAPS模式输出结果作为WRF（Weather Research and Forecasting）模式的初始场,模拟了2008年1月及夏季（6～8月）北京地区的总云量和总辐射的时空分布,重点分析了多云和有降水天气过程总辐射的模拟改进效果及其原因。结果表明,同化前后的总云量模拟值与观测值的时间变化趋势基本一致,但大部分时次总云量的模拟值低于观测值;大部分多云及降水时段同化后总云量模拟值较接近于实测值。1月晴天、多云天以及夏季晴天同化前后总辐射模拟值与实测值的时间变化趋势较一致,但同化前后两者的相关性差异不明显;晴天条件下同化前后总辐射模拟值均低于实测值,1月多云条件下多数时段同化后总辐射模拟误差减小不明显,与总云量的改进效果不显著有关。夏季多云、有降水及6月典型降水三种天气条件下同化前后总辐射模拟值与观测值的相关性稍差,同化后两者的相关性较同化前有所改进,尤其是6月典型降水过程改进效果较明显;同化前总辐射模拟误差较大,而同化后误差显著减小,尤其是6月典型降水过程同化后均方根误差和平均相对误差较同化前分别减小了102.6 W m-2和355.9%,最大相对误差减小更显著;同化后总辐射模拟误差小于同化前的比例高达75%,即大部分时刻同化后模拟误差小于同化前。多云和有降水天气过程总辐射模拟效果的显著改进与总云量的改进密切相关,即同化后总云量模拟值增加,云的反射和散射作用增强,导致模拟总辐射减小,即更接近于实测总辐射值。研究结果对于多云和降水天气条件下太阳辐射的模拟效果改进、太阳能资源客观评估以及光伏电站的发电量预测具有一定的科学和实际应用价值。     

不同天气现象下毕节高温特征及预报回归检验分析

利用毕节2010-2019年观测资料,分析不同天气现象下日最高气温特征,建立高温模型,并对近5 a 24 h高温进行检验,得出如下结论:(1)毕节高温日变化在夏季最稳定,春季波动最大。气温日较差晴天最大,阴天最小,多云时略大于阴间多云。(2)毕节8~10成云出现频率高达65.7%,夏季晴天频率波动大,春、夏季多云频率较高,且按天气现象分类统计月平均高温时,其峰值均出现在7月。(3) 24 h高温预报准确率月、季变化特征明显,夏季准确率最高,较最低的冬季高出21.4%,在区别天气现象的情况下,阴雨天时预报准确率最高,多云时最低,其中12月多云时最低为25%。(4)回归模型分析发现不同季节同种天气现象24 h高温预报影响因子权重差异明显,日照时数和平均本站气压对模型影响程度较高。不同季节晴天影响因子差异最大,拟合效果最好时段在夏季,平均估计误差为1.2℃,估计误差最大在冬季,平均估计误差为1.7℃。     

A new approach to identify the sensitivity and importance of physical parameters combination within numerical models using the Lund–Potsdam–Jena (LPJ) model as an example

Daily global solar irradiation (R _s) is one of the main inputs in environmental modeling. Because of the lack of its measuring facilities, high-quality and long-term data are limited. In this research, R _s values were estimated based on measured sunshine duration and cloud cover of our synoptic meteorological stations in central and southern Iran during 2008, 2009, and 2011. Clear sky solar irradiation was estimated from linear regression using extraterrestrial solar irradiation as the independent variable with normalized root mean square error (NRMSE) of 4.69 %. Daily R _s was calibrated using measured sunshine duration and cloud cover data under different sky conditions during 2008 and 2009. The 2011 data were used for model validation. According to the results, in the presence of clouds, the R _s model using sunshine duration data was more accurate when compared with the model using cloud cover data (NRMSE = 11. 69 %). In both models, with increasing sky cloudiness, the accuracy decreased. In the study region, more than 92 % of sunshine durations were clear or partly cloudy, which received close to 95 % of total solar irradiation. Hence, it was possible to estimate solar irradiation with a good accuracy in most days with the measurements of sunshine duration.