基于系留气艇平台的红外辐射传输算法实验验证

中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室 (LAGEO) 建立了以系留气艇为平台的综合探测系统。通过气艇在大气边界层上升、下降过程获得不同高度的气象参数和同时的辐射参数。以气象参数为输入,应用辐射传输模式 (MODTRAN4.0) 获得模式辐射输出,将其与实测辐射值作对比,验证MODTRAN4.0模式的准确性,为有关目标识别与遥感提供基础。2006年8月在中国科学院大气物理研究所香河综合观测站利用系留气艇平台进行了验证实验,并对热红外波段的模式对比结果进行分析。结果表明:所建实验系统具备进行模式验证的能力,在热红外波段,MODTRAN4.0模式输出结果与实测辐射亮度之间的相对误差的均方差在边界层大气条件下小于3%。     

系留气艇探测风速的误差订正及其应用评估

使用系留气艇探空系统在常州、苏州、南京市区对边界层风速、温度、湿度廓线进行了观测,原始数据表明探测结果存在明显的系统误差。本文主要讨论风速订正问题,分析发现风速误差与高度和风速有关,据此提出了依据高度和依据风速的两种订正方案。对比结果表明:两种方案都能有效修正系留气艇测量风速的系统误差,高度订正方案表现更好。本文还用订正后的系留气艇探测结果与苏州市气象局的风廓线雷达资料进行对比,结果显示风廓线雷达探测结果在500 m以下系统偏小。     

智能型数据采集器DATATAKER在大气探测中的应用

DATATAKER系列智能型数据采集器具有测量精度高。性能稳定可靠,使用灵活方便等优点,可与大气探测仪器组合起来,构成智能型自动观测系统。用该数据采集器与分光单色仪组成的臭氧的光学遥测系统,和与大气辐射探测表头、系留气球等组成的低层大气辐射垂直探测系统已用于实际观测,取得了较好的观测结果。     

黑河实验中系留探空系统探测精度的分析

在ＨＥＩＦＥ实验ＩＯＰ－２和ＩＯＰ－３期间，在戈壁、绿洲和沙漠观测站上同时用系留探空系统进行了大气边界层结构探测。本文详细地分析了系留探空系统的探测精度与资料处理方法，指出系留探空系统探测方法造成的误差往往大于仪器本身的测量误差，采用正确的操作方法和资料处理方法可以得到可靠的结果。黑河实验中３个站上使用的仪器有良好的一致性。     

国外大气探测设备研究概况

大气探测范围很广,项目多,所用的方法和设备类型也很繁杂,涉及声、光、电、化学等各科学领域。本文仅就建立大气探测基本站网使用设备的几个方面,在国外研究的近况作一概述。一、高空探测系统高空探测系统包括探空、等高平移气球、飞机、火箭和卫星探测等。作为建立站网常规的高空探测,主要是探空、测风和火箭探测。本文着重于介绍30—40公里以下的基本站网使用的高空探测系统。 60年代卫星探测技术的发展,已能提供几十公里内的温度廓线和湿度层结,间接推算风场和气压场。国内外都在讨论高空探测站网和火箭是否还有存在的必要?看来就相当长的一个时期内还需设置基本站网。因为尽管高空站的任务有某些改变,但作为比较或提供低层的     

系留探空系统简介

北京气象学院大气物理专业使用了系留探空系统进行大气边界层探测工作。这套设备可测量低层     

北京大气边界层中风和温度廓线的观测研究

为了研究冬季北京城区大气边界层结构的特征,分别在城区和郊区4个观测点利用系留气艇在2001年1月5～13日和2月21～28日进行了大气廓线探测,并分析了温度和风廓线垂直变化的基本特征.初步结果显示城市热岛效应十分明显,热岛强度随高度增加而递减,近地层热岛强度在晴天最大可达到4℃左右.除了近地层郊区的风速大于城区外,城区和郊区风速的垂直分布特征有较大差异.在100～200m高度以下,城区和郊区风速和风向随高度分布都出现了明显的拐点,300 m以上高度风向和风速基本趋于一致,表明城区和郊区的风廓线均受到城市覆盖层的影响.随着北京市区的规模不断扩大,在今后探测中应考虑郊区测点的代表性.     

新型边界层气象探空系统的开发与应用

为了更加准确、方便的探测大气边界层结构,本文介绍了研制的一套新型边界层探空系统。为了验证该设备的综合性能,2015年9月8日将该仪器与Vaisala RS92探空系统进行同球比对试验,结果表明:订正后的温度、气压、相对湿度、风速、风向的平均测量偏差仅为0.35℃、0.20hPa、1.17%、0.16m/s、-1.27°,各参数的误差范围均满足业务规范。2016年8月28日至9月2日和12月24日至2017年1月2日又分别同L波段探空系统和XLS-II型系留气艇探空系统进行了对比试验,结果表明:该仪器的准确性和可靠性都能很好地满足科研和业务需求。此外,该系统能够很好地反映边界层结构的特征,且可作为风廓线雷达准确性的对比试验仪器。     

艇载风压计测量平流层大气风场可行性分析

本文提出了一种基于搭载平流层飞行器对平流层大气风场进行原位探测的探测系统,并详细介绍了其工作原理、计算公式和风洞实验结果。实验室测试中,该探测系统的理论测量误差值≤2.5 m/s。在常温下的风洞试验中,该系统表现出了良好的工作性能、系统稳定性和测量准确度。在和实验室的风向、风速对比试验中的相关性均超过了0.99,风速的平均绝对偏差为0.67 m/s,风向的绝对平均偏差为2.4°。2022年,中国气象局气象探测中心利用平流层超压气球搭载该系统在海拔19 km的平流层大气中进行了原位探测试验,对所搭载平台周围的风速和风向进行了探测,并对探测结果进行了比对分析。与平台轨迹算法进行比对结果显示,该系统具有较好的一致性;与NCEP_FNL再分析数据进行比对,显示出东西向风速的相关性较好,达到了0.795,而南北风速的相关性较差,仅为0.33。试验结果表明,在平流层飞行器上搭载该探测系统可以有效地探测平流层大气风场,对于获得平流层大气环境数据集、提供大气环境预报服务、开发平流层浮空器、监测平流层飞行器周围的大气环境、规划飞行路线和区域停留等方面具有巨大的应用潜力。     

利用遥控航模进行低空气象探测

低层大气的空间与时间结构在研究大气过程本身以及大气过程对其它过程的影响等方面都是十分重要的。 目前,国内外低空探测多使用铁塔、气球(系留气球和自由气球)和飞机。它们都各有一定的价值,也都各受一定的局限。塔不能移动,而且高度也不够;系留气球由于其系留绳索而限制了上升高度;自由气     

ADTD雷电探测系统典型故障分析

介绍ADTD雷电探测系统的探测原理,分析子站故障对探测网络和探测数据的影响。通过分析ADTD雷电探测系统组成结构和基本设备状态,提炼出了ADTD雷电探测系统的故障分析思路和方法。结合湖北省ADTD雷电探测系统在2006—2010年业务运行中的主要故障,总结了ADTD雷电探测系统运行中的典型故障及其现象、可能原因与排除方法,提出了一些改进措施,并指出影响ADTD雷电探测系统稳定性的主要因素。实践表明,基于ADTD雷电探测系统组成结构和设备状态表征的故障分析思路清晰,方法可操作性强,对故障的快速定位十分有效。     

SPEC机载云探测系统及其云物理研究进展

在综合介绍我国机载云探测系统的发展历程、应用情况和优缺点的基础上,对新一代机载云探测系统SPEC的系统组成、探测原理、探测方法和探测范围等进行了详细说明,并探讨了近年来国内外相关研究进展.随着科学研究人员对云探测精细程度、准确度要求的日益提高,以往使用的粒子观测系统(PMS)等云探测系统已无法满足一些科学试验的需求;S...     

浅谈测风雷达测距问题

新疆幅员辽阔，高空探测站点数居全国各省(区、市)之首。59～701雷达探测系统在新疆高空气象探测业务中仍占居主导地位。随着“全国大气监测项目”的推进，新型GFE(L)Ⅰ型测风雷达和电子探空仪以及GPS测风系统等新一代高空探测系统正在逐步取代59～701系统。我们在期待装备更新的同时，仍不可忽视对现有装备的技术保障工作。近年来我区部分高空台站技术保障人员处在新老交替阶段。测风雷达技术     

塔克拉玛干沙漠腹地冬季大气稳定度垂直分布特征分析

利用2008年塔克拉玛干沙漠腹地冬季系留气艇的探空数据,利用温差法、温差一风速法、理查逊数法3种方法,对塔克拉玛干沙漠塔中地区的大气稳定度进行了初步研究,得出以下结论：（1）大气稳定度日变化明显：夜间随着高度的升高,大气状态由稳定转变为中性继而转变为不稳定。白天受太阳辐射的影响,近地面处于不稳定状态;（2）大气稳定度随着高度上升有明显的分层现象,稳定层与不稳定层交替出现;（3）3种方法计算的结果不一致,反映出温度、风和湍流对稳定度的影响。     

乌鲁木齐冬季大气边界层温度和风廓线观测研究

为了进一步认识乌鲁木齐冬季大气边界层的结构特征及其对大气污染的影响,为改进城市空气污染预报和污染治理提供科学依据,利用2008年1月11—13日系留气艇对乌鲁木齐市城区大气边界层过程进行观测试验的资料,分析了观测期间乌鲁木齐风、温廓线和混合层厚度的变化特征,并探讨了大气边界层结构对乌鲁木齐大气污染的影响。结果表明:观测期间乌鲁木齐近地面全天存在悬浮逆温,且有时为多层逆温,大气层结稳定;受逆温层的影响,近地面全天风速都很小,均在4m/s以下,风向随高度变化规律明显;观测期间乌鲁木齐大气混合层厚度平均为274m。乌鲁木齐冬季大气边界层风、温廓线的特征及混合层厚度,对大气污染的影响作用显著,是造成该地区冬季多污染的主要原因之一。     

风云三号卫星红外高光谱探测技术及潜在应用

高光谱大气探测仪具有高光谱分辨率、高灵敏度和高精度光谱辐射定标等特点,在大气温湿度廓线反演、数值天气预报同化、气候变化研究以及大气痕量气体探测等应用上有显著的优势。我国风云三号极轨气象卫星的FY-3A/B/C三颗卫星上成功装载了自主研制的通道式红外探测仪器—红外分光计(IRAS),获取了从可见光到红外波长范围内26个通道的辐射观测,并应用于资料同化、全球大气温度和水汽廓线反演等。从FY-3D星开始将装载红外高光谱大气探测仪以替代IRAS,标志着红外高光谱大气垂直探测系统新纪元的开始。以风云三号卫星红外高光谱大气探测仪为例,介绍了卫星红外高光谱探测技术的进展和地面应用系统预处理过程的关键技术环节,给出了红外高光谱资料的潜在应用,并对在数值天气预报同化和大气探测应用方面的难点问题进行了分析和探讨。     

北京冬季低层大气O3垂直分布观测结果的研究

给出了2001年2月26～28日在北京市方庄小区用系留气艇观测大气边界层O3垂直分布的结果.结合相关资料,对边界层O3的变化机制进行了初步分析.研究表明,冬季边界层O3主要受边界层气象条件、尤其是逆温层的影响比较大.在逆温层以下O3都维持极低值分布,超过仪器所能观测的最低极限.在逆温层向自由大气过渡的高度区域,O3浓度明显的梯度变化与风速垂直切变有关.观测还表明冬季城市市区大量排放的氮氧化物、水汽参与的化学反应是影响边界层O3变化的重要因素.     

赤道考察散记

红色气艇飘在赤道上空中国美国大气海洋联合考察船在赤道海域已航行20多天了。1989年5月3日,“向阳红14号”考察船进入太平洋东经165度的赤道海域。为了探测热带海洋的高空气象情况,考察队气艇组按预定计划5月4～6日连续进行60个小时的观测,每2小时观测1次,总共需要施放30次气艇,工作任务相当繁重。事先,我们对气艇、探测器、计算机、纹盘都进行了认真的检查,要做到万无一失。以往,在陆地上灌气球都是用氢气,但这次是在船上作业,为了安全,不能用氢气,而要用不燃烧不爆炸的氦气。氢气每瓶10元,而氦气要1000元,每充1次气要用2瓶。     

GPS探测气象参数的技术进展

回顾了全球定位系统(GPS)探测气象参数(GPS/MET)的技术进展.全球定位系统探测气象参数利用GPS信号穿过大气受到大气折射而产生的延迟来探测大气中的温度、气压、水汽含量或湿度及电离层的电子浓度.就地基GPS/MET来看,GPS对中性大气层水汽的探测研究,主要集中在大气可降水量反演、水汽层析及GPS资料在数值预报模式中的应用等领域; GPS对电离层探测,主要应用于电离层变化的分析和研究,监测和预报电离层的危害方面.天基GPS/MET技术利用了导航卫星GPS星座和LEO小卫星在地球地平线边缘的上下相对运动,获取大气参数的垂直分布.GPS气象小卫星在太空飞行,探测范围大、频率高.两颗天基低轨GPS气象小卫星系统的高空资料收集能力就超过了现行全球高空气象探测能力的总和.天基GPS/MET掩星探测技术的业务实现将是全球高空大气探测技术发展的一次飞跃.GPS/MET的探测精度高、全天候、时间分辩率高、观测稳定、无需校正.可以预期, 这种新型的探测手段将是未来大气探测系统中重要的组成部分,随着GPS探测站网的建设和业务化,它所提供的数据源,将会对气象、环境、水文和空间天气等学科领域的研究产生深刻的影响.     

宁波一次典型夏季海陆风过程观测分析和数值模拟

根据我国宁波台塑项目环境评估期间使用系留气艇对一次典型海陆风过程进行时间加密探测所获得的资料,分析了弱盛行风影响下海陆风环流的时空变化规律,并用分辨率为5 km的WRF模式模拟了此次海陆风过程。观测结果表明,在成熟海风期间的高空存在明显的返回气流,所观测到的海风环流相当完整;陆风过程伴有下沉逆温层出现。数值模拟结果表明,海陆风的开始时间、持续时间与实测基本一致,海风期间的返回气流也清晰可见。