An assessment of radiosonde launch conditions affected by the surface wind

Carried out is an analysis of radiosonde launch conditions affected by the horizontal surface wind. Mathematically stated is a condition of successful launch agreed qualitatively with the known practical methods and upper-air sounding techniques. This condition is defined by several main factors taking account of the clamping force impact on the balloon, adaptation of the balloon speed to the wind speed, and approaching of the instrumental box of radiosonde to the surface immediately after the launch due to the deviation of the harness string from the vertical. The results obtained provide a theoretical basis for analyzing the launch parameters in order to increase the reliability of upper-air sounding and to develop the ways of its successful use under conditions of strong winds.     

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。     

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。     

一次冷锋过境后的边界层结构

本文利用声雷达探测、80米铁塔观测的风、温资料和探生资料,结合天气图分析,讨论锋后强天气过程的边界层结构。结果表明,冷锋后大风的形成是与高层下沉冷空气有着密切的关系,并与边界层过程也有密切的联系。 资料分析表明,大风天气过程的形成可能是下沉运动引起的边界层动量和热量输送相互作用的结果。     

Composite wind and temperature profiles obtained from a complex of in-situ and remote sensing measurement systems for the forcing of a boundary layer model

Summary ?This paper describes the configuration of measurement systems operated continuously at the Meteorological Observatory Lindenberg with the aim of constructing combined profiles of wind and temperature – so-called composite profiles – covering the boundary layer with high temporal and vertical resolution. This is required for the forcing of a micro-α-scale model in order to simulate the atmospheric boundary layer structure over a heterogeneous landscape during the LITFASS-98 experiment. The problems of combining measurements of different remote sensing and in-situ systems are briefly discussed. Although the measuring range of individual remote sensing systems is variable, the height coverage of wind and temperature profile measurements by sodar/RASS and two wind profiler radar/RASS complement each other very well. Using a simple merging procedure composite wind and temperature profiles have been synthesized based on radiosonde, windprofiler/RASS, sodar/RASS and tower measurements. Time-height cross sections of hourly composite profiles show considerably more details of the boundary layer structure than simple radiosonde interpolation due to the higher sampling frequency, higher vertical resolution and increased accuracy at the lower levels. Finally some qualifications of the formulated algorithm are suggested for future application. Received June 18, 2001; revised May 30, 2002; accepted June 6, 2002     

南昌市“城市箱模式”中气象参量的初步分析

本文根据南昌1976—1980年5年的探空资料和小球测风资料,简要分析了南昌市“城市箱模式” 中有关的气象参量.资料表明,南昌混合层高度和平均风速存在夏季为最大值,冬季最小值的差异,这一结果在环境控制实用上有一定的意义.      

风廓线雷达组网资料初步对比分析

以L波段探空雷达探测到的水平风为标准对全国风廓线雷达探测到的水平风的可信度进行评估,得到:风廓线雷达探测到的水平风在700 hPa高度以下与L波段探空雷达测风有较好的一致性;并且将风廓线雷达探测到的垂直速度与同址地面自动气象站观测到的1 h雨量进行相关性分析,得出垂直速度大小能很清楚地反映降水的开始、结束以及降水的强度;最后将全国风廓线雷达探测到的水平风进行组网对比分析,得出全国风廓线雷达探测得到的水平风在700 hPa高度下是可信的,风向可信度随探测高度的增加而增大。风速可信度随探测高度的增加而降低。     

时间加密探空观测对分析和预报质量的敏感性研究

探空观测是气象资料同化中最基本的常规观测资料,对同化分析和预报的有效改善具有重要作用。由于现有探空观测站的空间分辨率较低,分布不均匀,且每日仅有两次观测,数量偏少,限制了其分析场对中小尺度大气状态的准确再现能力。自我国L波段雷达-数字探空仪更新换代以来,探空观测具备了获取每日4次、垂直分辨为秒级和分钟级的大气廓线资料。本文利用WRF中尺度数值模式,通过06时（世界时,下同）加密探空资料和12时常规探空资料的有效同化,研究分析了时间加密探空观测资料对同化分析和预报质量的敏感性影响。结果表明：同化06时的时间加密探空资料的午后暴雨预报质量优于12时常规探空观测。具体而言,同化06时的时间加密探空资料预报的大雨和暴雨的预报技巧高于12时常规探空资料;位势高度、温度和风场等预报场的均方根误差在高层的改进效果更加明显;06时的时间加密探空资料的同化对高层的高空急流和低层的水汽通量散度的预报质量贡献更大。批量试验进一步证实了有效同化时间加密探空资料对分析和数值预报效果改进的积极意义。     

IGRA全球站点探空数据集介绍及其资料质量状况分析

美国国家气候数据中心（NCDC）研制的全球站点无线电探空资料数据集（The Integrated Global Radiosonde Archive,简称IGRA）包含全球1538个探空站点从1938年至今的多层次、多要素逐日探空资料。该数据是目前全球范围内时空密度最高、资料最为完整的一套高质量探空站点资料数据集。对该数据集概况及探空资料的质量控制过程进行了概述,并对该资料存在的质量问题进行分析。结果表明：该数据集虽然进行了质量控制,但是该数据集中部分资料的质量仍然存在问题,如该套资料中1973年之前的中国区域探空温度资料存在较大的问题,与国家气象信息中心整理的中国区域探空资料相比,两套资料中各站在1973年以前的不一致率都达到了70 %以上。另外,该套资料中风速资料在1975-1978年以及1981年错误较多,这5 a中出现的错误资料占所有错误资料的50.74 %。而这5 a中错误资料的分布也比较集中,风速出错站点主要分布在美国南部和阿拉斯加、非洲中部和南部以及俄罗斯。全球大部分探空台站通过全球通讯系统进行传输资料集中在1980年以后,因此本数据集中1980年以后的探空资料质量和完整性相对较高。结论和分析为用户使用该数据集提供了很好的参考依据。     

国产GTS1探空仪与VAISALA公司RS92探空仪对比分析

文章从静态指标与动态对比两个方面,对中国国产GTS1探空仪与芬兰Vaisala公司RS92探空仪的综合性能进行对比.对比结果表明,GTS1探空仪温度存在滞后误差,RS92探空仪湿度测量结果明显好于GTS1探空仪,200hPa以上RS92探空仪气压变化低于GTS1探空仪,测风精度方面RS92探空仪高于GTS1探空仪,850hPa以下和150hPa以上GTS1探空仪测风与RS92探空仪存在1m·s-1以内的系统差,RS92探空仪在整体性能上高于GTS1探空仪.     

Initializing a Mesoscale Boundary-Layer Model with Radiosonde Observations

A mesoscale boundary-layer model is used to simulate low-level regional wind fields over the La Plata River of South America, a region characterized by a strong daily cycle of land–river surface-temperature contrast and low-level circulations of sea–land breeze type. The initial and boundary conditions are defined from a limited number of local observations and the upper boundary condition is taken from the only radiosonde observations available in the region. The study considers 14 different upper boundary conditions defined from the radiosonde data at standard levels, significant levels, level of the inversion base and interpolated levels at fixed heights, all of them within the first 1500 m. The period of analysis is 1994–2008 during which eight daily observations from 13 weather stations of the region are used to validate the 24-h surface-wind forecast. The model errors are defined as the root-mean-square of relative error in wind-direction frequency distribution and mean wind speed per wind sector. Wind-direction errors are greater than wind-speed errors and show significant dispersion among the different upper boundary conditions, not present in wind speed, revealing a sensitivity to the initialization method. The wind-direction errors show a well-defined daily cycle, not evident in wind speed, with the minimum at noon and the maximum at dusk, but no systematic deterioration with time. The errors grow with the height of the upper boundary condition level, in particular wind direction, and double the errors obtained when the upper boundary condition is defined from the lower levels. The conclusion is that defining the model upper boundary condition from radiosonde data closer to the ground minimizes the low-level wind-field errors throughout the region.     

北京MST雷达功率谱密度处理算法改进

北京MST（mesosphere-stratosphere-troposphere,中间层-平流层-对流层）雷达是我国“子午工程”一期中探测大气动力结构的独特大型设备。雷达自2011年建成以来,已获取较好的大气风场数据,但在其他要素提取方面仍有改进需求。从噪声电平估算与目标回波识别这两个关键步骤改进雷达原始功率谱密度处理算法,以期得到更准确的大气要素信息。在噪声电平估算方面,提出应用对数-线性拟合方案快速实现客观分析法,与二分法方案差值的标准差为0.43 dB,表明对数-线性拟合方案能兼顾时效性与准确性。改进后的数据处理算法能够精确识别目标回波。利用改进算法处理2012年1—12月数据结果与雷达、探空以及ERA5再分析数据进行比较,各高度纬向风与探空测值的均方根误差均为2~3 m·s-1,优于雷达产品和探空测值均方根误差（3~4 m·s-1）,信噪比、谱宽和垂直速度质量也有明显提高,表明改进算法可靠、有效且相对易于实现。     

RS92型GPS探空仪的性能试验与分析

采用同球施放的方法,对芬兰维萨拉GPS探空仪的性能进行了试验。结果表明：气压和湿度的测量一致性符合RS92型GPS探空仪的探空整体非确定性的标称;温度除白天10hPa外,其它各规定层都能够满足RS92型GPS探空仪的探空整体非确定性的标称;湿度、风速能够满足WMO对全球气候观测系统（GCOS）探空的要求,高度能很好满足WMO对GCOS探空的要求。辐射特性分析表明,RS92型GPS探空仪在70hPa以下受辐射影响较小,20hPa以上温度受辐射影响相对较大。出、人云特性分析表明,RS92型GPS探空仪的湿度测量性能较好,能较灵敏地跟踪湿度变化,温湿度配合合理,数据丢失情况比RS80型探空仪明显减少,但产品在稳定性、检测和软件方面仍需要改进。     

基于CFD模型的内陆核电厂厂区流场模拟

以内陆某核电厂为例,简述了利用流体力学软件STAR-CCM+模拟内陆核电厂厂区流场及大型自然通风冷却塔雾羽扩散的实现原理,介绍如何将SolidWorks2010建立的核电厂厂区模型导入到STAR-CCM+,给出了STAR-CCM+划分网格的过程,说明了边界层划分的基本假定条件和参数。将STAR-CCM+模拟的数据与风洞实验数据进行了比较,结果显示了较好的一致性。结果表明：在离地面5m的高度处,大型自然通风冷却塔背风面形成较大的空腔区,空腔区风速较小,只有1-1.5 m/s,部分区域达到静风;在冷却塔两侧风速相比入口速度增大了1.66倍;在离开地面100 m的高空,冷却塔背风面的空腔区依然比较明显,冷却塔两侧风速相比入口风速,其变化趋于平稳;在沿主导风向的轴线上,冷却塔两侧风的扰动依次加强;单台冷却塔雾羽最大的抬升高度出现在下风向距离3300 m处,最大抬升高度为690 m,4台冷却塔雾羽在下风向距离3300 m的抬升高度约为850 m,是单台冷却塔的1.23倍。     

多普勒雷达风廓线的反演及变分同化试验

为了将雷达风场资料更好地应用到数值预报模式中, 使用VAD方法反演多普勒雷达风廓线并处理成标准的探空资料进行变分同化试验。结果表明: VAD方法反演的风廓线与探空实况对应较好, 验证了用VAD技术反演风廓线的可行性。用GRAPES-Meso模式的三维变分同化系统对雷达风廓线资料进行同化后, 风场的初始场明显改善, 降水强度和落区预报也有不同程度的改善。其中, 对6 h降水预报的改善明显优于对24 h的预报改善。另外, 在短时强降水预报中, 雷达风场资料的同化频率和同化窗口的不同, 对降水预报的改善情况也有所差异。在个例研究中, 同化间隔为1 h的方案6 h降水预报要优于同化间隔为3 h和6 h的方案, 同化窗口为3 h的试验方案6 h降水预报要好于同化窗口为6 h的试验方案。     

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。     

乌鲁木齐风廓线雷达的探测能力评估

利用2011年12月~2013年3月CFL－03型风廓线雷达在乌鲁木齐市的风探测数据与同期的常规探空数据开展了比对分析,从而对风廓线雷达探测数据的可靠性和探测能力给予了评估。结果表明,受乌鲁木齐四季不同的气候背景影响,CFL－03型风廓线雷达的数据获取率在夏季最高,在冬季最低,80%的数据获取率等值线夏季、冬季各自达到的高度分别为4500m和1980m;受低空地物回波、探测盲区等因素影响,240m以下风廓线雷达探测的风速误差较大,240m以上风廓线雷达四季探测的风速普遍小于实况,误差在-1~0m/s之间的出现频率最高,介于28.8%~31.8%,且在四季最大频率出现的高度有所差异,总体来看夏季风速误差相对较小;风向误差总体在-22.5°~0°之间的出现频率最高,且随着高度增加频率增加;风廓线雷达风速的探测能力优于风向,二者与实况的相关系数各自为0.9左右和0.6~0.8;通过长时间序列的风速、风向资料的比较,说明CFL－03型风廓线雷达能够较为准确地反映冬季天气过程的演变,且能够较为精细地刻画夏季短时强降水天气过程中高低空气流的变化特点。在综合考虑低空地物回波、探测盲区因素以及高空气球探空飘移等多种因素影响的情况下,可见CFL－03型风廓线雷达对乌鲁木齐大气环境和天气过程拥有较可靠的监测能力。     

影响云南空气质量的风场特征分析

利用美国NCEP/NCAR风场再分析资料和云南高空、地面、高山风塔实测风资料,对云南地区的大气风场特征进行了分析。结果表明,云南对流层中低层大气风场常年盛行偏西气流,风向稳定,尤以西南风最多,冬-春-夏-秋四季风场变化特征明显。腾冲、思茅高空盛行风向以西风为主。云南除滇东北、滇东南和局地地形影响外,大部分地区近地面全年以盛行西南风为主。山区全年盛行风向以西南风为主。云南近地面年平均风速1.9m/s,北部大于南部,东部大于西部,冬春季风大,夏秋季风小,风速日变化特征显著。昆明地区大气边界层存在逆温现象,冬季突出,夏季微弱,秋冬春季频率高,夏季频率低。云南空气污染具有干湿季分布特点,1-5月为主要污染时段,冬春季节存在西南和东北两条污染传输通道。     

可业务化运行的L波段探空系统高空风改进算法

为进一步挖掘L波段高空气象探测业务系统原始资料潜力、优化改进现行测风业务算法,本文基于新疆博湖东岸L波段系统机动站累积的两年探空原始资料,提出了可业务化运行的高空风改进算法。该算法首先对雷达原始秒点坐标进行严格的质量控制,采用低通滤波、加权最小二乘法、线性补缺等方法去除探空仪摆动、雷达测量误差等对秒点坐标造成的扰动;然后采用逐秒点坐标滑动计算矢量平均风,通过与同球施放的GPS探空做比对分析得出,在全程使用50-60s计算时间窗口或前50分钟使用30-40s时间窗口、50分钟以后使用50-60s时间窗口条件下,雷达矢量平均风廓线与GPS矢量平均风廓线吻合较好;规定高度层风和固定垂直分辨率高度层风采用查找表方法确定,其结果不仅能在风场结构上与现行业务算法一致,同时能呈现出明显的风层脉动信息。     

59型与L波段探空仪温度和位势高度记录对比

利用全国探空系统换型时获取的70个高空台站的对比观测数据,计算了59型探空仪和L波段探空仪温度和位势高度的差异,分析了探空仪换型对于探空数据一致性的影响。结果表明:就全国平均而言,在100 hPa特别是在400 hPa以下高度,两套系统提供的温度和位势高度观测值没有明显的系统差异;但在70 hPa以上高空,59型探空仪测定的规定等压面温度比L波段探空仪低0.1～0.7℃,导致位势高度在20 hPa高度时偏低达30 m左右,换型前后变化明显。系统差异的产生与59型探空仪的生产厂家、施放地区和季节关系较大,进一步分析表明:太原厂生产的探空仪测得的温度在对流层偏高,在平流层偏低,位势高度在对流层偏高,在平流层逐步转为偏低;上海厂生产的探空仪测得的温度全程偏低,引起位势高度也全程偏低,因此两个厂家的59型探空仪相对于L波段的温度和位势高度系统差也有明显不同。用户在使用局部地区高空站59型探空仪的观测数据时需了解该59型探空仪的生产厂家。