国产珠状温度传感器对比分析

通过比对试验,采取同球比对施放方式,选择德国GRAW探空仪作为比对标准,使用总共12次同球比对数据,对中国长峰、华云和大桥3种型号探空仪的珠状电阻温度传感器开展比对分析.经典型个例分析与统计分析表明:3个型号国产探空仪高空温度廓线与德国GRAW探空仪具有较好的整体一致性,温度测量夜间性能均好于白天;长峰探空仪温度探测性能随高度变化比较稳定,而华云探空仪与大桥探空仪性能相仿,均随高度性能下降,尤其是30km以上高空;长峰探空仪温度探测整体性能最好,相对系统误差在0.2℃左右;而华云探空仪与大桥探空仪误差可达1℃,且均表现为整体上温度测值偏低.体积较小的珠状温度传感器将是未来高空温度探测的一个好的选择,下一步需要改善华云探空仪与大桥探空仪温度传感器表面涂层工艺,两者的温度辐射订正算法也需要进一步完善.     

塔中春季阴天近地层风速、温度和湿度廓线特征分析

利用塔中最新安装的80 m梯度观测塔探测系统采集的资料,详细分析了2006年4月2日1次阴天天气时塔克拉玛干沙漠腹地近地层风速、温度和湿度廓线演变特征,并与典型晴天廓线做了对比,得到以下结果:(1)阴天,夜间风速廓线风速值随高度增高而增大,但不是以对数增长,而是以比对数关系更快的速度增长;白天,风速很小,近地层10 m上下廓线分布规律各异;(2)温度廓线有夜间辐射型、早上过渡型、白天日射型及傍晚过渡型4种类型,与晴天类似;(3)比湿廓线存在一个极小值,其出现高度以上比湿随高度增加而增加,廓线呈逆湿特征,极小值出现高度以下比湿随高度减小而增加。     

国产GPS探空仪国际比对试验结果

通过2010年7月12日—8月1日第8届世界气象组织阳江国际探空比对,采取同球比对施放方式,选择芬兰Vaisala探空仪作为比对标准,对中国参加国际比对的长峰探空仪与华云探空仪,使用共29次同球比对数据,从典型个例分析与统计分析两方面开展系统性评估。初步评估结果表明:对于温度探测,中国长峰探空仪整体系统偏差在0.4℃之内,标准偏差在0.7℃之内,中国华云探空仪在30 km高度以下性能与长峰探空仪相当,但是30 km高度以上偏差明显增大;对于气压与风的探测,两者系统偏差与标准偏差均较小,表明GPS定位以及气压与风的算法准确;对于湿度探测,与芬兰Vaisala探空仪相比,还存在一定差距,特别是低温性能需要提高。     

南疆沙漠腹地大气边界层气象要素廓线分析

利用塔中80m观测塔梯度系统采集的2006年8月、10月和2007年1月、4月的风、温度、湿度资料,结合气象站的同步气象资料,对南疆沙漠腹地近地层四季的晴天平均风速、温度、湿度廓线分布特征进行分析。结果表明,晴天平均风速白天随高度升高增加缓慢,夜间较快,低层风速白天比夜间大,高层则白天比夜间小,春夏季风速较大;四季平均温度廓线表现为夜间辐射型、早上过渡型、白天日射型和傍晚过渡型等四种类型,早、晚过渡时间四季各有不同,日最低、最高温度出现时间四季则相差不大;冬季夜间比湿随高度升高而增大,整个80m近地层表现为逆湿状态,其他季节逆湿一般出现在0．5—1m、1～2m、32—47m、63—80m等4个层次上,各逆湿层出现的时间各季节有所差异。     

GTS1型探空仪技术改进对比试验

GTS1型探空仪在中国气象局探空网站使用已超过10年,其技术略显滞后,迫切需要技术改进.2010年,GTS1型探空仪在其原技术体制基础上进行了技术改进.中国气象局气象探测中心分别于2010年9月和2011年12月,在阳江探空站组织开展了动态比对试验和温度辐射修正算法改进试验.试验结果表明,改进后的GTS1型探空仪夜间温度偏差较小,在0.1℃左右,日间温度偏差在0.3℃以内;气压测量结果偏小于RS92型探空仪,稳定性优于GTS1型探空仪;湿度传感器反应灵敏,测量结果与RS92型一致性很好,偏差在5％RH以内.     

乌鲁木齐降雪与非降雪天气边界层结构变化特征

利用Vaisala系留探空仪系统在2008年1月乌鲁木齐探测所得资料,分析了降雪和非降雪过程中温度、湿度和风的垂直结构及其变化特征。结果表明:降雪和非降雪天,白天对流边界层特征均较明显,但在暖气团影响下,对流边界层特征消失,出现深厚平流逆温,夜间多出现贴地逆温。白天平流逆温强度较夜间逆温更强,白天逆温层出现湿中心,上部出现干中心。降雪天湿中心高度低于非降雪天。夜间近地层出现微弱的逆湿现象,上部出现干中心,降雪天近地层逆湿现象比非降雪天弱;降雪天和非降雪天近地层风向分布均较散乱,主导风向为偏北风,高空主导风向为东南风。风速多因风向改变而出现极大值或极小值,其值常以“高-低-高-低”形式出现于特定高度,风速因风向变化呈波动状随高度递增。     

基于系留探空试验的古尔班通古特沙漠低空气象廓线解析?

利用2011年10月15—24日在古尔班通古特沙漠腹地系留气艇边界层试验的探测资料,分析了沙漠腹地近地层风、温、湿等气象要素廓线垂直分布特征及其变化情况,结论如下:(1)20时—08时存在逆温,08时逆温最强,逆温强度为2.85℃/100 m,逆温层高度为700 m,之后逆温逐渐消失;夜晚近地层湿度明显大于上层大气,在100 m高度差内,湿度先快速减小再缓慢增大,与白天相反,20时近地面出现逆湿,1 100 m高度湿度发生明显切变;逆温层以上风速随高度变化呈多峰态,逆温层范围内风速增大趋势明显,900~1 100 m之间存在200 m厚的恒风区,1 100 m以上风速再次增大,白天的风速小于夜间。(2)风速波动范围大约为2~8 m/s,近地面100 m范围内风速随高度快速增大,风向由东南风向南风转变,600~900 m之间风速变化减缓,风向由从南风逐渐向东风转变,以东南风为主,风速与风向同步改变。(3)600 m以下随温度升高湿度快速减小,600~1 100 m之间又持续增大,1 100~1 500 m之间呈波动变化的趋势,1500 m增大明显。(4)风切变指数夜晚大于白天,最大值在23时(20.88),最小值在中午14时(0.97),平均风切变指数为9.61。混合层厚度平均为125.88 m。     

依兰县夏季温、湿场及人体舒适度垂直分布研究

使用位于黑龙江省依兰县测风塔2010年6月1日-8月31日的10 m、70 m温度、湿度、风速资料,分析依兰县夏季温湿场特征及人体舒适度指数变化规律,得到以下结论:10 m与70 m高度温度的日变化规律一致,均是日出前4时温度最低,14时温度最高,但70 m高度温度日较差较10 m小1℃,夜间,逆温现象明显;风速的日变化规律基本一致,白天风速较大,夜间风速较小;湿度日变化规律与温度日变化规律相反,70 m高度极值出现时间均延迟1 h。垂直高度上,白天10 m湿度大于70 m,夜间10 m湿度小于70 m;10 m、70 m舒适度为0级出现的频率均在60%以上,舒适等级3级及以上出现的频率非常小。在垂直空间上,夜间人体舒适感觉相差不大,但白天,随高度升高,人体舒适度指数明显降低,人体感觉明显较高处舒适。     

华云高精度导航探空仪在甘肃庆阳干旱气候夏季的温湿数据对比分析

以美国国家环境预报中心(NCEP)的FNL(Final)分析场为对比场,分析评估甘肃庆阳地区2017年5—9月的探空温湿数据的质量。通过分析,得出结论:1)探空的温度数据质量较高,表现了很好的一致性,细微结构清晰,误差基本在±0.5 ℃以内;2)探空的湿度数据质量较好,一致性相对温度略差,误差基本在±10%以内,夜间偏湿,下午偏干;3)无论是温度数据还是湿度数据,它们的观测余差都现随气压减小呈现先增加后减小的趋势;4)无论是温度还是湿度,02时误差最小,数据质量最佳,08时和14时的质量相当。     

14时湿球温度失真原因

在实际观测工作时偶遇以下情况 :0 8时湿球温度正常 ,但 14时却明显偏高 ,而 2 0时后又恢复正常。经认真检查分析 ,发现是由于湿球纱布包扎不当———湿球球部下端的纱布扎得过紧所致。白天温度高 ,湿度小 ,蒸发快 ,湿球表面所需的水分大。而由于纱布扎得过紧 ,水杯里的水不能正常地传送到湿球表面纱布上 ,造成湿球球部水分供应不足 ,使其数值偏高而失真。夜间由于温度下降 ,湿度增大 ,蒸发较慢 ,湿球表面所需水分减少 ,因此湿球示值又恢复正常。因此 ,在更换湿球纱布时 ,应严格按照《规范》规定的办法操作。切记 :要靠着球部扎好纱布 ,不宜…     

齐齐哈尔气象站四种数字探空仪观测数据对比分析

基于齐齐哈尔国家基本气象站2020年1月和7月高空气象平行观测?数据,采用Ryan-Joiner方法进行正态性检验,采用平均偏差、绝对偏差、均方根误差和相对误差作为对比分析的评估指标,探讨了GTS11、GTS12、GTS13与GTS1型数字探空仪在925～500hPa规定等压面上,测得的温度、相对湿度和位势高度的差异。结果表明：GTS11、GTS12、GTS13型3种探空仪测得的温度均低于GTS1型探空仪；相对湿度均高于GTS1型探空仪；位势高度略低于GTS1型探空仪,比对样本之间具有较好的一致性。     

气球携带探空仪上升和降落伞携带探空仪下降的全程探空对比分析

开展气球携带探空仪上升和降落伞携带探空仪下降的探空仪观测试验,建立针对下投式的温度、湿度和气压试验评估方法。试验结果表明上升段的北斗温度、气压测量准确度与RS92基本相当,湿度差于RS92双加热湿度传感器;下降段的北斗温度测量准确度与下降段的RS92基本相当,气压由于快速下降对定位有一定影响从而导致气压误差较大,相对湿度误差基本上在5%以内,符合WMO的测量要求;与风廓线雷达进行时空匹配,上升段北斗风向测量准确度差于RS92,风速测量准确度明显优于RS92。试验同时还验证了气球携带探空仪上升和降落伞携带探空仪下降全程2次探空观测模式具有很好的应用前景,可以实现高空站网的时空加密。     

L波段电子探空仪相对湿度误差研究及其应用

为了提高高空大气探测数据准确度, 我国从2002年1月开始推广使用L波段雷达-电子探空仪探测系统, 用携带碳湿敏元件的数字式电子探空仪代替用肠膜测湿元件的59型探空仪进行相对湿度探测。但大量的实测探空资料表明:相对湿度探空曲线仍然存在较大误差。利用能测到-30℃低温的高精度湿度校准设备在-30~30℃试验温度范围内对碳湿敏元件进行大量静态测试, 在进一步了解碳湿敏电阻校准线随温度变化的特征基础上, 结合实际探空资料, 修正工厂的相对湿度订正原理和公式, 从而可以提高碳湿敏电阻在高湿端的测量准确度, 提高判断云层垂直位置的准确性, 进而提高L波段探空仪温度测量的精度。     

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。     

Intercomparison of Humidity and Temperature Sensors: GTS1, Vaisala RS80, and CFH

GTS1 digital radiosonde, developed by the Shanghai Changwang Meteorological Science and Technology Company in 1998, is now widely used in operational radiosonde stations in China. A preliminary comparison of simultaneous humidity measurements by the GTS1 radiosonde, the Vaisala RS80 radiosonde, and the Cryogenic Frostpoint Hygrometer (CFH), launched at Kunming in August 2009, reveals a large dry bias produced by the GTS1 humidity sensor. The average relative dry bias is in the order of 10% below 500 hPa, increasing rapidly to 30% above 500 hPa, and up to 55% at 310 hPa. A much larger dry bias is observed in the daytime, and this daytime effect increases with altitude. The GTS1 radiosonde fails to respond to humidity changes in the upper troposphere, and sometimes even in the middle troposphere. The failure of GTS1 in the middle and upper troposphere will result in significant artificial humidity shifts in radiosonde climate records at stations in China where a transition from mechanical to digital radiosondes has occurred. A comparison of simultaneous temperature observations by the GTS1 radiosonde and the Vaisala RS80 radiosonde suggests that these two radiosondes provide highly reproducible temperature measurements in the troposphere, but produce opposite biases for daytime and nighttime measurements in the stratosphere. In the stratosphere, the GTS1 shows a warm bias (<0.5 K) in the daytime and a relatively large cool bias (-0.2 K to -1.6 K) at nighttime.     

复杂山地环境下雷暴天气中的地基微波辐射计影响距离分析

利用2017年2月-2018年10月地基微波辐射计和无线电探空仪、闪电和雷达数据, 首先评估了微波辐射计温度和绝对湿度在不同高度的探测性能, 微波辐射计和无线电探空仪不同高度的温度的相关系数为0.800~0.985, 绝对湿度的相关系数为0.600~0.916;微波辐射计温度的标准差为3.9~6.1℃, 绝对湿度的标准差为0~4 g/m3, 无线电探空仪温度的标准差为4.2~6.1℃, 绝对湿度的标准差为0.1~4.2 g/m3; 微波辐射计和无线电探空仪温度绝对误差的标准差为1.06~2.90℃, 绝对湿度绝对误差的标准差为0.08~2.02 g/m3。二者K指数相关系数为0.945。其次利用K指数上升和下降到35℃的时次和不同距离闪电开始和结束时次做相关性分析, 结果表明在30 km处具有最大的相关系数(0.864), 这可能就是微波辐射计温度和湿度在复杂山地下雷暴天气中能够代表的大气层结的有效距离。最后统计分析了微波辐射计K指数上升达35℃时, 90%上游移向微波辐射计的雷暴回波(30 dBZ雷达回波超过-15℃高度层)距离微波辐射计平均距离为35.3 km, 移到微波辐射计附近平均需要92.8分钟, 局地雷暴(40 km以内)生成需要138.2分钟。      

L波段与59-701探空系统相对湿度对比分析

通过统计全国探空系统早期换型时获取的59个高空站L波段雷达-GTS1型电子探空仪系统相对于59-701探空系统在1000 hPa到200 hPa之间各规定等压面相对湿度的差值,分析探空系统换型对于相对湿度一致性的影响。结果表明:GTS1型探空仪测得的相对湿度明显比59型探空仪低,且差值随高度增加而增大,近地层二者相对湿度差值低于5%,200 hPa高度二者差值达到20%以上;冬季两套探空系统相对湿度的差值明显大于夏季,且差值随高度分布情况不尽相同。分析表明:相对湿度差值的变化除了与探空仪施放过程中外界温度变化相关,还与湿度变化趋势和变化幅度密切相关,湿度传感器存在湿滞回线和滞后现象。分析还发现,太原无线电一厂与上海长望气象科技有限公司制造的59型探空仪的性能差异不明显,且GTS1型探空仪与59型探空仪的两种湿度传感器在白天受太阳辐射的残余影响差异也不明显。     

不同天气条件下地基微波辐射计探测性能比对

利用探空数据和毫米波云雷达数据,对在大气探测试验基地同址观测的国内外3种型号地基微波辐射计进行1年（2016年10月—2017年9月）的比对分析,重点分析不同型号地基微波辐射计在晴空和云天下温、湿观测性能特征。结果表明:3种型号地基微波辐射计温度与探空相关系数均超过0.98,达到0.01显著性水平;晴空条件下,德国及国产地基微波辐射计温度平均误差均在±1℃以内（前者为负偏差,后者为正偏差）,误差较小,美国地基微波辐射计系统偏差约为-1.8℃;3种型号地基微波辐射计均方根误差随高度递增,整体均方根误差以德国地基微波辐射计2.2℃为最小,美国地基微波辐射计3.8℃为最大;在有云条件下,3种型号地基微波辐射计平均误差分布较晴空条件下无明显变化,均方根误差较晴空条件有约增加0.5℃。3种型号地基微波辐射计均呈晴空相对湿度误差小于云天误差,低空误差小于中高空误差的特点;晴空条件下,美国与国产地基微波辐射计相对湿度均方根误差分别为15%和18%左右,小于德国地基微波辐射计;云天条件下3种型号微波辐射计均方根误差均较大（26%左右）。     

微波辐射计反演产品评价

利用北京南郊探空资料,对从美国进口的微波辐射计近3年反演资料,从总体平均、早晚平均、平均年变化以及不同天空状况4个方面进行分析、评价,以了解该设备的性能和产品特点。结果表明:①温度均方根误差从近地面到5000 m,误差逐渐增大,5000 m以上又逐渐减小。相对误差总体平均不到0.2,且均为正,表明仪器反演的温度比探空的偏高。②湿度从近地面到3000 m误差逐渐增大,3000 m以上逐渐减小。总体平均相对湿度的误差均为正,表明仪器反演出的相对湿度比探空的偏高。③从温、湿度误差的早晚对比看,20:00的误差相对比08:00小。④从不同天空状况看,温度碧空、多云间晴效果较好,多云转阴、阴天效果较差;湿度多云转阴、阴天效果较好。⑤从温、湿度误差的年变化来看,温度均方根误差1500 m以下年内变化幅度较小,1500 m以上变化幅度较大,呈现出8月误差最小,3、4月最大;相对湿度的均方根误差在1500 m以下年内变化比较相似,1500 m以上脉动变化比较大。     

L波段探空仪器换型对高空湿度资料的影响

2002—2010年我国高空探测系统逐步完成了由原来的59-701型探空系统升级为L波段雷达-电子探空仪系统的工作,湿度传感器由原来的肠衣更换为碳湿敏电阻。该文对全国98个高空站相对湿度探测值在换型前后的差异进行了统计分析。结果表明:探空系统换型后,相对湿度探测值较换型前显著降低,表现为明显的干偏差,且随着高度的增加而增大,200,500 hPa和850 hPa相对湿度分别偏低14.6%,8.3%和5.3%。受太阳辐射的影响,这种干偏差在白天甚于夜间;换型前后相对湿度的概率分布也发生了明显变化,整个对流层相对湿度低于20%的低值出现频率明显高于换型前,200 hPa相对湿度小于20%的出现频率由换型前的10%增加到换型后的53%。最明显的变化是相对湿度为3%以下的出现频率,换型前各高度层出现频率均接近于0,但换型后200,500 hPa和850 hPa出现频率分别达到16.2%,9.9%和2.2%。