基于相位法激光测距原理的雪深传感器研究与应用

从传感器测量原理、观测方法、数据处理算法等方面介绍了一种利用相位法激光测距原理测量积雪深度的雪深传感器,并参加了中国气象局于2010/2011年在黑龙江通河、新疆阿勒泰等台站开展的积雪深度对比观测试验,与超声波传感器和人工测量积雪深度进行了对比,比较了三者之间测量结果的差异。试验结果表明:这种激光雪深传感器能够适应冬季严寒和暴雪天气条件,可以连续、自动、准确的监测雪面变化过程;与超声波雪深传感器相比,激光雪深传感器测量结果更加稳定,更加接近人工观测结果;激光雪深传感器与人工测量雪深结果之间的平均误差约为,测量精度达到《地面气象观测规范》要求。     

铂电阻地表温度与玻璃液体地表温度分析对比

通过2010年不同天气条件下铂电阻地温传感器与玻璃液体地温表对比观测获取数据分析,不同典型天气条件下（无云、降水、低温阴天等）,观测差值的变化情况。结果表明：观测结果差值大小,主要受太阳辐射和下垫面状况影响。无云时两者受太阳辐射影响较大,观测值在早上（或夜间）至12时之前较小,12时至16时较大,低温阴天覆盖时两者的观测差值日变化较小。降雨时下垫面状况发生变化,不受太阳辐射影响,两者的观测差值会逐渐减小。     

激光雪深观测仪与人工观测比对试验方法及分析

从传感器设计原理及数据处理算法等方面介绍一种激光雪深观测仪,提供一种雪深对比试验方法,对观测数据进行完整性、稳定性、准确性等评估分析.结果表明:试验分析数据差异主要是由风速、冰水混合物、昼夜温差大等因素引起的.通过对激光雪深观测仪数据与人工观测数据进行一致性分析得知,激光雪深观测仪测量精度达到了《地面气象观测规范》要求...     

红外与铂电阻地表温度测值分析对比

介绍了红外与铂电阻观测地表温度的方法和原理及影响因素。通过2007年1月至2008年2月锡林浩特国家气候观象台红外与铂电阻地表温度对比观测试验获取数据对比,分析不同典型天气条件下(高温、低温、降雨、降雪覆盖等)观测差值的变化情况。结果表明,观测结果差异的大小主要受太阳辐射和下垫面状况影响。夏季高温时,铂电阻地表温度传感器受太阳辐射影响较大,两者的观测差值在白天较大,夜晚较小;冬季低温时,两者的观测差值日变化较小,且观测资料具有很好的可比性;降雨时,下垫面状况发生变化,同时不受太阳辐射影响,两者的观测差值会减小;降雪覆盖时,两者的观测值由于下垫面状况发生变化,观测对象发生变化而不再一致,红外观测值高于铂电阻观测值,随着积雪的融化,差值逐渐变小。     

百叶箱结构对气温观测值的影响

通过分析2009年3月至2010年2月小百叶箱观测温度与自动站大百叶箱的温度发现:月、年平均温度均是小百叶箱内观测值普遍低于大百叶箱观测值,但差值较小,多数在0.2℃以内.平均最高温度差值略大,最大值为0.4℃,冬季差异大.月极端温度差值大且不稳定,差值有正有负,均在正负1℃之内.日极端温度差值比较集中,最高温度主要分布在-0.65～0.14℃,最低温度在-0.4～0.02℃.温度日变化趋势非常一致,温度变化平缓时两者基本重合;剧烈变化时,大百叶箱内升温快,降温也快.一日内降温阶段差值为正,升温阶段,差值为负,差值最大的时间在上午09:00-12:00.无论在多云和少云,还是高风速和低风速条件下,两种百叶箱内测量的气温差值普遍在0.2℃以内.     

SR-50A超声雪深仪在西藏高原的适用性研究北大核心CSCD

为满足应急气象服务需求,2013 2014年在西藏自治区强降雪和雪灾易发及重点积雪区域气象站安装了4套SR-50A超声波雪深观测系统,首次实现了西藏高原雪深自动观测和数据实时传输。利用12:30加密和08:00(北京时)常规人工雪深观测数据对4个站SR-50A雪深观测数据进行了评估和对比分析。结果表明:(1)SR-50A与人工观测的平均雪深偏差范围在±2 cm之内。雪深越大,平均均方根误差越小,观测精度越高。SR-50A传感器更为适合雪深较大地区的积雪监测。(2)SR-50A对西藏高原的雪深具有较好的监测能力,与人工观测雪深具有较好的一致性,4个观测点的线性相关系数在0.81~0.97,呈现极为显著的线性关系。(3)大风、局地太阳光照条件、气温和地表特征等因素通过风吹雪和融雪引起观测场内积雪分布不均匀,加之仪器是固定点观测,人工观测是观测场内3个点的雪深平均值,这些是SR-50A与人工观测雪深差异较大的主要原因。     

SR-50A超声雪深仪在西藏高原的适用性研究

为满足应急气象服务需求,2013 2014年在西藏自治区强降雪和雪灾易发及重点积雪区域气象站安装了4套SR-50A超声波雪深观测系统,首次实现了西藏高原雪深自动观测和数据实时传输。利用12:30加密和08:00(北京时)常规人工雪深观测数据对4个站SR-50A雪深观测数据进行了评估和对比分析。结果表明:(1)SR-50A与人工观测的平均雪深偏差范围在±2 cm之内。雪深越大,平均均方根误差越小,观测精度越高。SR-50A传感器更为适合雪深较大地区的积雪监测。(2)SR-50A对西藏高原的雪深具有较好的监测能力,与人工观测雪深具有较好的一致性,4个观测点的线性相关系数在0.81~0.97,呈现极为显著的线性关系。(3)大风、局地太阳光照条件、气温和地表特征等因素通过风吹雪和融雪引起观测场内积雪分布不均匀,加之仪器是固定点观测,人工观测是观测场内3个点的雪深平均值,这些是SR-50A与人工观测雪深差异较大的主要原因。     

L波段与59 701探空系统观测资料差异评估

利用四川在59-701探空系统向L波段雷达GTS1型电子探空仪系统转变时,就4个高空台站开展了两套系统对比观测的资料进行了差异评估。结果表明:太原厂59型探空仪所测的温度、位势高度比上海厂59型探空仪所测偏高。100 hPa高度以下温度、位势高度观测数据没有明显的跳变,但以上高度换型带来的变化较明显;两套系统所测湿度差异较大,近地面差值最小,差值随高度升高而增大;L波段系统所测湿度基本是低于59-701系统所测湿度。两套系统所测平均风向、平均风速差异较小。直接差异各要素差异的峰值均较大。各要素差值的离散情况随高度的变化各异,总体离散程度最大的是位势高度,其次依次是风向、湿度、露点、风速、温度。两套系统所测要素的差值变化趋势虽然普遍没有太大差异,但湿度、风向和风速的差值变化还是表现出与地理位置、季节和施放时间有关。两套系统在观测所使用设备、原理、精度、订正、观测方法、对比时的放球时间等的不同,都会引起测量值出现差异。     

基于磁致伸缩技术的蒸发自动测量装置设计与实现

针对目前气象水文部门普遍采用的超声波蒸发传感器测量精度只有1.5mm且测量时易受环境因素影响的问题,提出了基于磁致伸缩位移测量技术,研制出一种高精度的测量装置,实现对水面蒸发量的自动测量,其测量精度可以达到0.1mm,同时给出了有关实现电路。通过在自动气象站中应用该装置进行为期6个月的蒸发量自动测量,并将自动测量数据和人工观测数据进行对比,验证了磁致伸缩技术在实现蒸发量的高精度自动化测量方面的可行性。在气象水文部门,可以使用该装置代替超声波蒸发传感器,得到精度更高、稳定性更好的蒸发量测量结果。     

多传感器自动站的数据融合效果及优势分析

采用三个同类型的温度、湿度和雨量传感器分别对气温、相对湿度以及降雨量进行测量。通过计算同一气象要素三个测量值之间的离散度以及数据集中度,结合观测数据的时间序列变化趋势,融合得到一个更具有代表性,更加准确的数据作为该气象要素的观测值。对三种气象要素多种天气状况下的融合数据进行业务对比,一致率计算结果证明,多传感器融合结果与业务观测数据一致性比较高。对差值的规律和异常数据进行分析,显示多传感器具有以下优势：在单一传感器故障时保障观测数据连续不间断,剔除由信号干扰或者误操作导致的错误数据,增加强对流过程中奇异数据的可信度,及时反映单个传感器性能变化。因此多传感器自动站不但可以作为业务使用,而且对解决业务观测中部分数据不可信的问题具有重要意义。     

Response of the Indian summer monsoon circulation and rainfall to seasonal snow depth anomaly over Eurasia

Several observational and modeling studies indicate that the Indian summer monsoon rainfall (ISMR) is inversely related to the Eurasian snow extent and depth. The other two important surface boundary conditions which influence the ISMR are the Pacific sea surface temperature (SST) to a large extent and the Indian Ocean SST to some extent. In the present study, observed Soviet snow depth data and Indian rainfall data for the period 1951–1994 have been statistically analyzed and results show that 57% of heavy snow events and 24% of light snow events over west Eurasia are followed by deficient and excess ISMR respectively. Out of all the extreme monsoon years, care has been taken to identify those when Eurasian snow was the most dominant surface forcing to influence ISMR. During the years of high(low) Eurasian snow amounts in spring/winter followed by deficient(excess) ISMR, atmospheric fields such as temperature, wind, geopotential height, velocity potential and stream function based on NCEP/NCAR reanalyses have been examined in detail to study the influence of Eurasian snow on the midlatitude circulation regime and hence on the monsoon circulation. Results show that because of the west Eurasian snow anomalies, the midlatitude circulations in winter through spring show significant changes in the upper and lower level wind, geopotential height, velocity potential and stream function fields. Such changes in the large-scale circulation pattern may be interpreted as precursors to weak/strong monsoon circulation and deficient/excess ISMR. The upper level velocity potential difference fields between the high and low snow years indicate that with the advent of spring, the winter anomalous convergence over the Indian region gradually becomes weaker and gives way to anomalous divergence that persists through the summer monsoon season. Also the upper level anomalous divergence centre shifts from over the Northern Hemisphere and equator to the Southern Hemisphere over the Indian Ocean and Australia.     

青海省甘德两次降雪过程的微气象特征分析

利用青海省甘德两次降雪过程的微气象观测数据,探讨了两场降雪过程雪深、雪密度、雪中含冰量、雪中含水量和雪面温度的变化情况,分析了地表反照率与雪密度、雪中含冰量及雪中含水量的关系,结合降雪过程近地面温、湿、风廓线特征分析了积雪对近地面温、湿、风梯度的影响。结果表明:积雪覆盖会导致地表反照率显著增加,降雪过后正午时地表反照率可高达0.8～0.9。随着积雪的消融,地表反照率逐渐减小;积雪反照率与雪密度和雪中含冰量呈正相关,与雪中含水量呈负相关;地表积雪覆盖会导致近地面温度梯度绝对值减小,相对湿度梯度绝对值在凌晨减小、午后增大,地表积雪覆盖对近地面风速梯度变化并无特定的影响。     

Observational Study on the Supercooled Fog Droplet Spectrum Distribution and Icing Accumulation Mechanism in Lushan,Southeast China

A fog monitor, hotplate total precipitation sensor, weather identifier and visibility sensor, ultrasonic wind speed meter,an icing gradient observation frame, and an automated weather station were involved in the observations at the Lushan Meteorological Bureau of Jiangxi Province, China. In this study, for the icing process under a cold surge from 20–25 January2016, the duration, frequency, and spectrum distribution of agglomerate fog were analyzed. The effects of rain, snow, and supercooled fog on icing growth were studied and the icing and meteorological conditions at two heights(10 m and 1.5 m)were compared. There were 218 agglomerate fogs in this icing process, of which agglomerate fogs with durations less than and greater than 10 min accounted for 91.3% and 8.7%, respectively. The average time interval was 10.3 min. The fog droplet number concentration for sizes 2–15 μm and 30–50 μm increased during rainfall, and that for 2–27 μm decreased during snowfall. Icing grew rapidly(1.3 mm h-1) in the freezing rain phase but slowly(0.1 mm h-1) during the dry snow phase. Intensive supercooled fog, lower temperatures and increased wind speed all favored icing growth during dry snow(0.5 mm h-1). There were significant differences in the thickness, duration, density, and growth mechanism of icing at the heights of 10 m and 1.5 m. Differences in temperature and wind speed between the two heights were the main reasons for the differences in icing conditions, which indicated that icing was strongly affected by height.     

西天山气象因子对融雪期积雪深度影响通径分析

积雪深度的变化受到多种气象因子共同影响。基于天山积雪雪崩站观测的水文气象资料,通过数理统计、标准化处理、通径分析等方法探索气象因子之间的相互作用对积雪深度变化的影响。研究结果表明:融雪期大气温度、净辐射、相对湿度等6个气象因子对积雪深度变化的影响程度不同,净辐射与积雪深度相关程度最高。气象因子之间有着不同程度的相互联系,相对湿度与降水之间的相关系数高达0.854,相对湿度与降水之间有着密切的联系。直接通径系数反映独立气象因子对积雪深度的直接影响程度,间接通径系数反映独立气象因子在其他气象因子的影响下对积雪深度的间接影响程度。根据积雪深度决定系数绝对值的大小可以得到,对积雪深度变化贡献力由大到小的气象因子依次为:净辐射、地表温度、大气温度、降水、相对湿度、风速;积雪深度的剩余系数为0.353,说明除了本研究的6个气象因子以外还存在着其他影响积雪深度变化的因素。     

城市雪灾气象等级划分标准的研究

摘要：本文选取累积降雪量、最大日降雪量、连续降雪日数、积雪深度、日最低气温、日最大风速和日最小相对湿度7个气象因子构成城市雪灾气象指数。通过对城市雪灾气象指数的范围划分,得到从低到高的5级城市雪灾气象等级,并给出等级描述及可能影响。     

超声测风传感器在回路风洞中的测试

超声测风仪因启动风速小、无转动部件、不破坏风场、测量精度高等特点,适用于多种行业的测风需求。超声波测风的相关检定规程当前在国内尚未正式制定。本文借鉴风杯检定规程所选择的风速测试点,在HDF-720低速回路风洞中,对超声测风仪在不同角度下进行了测试数据统计分析。结果表明:超声测风仪可以安装在工作段面较大的风洞中进行测试,由于超声探头存在阴影效应,对于同一风速,不同角度上的测量结果稍有差异,而且不同风速对应的差异也不同。利用超声测风仪进行风速实时测量时,必须结合上述测试分析,按照超声传感器的安装角度,对测量值进行相应修正。     

景德镇市三类降雪天气概念模型研究

计算并分析了景德镇市出现雨夹雪、一般降雪、大雪（分别简称为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类降雪）形势场、本站要素、层结资料,概括了3类降雪的天气学概念模型。分析结果表明：（1）3类降雪天气过程中,高空500 hPa有强盛的西南偏西气流,且随着降雪强度的增大,西南风速逐渐增大。地面则有较强冷空气堆积,位于贝加尔湖西部的冷高压中心气压在1 050 hPa以上,景德镇处于冷高压底部。925 hPa 30°N附近冷空气势力强,气温低。Ⅰ类降雪的主要影响系统是在江西省北部上空交汇的冷、暖平流,Ⅱ类、Ⅲ类则是850 hPa的切变线,出现Ⅲ类降雪时切变线位于景德镇附近,而出现Ⅱ类降雪时切变线则稍偏南,位于赣中。（2）地面气温变化是降水相态改变的关键,气温越低,越易出现降雪。从大雪至雪后雨,气温逐渐上升。（3）中低层的气温,Ⅱ类降雪较Ⅰ类低;近地面层气温,Ⅲ类降雪与Ⅱ类降雪接近;700 hPa和850 hPa层气温,Ⅲ类降雪比Ⅱ类降雪偏高。（4）Ⅰ类降雪常伴有逆温,但在向Ⅱ类降雪的转换过程中,逆温逐渐减弱,到Ⅲ类降雪时,逆温消失。（5）3类降雪均存在明显的风垂直切变,低层风弱,高层风强,且随着降雪强度的增大,表现愈加明显。     

城市雪灾气象等级划分标准的研究

选取累积降雪量、最大日降雪量、连续降雪日数、积雪深度、日最低气温、日最大风速和日最小相对湿度7个气象因子构成城市雪灾气象指数。通过对城市雪灾气象指数的范围划分,得到从低到高的5级城市雪灾气象等级,并给出等级描述及可能影响。     

乌鲁木齐冬季清雪预报服务研究

以乌鲁木齐冬季清雪工作需求为牵引,利用乌鲁木齐2006—2016年冬季(当年11月—翌年3月)逐日降雪量、积雪深度、气温和173 d降雪日的逐时降雪量资料,分析了近11年冬季各量级降雪的分布特征、降雪持续时间和降雪的日变化特征;对积雪深度和对应降雪量做线性拟合,得出二者比值大体为0.968 cm/mm。得出清雪预报服务的重点是:小雪的有无、降雪起止时间和累积降雪量、积雪深度的预报,难点是中雪、大雪特别是暴雪和对应的积雪深度的精细化预报。     

Variations in Wind Speed and Air Temperature in the Surface Layer during Blowing Snow Analyzed from Empirical Data

Variations in wind speed and air temperature during blowing snow are considered in detail using data from the Canadian weather observation network with high spatiotemporal resolution. It is revealed that blowing snow considerably affects the lower atmospheric layer regime. The analysis of observational data illustrates the fact of wind speed increase during the snowstorm. The local minima of air temperature during the period of blowing snow are identified. The method is determined for calculating the threshold wind speed that provokes the onset of blowing snow. The highest skill scores were obtained for the method which takes into account air temperature and humidity.