毫米波测云雷达的特点及其研究现状与展望

云在大气的能量分配、辐射传输,尤其是水循环系统中有不可忽视的作用。云探测对云物理、人工影响天气、气候变化和航空航天等领域有重要意义,是大气科学研究的热点之一。尽管目前已经发展了很多种遥感设备对云进行观测(如激光雷达、卫星、云幂仪等),但这些设备无法得到高时空分辨率的云水平和垂直结构,而毫米波雷达是云三维精细结构探测的重要工具。由于毫米波雷达具有更接近小粒子尺度的短波长,因此更适合用来探测弱云,同时毫米波雷达也存在衰减严重的缺点。介绍了毫米波雷达的特点以及其探测小粒子的优势;对比分析了其与新一代多普勒天气雷达、晴空风廓线雷达的差异,得出：毫米波雷达具有高时空分辨率,能够更精确地反映云的垂直和水平结构,比普通天气雷达更适合监测云的变化。概括了国内外毫米波测云雷达的发展现状以及在云物理研究方面的情况,并展望了国内毫米波雷达未来研究的方向。     

云相态的卫星遥感研究进展

云相态不仅是气象学和气候学研究的重要参量,也是卫星云参数反演的关键要素,其识别的准确性直接关系到光学厚度、有效粒子半径等光学和微物理参数的反演精度.卫星遥感技术的发展为云相态的识别提供了前所未有的技术手段.对能够提取云相态信息的主要星载遥感源进行了介绍,重点总结了近30年来国内外利用星载被动光学遥感资料、偏振辐射资料以及主动雷达资料进行云相态反演的基本原理、方法以及技术特点,最后针对目前云相态反演工作中存在的一些问题和发展趋势进行了探讨.     

国内大气科学学术会议消息

一、气象保障与航空、航天安全学术讨论会将于1988年10月举行。内容包括:1、图内外有关航空、航天气象保障自动化(大气探测、气象通信、气象资料和数据处理、预报技术等)系统发展动向的综合报告。2、航空、航天气象观(探)测和气象情报传输技术、气象雷达、气象卫星资料和大气环境数据处理等自动化系统、设备、装置的科研成果,以及使用试验报告。3、航空与航     

全天候卫星微波观测资料变分同化研究进展

云和降水区微波观测包含大量与天气系统,特别是台风、暴雨等灾害性天气系统发生发展密切相关的大气信息,因此微波资料的全天候同化应用成为当前数值预报领域的热点研究问题。过去20年间,全球几大数值预报中心逐步开展了全天候同化技术的研究和业务应用,证实了全天候卫星微波观测资料能够改进模式中的质量、风场、湿度以及云和降水场的初始信息,从而改进数值预报模式的预报效果。通过梳理和评述全天候卫星微波观测资料同化方法,分析其中的关键技术问题和目前存在的困难和挑战,为未来在我国数值天气预报领域开展全天候同化研究提供依据。随着我国新一代数值天气预报模式的发展应用,加强我国全天候资料同化技术的研究将会在业务中发挥更大的科学效益和应用效益。     

利用WRF3D-Var同化多普勒雷达反演风场试验研究

为了将C波段雷达风场资料更好地应用于数值预报模式中,利用两步变分法反演多普勒雷达风场资料,并处理成标准的常规探空资料,以WRF模式及其三维变分同化系统为平台,针对2013年6月19日发生在天水的一次强暴雨过程进行同化雷达反演风的试验研究.试验结果表明:同化雷达反演风场后,对降水预报的改进能维持12h,尤其同化雷达反演风场后3~9h效果非常显著;0~3h作用不是很明显;9~12h预报具有一定的正作用.另外,循环同化比同化一次效果好,但并不是同化次数越多越好.因此,同化C波段雷达反演风场后,对降水预报具有一定的正作用.     

数字全息云粒子测量技术现状及进展

准确获取大气中云粒子的原位探测信息,对于揭示气溶胶—云—降水形成物理机制、改进数值预报模式微物理参数化方案、评估人工影响天气催化效果等具有重要的应用价值。数字全息测量技术能够同时获取云粒子的尺度、速度、相态和空间位置等信息,且具有覆盖粒子尺度范围广（μm～mm）、空间采样精度高（可达mm量级）和仪器采样体积可准确确定等诸多优点,在云微物理观测领域具有广阔的应用前景。总结了目前国内外数字全息云粒子测量仪器的研究现状,分析了仪器研制所涉及的全息光路设计、机械防护和全息图处理等几个关键技术问题,并介绍了全息云粒子观测结果在揭示混合云内冰晶冻结机制和云中湍流混合作用影响微物理机制等方面的应用。最后,从技术应用角度对全息光路优化设计、全息图处理方法、仪器结构防护和外场观测试验等方面作了一定的思考和展望,以期为开展相关仪器研制和云微物理观测应用研究提供参考。     

基于数值天气模式及其模式输出的闪电预报研究进展

鉴于闪电对人类生命、设备安全的威胁、对强对流天气的指示作用及其在大气化学反应链中的重要角色,国内外大量研究人员在中尺度数值天气模式、全球气候模式中开展了闪电预报的研究工作。在数值天气模式中,闪电预报方法可以分为3种:基于闪电活动发生时的天气背景场统计关系的闪电数值诊断预报;依据云动力、微物理场与起电活动的关系建立闪电率参数化方案;在数值天气模式中耦合详细的起电、放电参数化方案。详细综述了这3种预报方法的研究进展,总结了它们各自的特点,并且对现存的难点问题及未来的发展方向进行了探讨。     

航空电磁法的发展现状

航空物探方法具有低成本快速度,从宏观上探测大区域地球物理场的优势.在我国航空电磁法相对于航磁而言发展较为缓慢,但航空电磁法的物理原理又使它具有其他航空物探方法所不能替代的功能和优势(如寻找地下水、环境调查等).文章从航空电磁观测系统、航空电磁数据处理和解释以及航空电磁应用等方面阐述了2000年以来国内外航空电磁的最新发展动态,在此基础上分析总结了航空电磁未来发展的趋势和重点.     

大气廓线物理反演的最优化方法进展

从最优化数学理论角度对大气廓线物理反演以及卫星辐射率资料直接同化中的最优化算法进行了回顾。分析了各种方法的优点和缺点、联系和差别。总结了卫星大气遥感反演问题的求解思路。对大气廓线反演研究中几种主要的目标函数和寻优策略进行了分析,着重分析了目前作为各数值预报中心和卫星数据处理中心业务数值产品核心算法的牛顿非线性迭代法的不足之处,并对其改进途径进行了探讨。引入了Levenberg-Marquardt方法及信赖域方法用于大气廓线反演,使反演算法的收敛性质得到改善。     

双校正模式下的大清河流域陆气耦合洪水预报研究

基于数值大气模式WRF、三维变分数据同化WRF-3DVar、河北雨洪模型以及实时校正模型ARMA,在北方半湿润半干旱地区的大清河流域构建了陆气耦合洪水预报系统,并利用2012、2013年发生的3场降雨洪水,对系统的降雨洪水预报结果进行分析。结果表明:雷达反射率与GTS数据的同时同化,可有效改善数值大气模式对中小尺度流域的降雨预报效果,从而降低系统的洪水预报误差,ARMA模型的应用,能够进一步提升系统的洪水预报精度,随着预见期的延长,系统的预报精度下降,但系统在6h预见期内仍表现出较好的应用效果。因此,在数据同化和实时校正的"双校正"模式下,陆气耦合洪水预报系统在延长洪水预报预见期的同时,具有较高的洪水预报精度,具有一定的应用前景。     

Overview of Researches on All-Sky Satellite Microwave Data Variational Assimilation

As the important components of the earth’s atmospheric system, cloud and precipitation strongly affect the global hydrology and energy cycles through the interaction of solar and infrared radiation with cloud droplets and the release of latent heat in precipitation development. The microwave observations in cloudy and rainy conditions have a large amount of information closely related to the development of weather systems, especially the severe weather systems like typhoon and rainstorm. Nevertheless, satellite microwave observations are usually only assimilated in clear-sky above the ocean and their cloud and precipitation content is discarded. Over the past two decades, several Numerical Weather Prediction (NWP) centers have gradually developed the “all-sky” approach to make use of the cloud- and precipitation-affected microwave radiances. It’s been proved that the all-sky assimilation can be used to improve the first guessed mass, wind, humidity, cloud and precipitation through the tracer effect. For providing an investigated reference for the future research of all-weather assimilation in domestic numerical weather forecast, this paper reviewed the all-sky assimilation methods using microwave observation data, analyzed the advantages and disadvantages of each method, and discussed the key technical problems and the existing difficulties and challenges in this field. With the development and application of the new generation of NWP model in China, advancing the domestic research of all-weather data assimilation technology will bring more scientific and practical benefits in the future.     

相控阵技术在大气探测中的应用及面临的挑战

摘要： 近年国际上相控阵技术在大气探测领域中的应用有了重要进展,成为雷达气象学研究的又一新热点,并可能成为今后天气雷达发展的重要方向。介绍了相控阵技术在大气探测中应用现状和研究进展,以及近年在气象应用中所获得的最新研究结果,展望了相控阵技术的应用前景,进一步讨论了开展相控阵技术研究所面临的技术挑战和未来发展的方向。为我国开展相控阵天气雷达的研制提供参考。     

机载多普勒天气雷达及应用研究进展

机载多普勒天气雷达由于其灵活机动性,在台风、暴雨等灾害性天气系统中尺度三维精细结构研究中发挥着重要作用.对机载多普勒天气雷达技术及其资料应用进行了概要性综述,主要从机载多普勒天气雷达发展历程、4种主要机载多普勒雷达技术特点、雷达天线扫描策略、单多普勒雷达风场反演技术、双多普勒雷达风场反演技术、雷达资料同化以及目标观测等方面进行阐述和分析;着重讨论了应用中需要解决的问题.最后,指出发展具有快速扫描和双偏振功能的机载相控阵多普勒雷达是机载天气雷达的发展方向,它可以获取高时空分辨率的探测数据,能够对云和降水系统的三维精细动力结构、热力结构以及微物理结构等进行综合研究.     

10～30d延伸期天气预报方法研究进展与展望

10~30 d延伸期预报是国际大气科学关注的研究热点。这一时间段的预报对开展防灾、救灾工作具有极其重要的价值和意义,该工作需要结合初始气象条件、海洋、大气以及气候的影响因素,其中观测资料具有复杂性、综合性、全球性等,这些科学大数据反映和表征着复杂的自然现象与关系,具有高度数据相关性和多重数据属性,预测过程十分复杂。分析了延伸期预报的各种主流方法,其中重点介绍了动力模式、经典统计和大数据方法 3类预报方法的研究现状,并探讨了各种方法的优势和不足,在此基础上对目前延伸期预报领域存在的问题进行了讨论和总结。对延伸期预报方法的未来发展方向和应用前景给以展望。     

降水临近预报及其在水文预报中的应用研究进展

随着全球气候变化、自然变迁及陆表生境改变,极端天气频发且呈现出多尺度时空变异特征,对其进行预报和预警一直是气象水文领域关注的焦点。临近预报可较准确地预报未来短时间天气显著变化,是当前预报强降水等极端事件的主要手段。从基于天气雷达0~3 h外推临近预报、融合数值模式0~6 h临近预报的发展历程梳理了临近预报的研究进展,阐述了雷达外推算法的发展进程、雷达外推预报与数值模式预报融合技术进展,指出"取长补短"的0~6 h融合预报在提高降水预报精度、延长降水预见期等多方面有较大的发展潜力,进一步探寻及提升融合技术是未来融合预报发展的核心。将临近预报以气象水文耦合的方式引入水文预报是从源头提高水文预报精度、保障水文预报效果的主要途径,总结了现阶段主流耦合方式、空间尺度匹配技术、水文模型不确定等陆气耦合中的关键问题,阐述了外推临近预报、融合临近预报作为水文预报输入的研究进展,明确了融合临近预报在延长洪水预见期、提高洪水预报精度中存在优势,并讨论了未来的研究重点及发展方向。     

Research Progress on Physical Parameterization Schemes in Numerical Weather Prediction Models

Atmospheric physics in numerical weather prediction model which predominantly determines the evolution of atmospheric processes is mainly described by physical parameterization. As a result, the development of physical parameterization has been a hot research issue in the area of numerical prediction for a long time. In this regard, the theoretical background and history of physical parameterization schemes for convection, microphysics, and planetary boundary layer, were reviewed in this study. It is suggested that the advance of physical parameterization for the model with high-resolution grid spaces should be considered as a principle issue for numerical model development in the future. Although the gird spaces in current operational numerical models generally decrease toward 10 km owing to the rapid development of high-performance computation, yet most of these schemes are designed for coarse grid spaces. Because of this kind of deficiency, the theoretical basis of these schemes inevitably faces controversy. Directions for development of physical parameterization were also suggested according to the trends of research in numerical prediction.     

多普勒天气雷达风场反演技术研究进展

多普勒天气雷达是研究中小尺度天气系统的重要工具，但却只能提供风场的径向速度，因而必须通过风场反演技术来求解二维或三维风场。详细分析了各种单部、多部和多基地多普勒天气雷达风场反演技术及其优缺点，同时指出了应重点研究的方向。从反演结果来看，基于变分法的反演技术明显优于其它方法，这是今后的一个主要研究方向；利用四维同化理论，在数值模式初始场中使用反演数据，是反演技术应用的重点。     

地面GPS探测大气的最新进展

综述了利用地面ＧＰＳ站探测大气的技术，包括基本原理，方法，应用，最新进展和结果的介绍以及存在于该技术的误差源的讨论。从地面ＧＰＳ站的观测和表面气象参数可得出天顶湿延迟的估计，再由它和可降水汽量之间的转换关系就可得出ＰＷＶ估计。这种方法求得的ＰＷＶ时间序列不仅能提高天气预报的准确度而且有助于气候变化的研究和数值天气预报模型的改进，这就是新兴学科ＧＰＳ气象学形成的基础。