两种探空仪的施放比较

引言 在新设计探空仪的定型试验或对使用中的探空仪进行质量对比时,往往进行比较施放,以考核其动态测量精度。目前,国内此类试验一般有两种方法,一种是用GZZ2型(简称59型)探空仪和被试仪器进行双施放,另一种是被试仪器两个同球施放。前一种方法把两种探空仪的随机误差混在一起,无法得出被试仪器本身随机误差的量值,只能得出二者之间的系统差;后一种只能求出被试仪器的随机误差,而不能了解被试仪器和常规仪器的系统误差。尤其是当被试仪器的发射机同时又是回答器配合雷达测风时,同球施放两个同样的仪器就比较困难。     

秒级探空数据随机误差评估

利用2007年6月和2008年6—7月国内GPS探空仪同步比对试验数据及2010年中国阳江国际探空系统比对试验数据,基于现有的探空仪随机误差的间接计算方法,深入分析不同的探空原始数据平滑处理程度对随机误差评估的影响。分析表明:现有的探空仪随机误差评估方法不能完全适用于秒级探空数据,特别是对风、平流层温度和对流层相对湿度这3个要素的随机误差的评估。在同步比对施放中,如果对探空原始数据的平滑处理程度一致,可以利用现有的随机误差评估方法,不会产生明显偏差;反之,如果平滑处理程度差异较大,则间接计算得出的随机误差会明显偏大。在比对施放方案中,为了更好地获取某种型号探空仪的随机误差,建议将多个同型号探空仪同球施放进行比对观测,避免作为参考仪器的其他型号探空仪自身的误差参与计算,影响待测探空仪随机误差的评估。同型号探空仪同球施放的探空仪越多,获取的有效统计数据越多,随机误差的分析越准确。     

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.     

基于第8届国际探空比对试验对GTS1-2型探空仪技术改进与对比分析

经过国内学者和WMO的评估,GTS1-2型探空仪需要进行技术改进以适应高空气象观测业务的发展需求.2012年,GTS1-2型探空仪在原体制基础上进行了技术改进(暂命名为GTS1-2A型).2012年8月在阳江探空站开展比对试验,试验结果表明:GTS1-2A型探空仪夜间温度测量性能良好,系统误差在-0.3℃以内,标准偏差总体上在0.2℃左右;日间温度除探测中高层和出入云时外,系统误差整体上在-0.3℃,标准偏差整体上在0.4℃以内;气压除近地层有约-1.5 hPa的系统误差外,整体上系统误差和标准偏差小于GTS1-2型探空仪,尤其标准偏差在全量程范围内在0.7 hPa以内;GTS1-2A型探空仪湿度测量结果与RS92型探空仪一致性较好,灵敏度明显优于GTS1-2型探空仪,系统误差和标准偏差整体上均在10％RH以内.     

基于第8届国际探空比对试验对GTS1 2型探空仪技术改进与对比分析

经过国内学者和WMO的评估,GTS1 2型探空仪需要进行技术改进以适应高空气象观测业务的发展需求。2012年,GTS1 2型探空仪在原体制基础上进行了技术改进(暂命名为GTS1 2A型)。2012年8月在阳江探空站开展比对试验,试验结果表明：GTS1 2A型探空仪夜间温度测量性能良好,系统误差在-03 ℃以内,标准偏差总体上在02 ℃左右;日间温度除探测中高层和出入云时外,系统误差整体上在-03 ℃,标准偏差整体上在04 ℃以内;气压除近地层有约-15 hPa的系统误差外,整体上系统误差和标准偏差小于GTS1 2型探空仪,尤其标准偏差在全量程范围内在07 hPa以内;GTS1 2A型探空仪湿度测量结果与RS92型探空仪一致性较好,灵敏度明显优于GTS1 2型探空仪,系统误差和标准偏差整体上均在10%RH以内。     

利用GPS定位资料分析L波段雷达测风性能

新研制的GPS探空仪是在我国高空站网上普遍使用的L波段雷达-数字探空仪系统中增加GPS定位模块,高空风数据不但可以通过GPS定位数据计算获得,同时还可以通过L波段雷达单测风方式进行计算,这样使其自身获得了多方面的动态比对试验。通过对23份对比施放记录分析发现:在一般情况下,经过同等的适当滑动平滑后,从L波段雷达和GPS定位两个独立系统得出的高空风廓线基本一致,说明L波段雷达的测风精度基本可以达到GPS测风水平。但在探空仪上升到高空小风速区且远离测站时,雷达测风精度明显较GPS测风精度低,需要对原始数据进行更大范围的平滑。对照分析表明:目前高空站的L波段雷达观测业务还有较大发展潜力。     

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。     

L波段高空探测系统的时差及其测量不确定度

通过分析L波段高空探测系统的时序设计原理,进行GTS1型探空仪与RS92型探空仪的同球比对施放试验验证,确定了由L波段高空探测系统的时序设计造成的测量元件感应气象要素至地面设备计算机软件赋时之间的时间差,会造成测量结果的随机波动。L波段探空系统总体时差对气压测量影响较大,对温度的影响较小,对湿度的影响较为复杂;由此造成的气压不确定性,将影响探空应用文件的准确性。相对于测量元件的感应时间总是延迟的,其总体散布中心为测量元件感应气象要素后1.2s,时差散布的扩展不确定度为0.98s,气压误差最大可达0.86hPa。北斗-GPS双模式导航测风探空仪的设计中采用了消除时差的方法,大大减小了测量结果的随机误差,并且在2013年12月中国气象局阳江试验中效果良好,为该问题提出了改进方法。     

新型GPS探空仪与业务GTS1 2探空仪对比分析

2012年8月,中国气象局气象探测中心在广东阳江开展自动探空系统新型GPS探空仪比对试验,对比分析其技术改进后的准确性,试验结果表明：温度测量性明显优于GTS1 2型探空仪。湿度测量结果与RS92型探空仪一致性较好,系统误差在15%RH内,标准偏差在12%RH内。气压系统误差全量程在±10 hPa内,标准偏差在08 hPa内。位势高度系统误差在±20 gpm以内,标准偏差在70 gpm内。GPS定位测风性能优于GTS1 2型探空仪配合L波段二次测风雷达测风性能结果。     

基于北斗一号的高空风探测方法研究

我国自2000年建立北斗一号导航系统,2003年开放民用,北斗系统在气象领域的应用广受关注。分析研究北斗一号应用于高空风探测的可行性并进行了试验和验证。利用探空仪实时探测的高精度温、压、湿数据,实时确定探空仪高度,注入北斗定位单元,通过无源定位方式确定探空仪位置,获取计算层风。通过与GPS测风系统进行双施放比对,风速偏差约为0.5m/s,初步满足业务应用要求。