L波段与59-701探测系统同步资料对比分析

选用安康2005年11月（59个时次）同步观测资料,利用统计学原理,对L波段探测系统和59-701探测系统等压面各要素的测值进行比较、分析,结果表明：两套系统的高度、温度探测值比较接近,但L波段探测系统的高度、温度离散度小于59-701探测系统,其高度、温度测值波动小,稳定性好,测量精度高,探测数据准确、可靠;L波段探测系统的相对湿度测值低于59-701探测系统,且两者测值相差较大,L波段探空仪湿度传感器灵敏度高,采样速度快,但相对湿度测值离散度较大,和59型探空仪相比,其相对湿度测值稳定性较差。     

59型探空仪与L波段探空仪数据对比分析

利用西安泾河站2004、2007年共1460多个时次的高空资料,对100hPa及以下等压面的位势高度、温度、露点温度和相对湿度进行全面统计、对比、分析,结果表明：59型探空仪与L波段探空仪所测位势高度和温度差异较小,但59型探空仪前后时次探测值波动较大,而L波段探空仪探测值波动小,前后时次连续性好;59型探空仪与L波段探空仪所测露点温度和湿度差异较大,59型探空仪湿度变化比较平稳,曲线较均匀,符合大气层结规律,而L波段电子探空仪湿度变化较大,曲线呈锯齿状,不符合大气层结规律,L波段电子探空仪湿度感应元件的质量和性能还须进一步提高。     

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。     

GTS1型探空仪与59型探空仪测得的逆温比较

对比阳江高空站L波段高空探测系统(使用GTS1电子探空仪)与59-701高空探测系统(使用59型探空仪)的观测资料,发现对流层以下出现逆温时,湿度随高度增高而突然大幅变小,湿度曲线变率比温度曲线变率更大.GTS1电子探空仪还能发现在个别情况下,逆温出现前,气温还有一小段时间(3～8 s)的明显下降过程,温度下降幅度约1～3 ℃后,逆温现象才出现,这是59型探空仪没有探测出来的.     

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。     

高空气象探测系统换型记录对比分析

利用青海省西宁市气象站L波段雷达探空系统和701雷达探空系统定时探测资料,应用统计学方法,分别对各标准等压面层的高度、温度、湿度、风进行差值对比分析,同时对500hPa高度、温度及其差值的分布特征进行研究。结果表明:L波段雷达探测系统感应灵敏,滞后误差小,所获资料离散性小,更加稳定可靠;L波段雷达系统高度、温度的测值比701雷达系统的测值偏高,湿度测值却偏低,07时偏高或偏低比19时明显,500hPa及其以下两者测值接近,差值较小,温度差值分布较高度差值分布集中;两种探空仪灵敏度的高低在对流层顶附近表现得更为突出,其差异更加明显;各层之间比较:高度平均绝对差值随着探测高度的升高而增大;温度平均绝对差值随高度的变化不尽相同,在温度突变的对流层顶附近差值幅度较大,同样当湿度变化剧烈时,其差值幅度也相应增大;风的变化随机性较大,总体上风向在对流层底部尤其在摩擦层内偏差相对较大,但随高度变化呈减小趋势,相反,风速平均绝对差值表现出随高度变化逐渐增大的趋势。     

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。     

L波段高空气象探测系统气压、高度观测数据分析

对甘肃省民勤站L波段高空探测系统GTS1型探空仪地面基测气压变量的统计分析表明,气压传感器在地面稳定的环境下感应的数值与标准气压数值相比偏低;在实时探测过程中,气压相差1hPa时,L波段高空探测系统所反映出的测高偏差随探测高度的增加而不断变大;对L波段雷达和GTS1探空仪测量高度的差值进行比较,所得的高度差随探空仪的升高而逐渐增大,探测高度到达36000gpm时,高度差约为1700gpm。     

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。     

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。     

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。     

TC-3P型电子探空仪研制

ＩＣ－３Ｐ型电子探空仪是一种过渡型产品,它将快速地替换现行５９型机械变形式探空仪,其地面装置仍采用７０１型二次测风雷达系统。它的研制成功可迅速地提高我国探测业务水平,而跟上国际探测业务水平。ＴＣ－３Ｐ型电子探空仪主要技术性能温度：敏感元件类型棒状热敏电阻测量范围＋５０～－９０℃准确度０．５℃湿度：敏感元件类型碳湿敏电阻片测量范围０～１００％ＲＨ准确度－２５℃以上,５％ＲＨ－２５℃以下,１０％ＲＨ气压：敏感元件类型变容型金属膜盒或硅压阻气压元件测量范围１０６０～１０ｈＰａ准确度１０６０～５００ｈＰ…     

L波段雷达-电子探空仪系统对比观测分析

利用酒泉高空站L波段雷达-GTS1电子探空仪系统与“59-701”系统1个月的同步观测资料,对该站使用L波段探空系统后高空探测资料变化情况进行分析评估。通过直接对比、与国家气象中心数值预报6 h初估场比较和相关性检验分析,得到各规定等压面上位势高度、温度、湿度、风向、风速等的偏差和均一性检验结果。结果表明,酒泉站使用L波段雷达系统后,温度、高度、风向、风速记录平均而言未产生跳变,对流层上层湿度记录离散性小,新老系统的相对湿度差随高度增加而增加,记录准确率有明显的改善。在温度较低的对流层上层,59型探空仪测定的相对湿度偏高,GTS1型电子探空仪测定的湿度数据更接近国际上比较先进的探空仪。     

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.     

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。     

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。     

GTS1-2与GTS11探空仪三亚观测数据对比分析

为了提高探空业务质量,2020年1月和7月,三亚地区开展了高空气象平行观测。对该期间GTS1-2和GTS11型数字探空仪在925～500 hPa规定等压面的探空数据进行分析后发现：较之GTS1-2型探空仪,GTS11型探空仪在整体上测得较低的温度值和较高的相对湿度值,且能获取更丰富的湿度数据细节,在测量位势高度上两种型号探空仪具有较好的一致性。     

两种探空仪观测湿度垂直分布及其应用比较

对2010年8月在云南腾冲利用芬兰Vaisala RS80和低温霜点仪 (Cryogenic Frostpoint Hygrometer,CFH) 两种探空仪测量大气湿度的垂直分布进行对比分析,同时比较它们白天和夜间测量误差的差别,并对国产GTS1,RS80和CFH共3种探空仪测量水汽总量与地基GPS遥测结果进行比较。结果表明:RS80湿度测值在整个对流层比CFH测值偏干 (23.7±18.5)%;因太阳辐射白天RS80偏干较夜间更明显,比夜间偏干 (13.5±14.8)%。而在对流层上层向平流层过渡区域内RS80湿度数据基本无效。CFH在低温、低湿环境下对湿度能有效测量,但在湿度较高的对流层低层测值偏高,导致比较中CFH水汽总量平均比GPS遥测的水汽总量偏高 (4.3±2.0) mm (样本数为11),而RS80,GTS1与GPS的水汽总量差别分别是 (0.2±1.4) mm (样本数为12), (-0.2±2.2) mm (样本数为43)。地基GPS遥测的水汽总量对对流层上层至平流层的水汽变化不敏感。由于RS80测量相对湿度在高空偏低,通过RS80相对湿度测值来确定中、高云结果是偏低的,特别是对6000 m以上的高云判别上,RS80相对湿度的探测几乎很难甄别到云的存在。     

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。     

两种探空仪判别云垂直结构的对比研究

利用广东省阳江地区2010年7—8月WMO组织的国际高性能探空系统对比试验数据,对Vaisala RS92型探空仪和国产长峰探空仪的测云性能进行对比分析,并利用同步观测的Vaisala云高计和毫米波雷达数据进行了分析和验证。结果表明:两种探空仪判别的云层垂直结构都能较好地反映阳江的实际的云层情况。对于低云,两种探空仪的探测结果比较接近;对于不密实的云层,两种探空仪都会误判为多层云;对于高云,两种探空仪的判别效果均不理想,长峰探空仪还容易漏判云层。RS92探空仪探测的高云的云底和云顶的平均高度要高于长峰探空仪的探测结果。