探空气球漂移及其对数值预报影响的研究

为了考察探空资料随高度的漂移对高分辨率数值预报模式的影响, 充分发掘探空资料的应用价值, 根据探空资料的探测原理, 设计定位方案, 计算出了各气压层上探空气球所处的实际位置。对位置订正前后的资料分别用3D-VAR系统进行同化, 将同化结果作为WRF模式的初始场进行数值预报并对预报效果进行对比分析。结果表明:探空气球在施放过程中的漂移距离远远超过目前数值模式可取的水平分辨率; 所设计的探空气球定位方案对水平分辨率为10 km ×10 km的数值预报模式基本是可用的; 总的来讲, 位置订正对分析增量场的改变与原分析增量场相比小一个量级。模式预报结果显示, 探空资料的定位使降水预报效果得到了改善。研究表明, 将各气压层上探空资料订正到实际位置对高分辨率数值预报模式的预报效果有一定程度的正面影响, 但仍需要更多的个例来验证。     

探空气球漂移位置订正在MM5模式中的应用研究

通过对模式MM5V37中客观分析系统加以改进,并采用包含有实际探空气球在各个气压层上精确的经纬度信息的新型探空资料,加以研究探空资料随高度的漂移对高分辨率中尺度数值模式MM5V37的影响。通过对一次层状云降水个例的模拟可看出:位置订正所带来的初始场差异在低层较小,高层较大,且在500 hPa以上较明显;位置订正对模拟的气象要素场的修正有明显的正面效果,对强降水天气系统的反映比较敏感;模拟结果对于雨区分布和强降水中心的位置有较大改进;位置订正后的评分总体优于不加探空和不加漂移的评分,随着模式分辨率的提高,位置订正后对小量级降水的模拟效果欠佳,但对大量级降水的模拟效果较好。     

探空气球空间定位经纬度偏差的简易检查方法

根据国家气象中心提供的“国内探空报、测风报编码扩充”方案,探空软件对探空报、测风报编码内容进行了扩充,增加了气球的空间、时间定位。而空间定位在进行标准化编报时,根据编报规则,首先要确定气球在各要素层的经纬度。即按如下公式求出气球在各点的经纬度偏差:纬度偏差X=(探测点纬度—测站纬度)×1000经度偏差X=(探测点经度—测站经度)×1000当0≤X<5000时,纬度(经度)偏差=X;当X<0,且|X|<5000时,纬度(经度)偏差=|X|+5000。根据这一特性,当X≥0时,即气球所在位置的经(纬)度大于本站的经(纬)度时,其纬度(经度)偏差肯定≤5000;反之,当…     

L波段分钟数据在WRF模式中的变分同化应用试验

为探讨蕴含气球漂移信息的高垂直分辨率L波段分钟探空数据在同化预报中的应用及影响,在初步讨论其基本特征的基础上,采用廓线和逐点两种同化方式,开展单站、降水个例及批量分钟探空同化试验,并与常规探空同化试验对比,得到以下主要结论:分钟数据可补充常规探空无法解析的垂直信息并提供气球漂移精确定位数据;同化分钟探空可有效增加观测在分析中的权重,使分析场更接近实况,逐点较廓线同化的结果差异主要在对流层上层;同化整个预报区域的分钟数据对模式的分析和预报性能有一定影响,漂移造成的风场同化差异在200 hPa及我国北方高空急流位置更明显;整体而言同化分钟数据可一定程度提升模式初始场(高层风场和低层水汽场)品质,主要改善对流层高空风和大量级降水预报性能.     

L波段雷达空间定位在民航安全方面的应用

从中国民航飞行高度层的增加着眼,利用L波段雷达探空资料的经纬度偏差,对探空气球的飞行轨迹进行准确定位,以期为民航和军航的飞机飞行安全作重要参考.     

西南涡加密资料同化对西南区域模式降水预报的影响

本文基于2017年西南涡加密观测试验的四川省11个观测站的探空资料,利用西南区域9km和3km分辨率数值天气预报模式系统,开展了数值预报同化试验。同化试验每日06和18UTC各进行一次,持续40天。西南区域9km分辨率数值预报系统(SWC-WARMS)的模拟结果表明,加密探空观测资料对四川高空观测起到了补充。同化后可以改善模式初始场,有助于提升24小时降水预报的ETS评分,对小雨到大雨量级的BIAS评分也有一定的改善。西南区域3km分辨率系统得益于分辨率的提升,相比SWC-WARMS减小了大暴雨空报面积。同化加密探空观测可以提升降水预报的ETS评分,但空报面积也有所增加。      

高空探测资料气球漂移的计算方法

随着数值模式的不断发展，探空气球的漂移偏差越来越不可忽视。为了提高高空观测数据的质量，减小在探测过程中由于气球漂移造成探测资料在空间上的误差，中国气象局提出一套探空、测风报的空间、时间扩充编码方案。该文从探空雷达探测系统、探测原理分析出发，介绍了该方案计算方法，并用个例说明方案的使用方法及业务应用前景。     

探空气球空间位置监测与航空安全应用

从近年来我国航空飞行高度层数量增加着眼,利用现有L波段高空探测系统获取的气球经、纬度偏移量,对探空气球空间位置进行准确定位,给出了计算方法.及时将探空气球的空间位置信息传送给航空飞行管制部门参考,以避免探空气球在穿过航线上空时给航空安全造成影响.     

14:00加密探空对区域数值预报系统的影响研究

基于2014年6月全国14:00(北京时,下同)加密探空观测资料,设计了观测系统模拟试验(Observing System Simulation Experiments,OSSEs)和实际加密探空同化试验(Observing System Experiments,OSEs)来评估14:00加密探空对区域数值预报系统的影响,并对14:00加密探空的观测布局进行了初步探索。结果表明:(1)理想模拟试验和实际同化试验中加入14:00加密探空对于提高区域模式的降水预报准确率均有积极影响,降水预报技巧评分在强降水量级提高更为明显,14:00起报结果优于20:00。(2)理想模拟试验中同化14:00加密探空能有效调整模式初始场中的动力、热力场结构和水汽分布,从而与"实况"更为接近。实际同化试验中增加14:00探空观测能修正模式风场,但对于温度和湿度分析在模式中低层略有负贡献,探空的湿度、温度观测本身存在观测偏差是一个可能的原因。(3)从观测布局来看,14:00加密探空对于数值预报具有基础作用,目前而言,GPS/PW等非常规资料不能取代14:00加密探空。综合考虑探空气球的施放成本,采用探测高度到300 h Pa、重点区域加密是一种经济的14:00增加高空观测方式。     

L波段秒级探空资料在GRAPES同化系统中的应用研究

我国探空站的探空系统升级为L波段探空系统后,可以获取全国120个站点连续自动测定的高空温、压、湿、风等高垂直分辨率秒级和分钟级探空廓线数据。为了分析高垂直分辨率探空秒级资料水平和垂直结构特征,并将其应用于区域GRAPES-3DVAR变分同化预报系统中,文章比较秒/分钟级探空与传统探空资料使用对资料同化预报带来的影响。试验中使用2011年6—7月资料进行分析,结果发现:秒级探空资料具有水平分布均匀,垂直结构非常密集的特点;在850、500 hPa等层次上高度分析比传统探空分析更接近NCEP分析,显示出对分析场的改进效果;同时风场在200 hPa以上的高层分析中改进显著,表现出高分辨率资料使用在高层分析中对系统模拟更加准确的特征。由于模式预报初值的改进,降水预报评分有所提高,预报偏差明显变小。因此高垂直分辨率秒级探空资料的使用对数值模式分析初值及预报的改进有着积极的意义,这为进一步开发利用秒级探空资料打下基础。     

中国探空气球水平漂移总体特征分析

利用2003年4月至2008年8月全国119个探空台站采集的气球漂移信息,分析了中国探空资料水平漂移距离、漂移距离标准差以及漂移方向的分布特征。研究表明:各层探空气球的漂移距离冬季明显大于夏季;一般探空气球的漂移距离随探空高度的增加而增大,但在夏季南方地区由于风向随高度的反转会出现探空气球水平漂移距离随高度减小的状况。探空气球水平漂移距离的标准差随高度增加而增大,且其大值区分布基本上与水平漂移距离的大值区分布一致。从气球漂移方向上看,冬季的情况相对简单,全国各探空台站各层的漂移方向基本以向东为主;但夏季探空气球漂移的方向比较复杂,在对流层低层,全国各台站漂移方向基本以向东为主,而在对流层高层和平流层,北方地区漂移方向基本向东,而南方地区以向西为主。     

基于往返式平漂探空的FY-3D卫星反演温度检验

往返式平漂探空观测（以下简称平漂探空）可实现对流层至平流层低层大气温度廓线垂直探测以及平流层低层内持续4 h的水平温度分布探测。该文介绍利用平漂探空试验数据对风云3号气象卫星D星（FY-3D）反演温度数据的检验评估算法,基于该算法和2021年3—9月长江中下游平漂探空试验数据完成对卫星反演大气温度数据的检验。结果显示:FY-3D卫星反演的温度数据准确度总体较高,与平漂探空上升段数据平均绝对偏差约为1.34℃,与下降段数据平均绝对偏差约为1.93℃;卫星反演的100 hPa以上和850 hPa以下温度误差分别偏大0.59℃和0.33℃;卫星反演平流层温度准确度低于温度廓线,平均绝对偏差约为3.92℃;与平漂探空数据相比,卫星大气温度廓线分辨率较低、趋势较平滑,无法显示大气温度垂直分布和平流层温度水平分布的细节特征。     

探空气球升速的误差修正研究

为确保探空气球实际升速在合理的范围内,减少探空气球升速理论值与实测值之间的误差,分析了气球升速过快或过慢对资料准确性的影响,探讨了空气密度、空气阻力系数、重力加速度、净举力、球皮及附加物重量等5个与气球升速密切相关因素的影响原理、取值范围、变化规律及影响程度,分析了气球升速理论值与实测值之间存在相对误差的原因,并以衡阳气象台高空探测资料为例,提出采用无量纲的升速修正系数对探空气球升速理论值进行修正,升速修正系数的数值体现了空气阻力、层流或湍流、氢气渗漏等暂时不能定量描述的因素对气球升速的影响程度。研究结果表明:对气球理论升速影响较大的因素是空气密度和空气阻力系数,且空气阻力系数是雷诺数的函数,很难得出定量值;传统方法计算的气球理论值与实测值的平均相对偏差达到了25.5%,主要是由于设置了恒定的空气阻力系数,致使理论升速远大于实际升速;修正后的气球升速理论值与实测值之间相对误差减小到了6.0%,因此修正后的气球升速理论值可以为高空气象探测业务中净举力的确定提供依据。     

风廓线仪与气球测风资料的对比分析

利用风廓线仪和气球同步探测风场资料对比,分析了风廓线仪探测风场资料的可靠性。结果表明：在稳定天气过程中,由于风廓线仪的探测盲区和地物杂波的影响,自地面至高空200m范围内,廓线仪探测的风向、风速与气球探测的风向风速值有一定偏差,200m高度以上风廓线仪和气球探空所测得的风场廓线具有很好的相关性;在复杂天气过程中风场廓线形状出现较大偏差,主要原因是由于气球探空资料在各高度层之间的整体连续性方面存在明显不足,而风廓线仪的观测资料无论在各高度层之间还是整体连续性方面都明显好于气球探空。这与在较高海拔地区,气球观测期间的大气局部不稳定有关。由于气球在经过某高度层时的取值明显受到当时大气层局部小湍流活动或者较强的下沉或上升气流影响,使气球经过该点时的位移与其相邻两点之间出现明显的飘逸,从而造成气球在某个高度范围内的风资料观测值出现较大偏离。但由于探空气球的资料不连续,无法准确判断气流扰动情况,而风廓线仪获取的不同高度上的风资料是10min内的平均观测值,一般不受小范围的空气扰动而出现较大偏离,另外,风廓线仪的观测是连续的,每组观测值之间只存在10min的时间差,通过对前后几组数据的对比分析,可以明显看出当时气流的扰动情况。因此,风廓线仪探测在资料的连续性和分析气流扰动情况,尤其是大尺度湍流活动方面更有探空气球不可替代的作用,风廓线仪观测资料的可靠性具有良好的应用价值。     

新一代高空探测系统使用技巧和故障处理方法

L波段二次测风雷达-电子探空仪高空气象探测系统是新一代高空气象探测系统,其性能、操作方法、业务流程等与59-701探测系统有所不同。文章介绍了杭州高空站2002~2004年3年中使用新一代高空气象探测系统的一些使用技巧和故障处理方法。内容包括雷达检查、探空仪基测、电池浸泡、仪器装配、瞬间观测及数据输入、气球施放、旁瓣抓球判断、探测中途丢球、放球软件出现非正常现象等。     

An assessment of radiosonde launch conditions affected by the surface wind

Carried out is an analysis of radiosonde launch conditions affected by the horizontal surface wind. Mathematically stated is a condition of successful launch agreed qualitatively with the known practical methods and upper-air sounding techniques. This condition is defined by several main factors taking account of the clamping force impact on the balloon, adaptation of the balloon speed to the wind speed, and approaching of the instrumental box of radiosonde to the surface immediately after the launch due to the deviation of the harness string from the vertical. The results obtained provide a theoretical basis for analyzing the launch parameters in order to increase the reliability of upper-air sounding and to develop the ways of its successful use under conditions of strong winds.     

杭州L波段和59-701高空探测系统资料对比分析

为比较L波段高空探测系统和59-701高空探测系统的资料异同,采用平均差、均方差比较的方法分析了杭州站平行观测一个月资料的温压湿资料,比较其异同及产生原因,为更好利用高空探测资料、改进L波段高空探测系统提供参考。通过比较发现:L波段高空探测系统比59-701高空探测系统所测的温度、高度资料更稳定、离散率更小,对提高预报准确率有利。两套系统的温度差值在70 hPa层出现明显拐点,其原因有待进一步研究。     

加密探空资料在华南暴雨数值预报的应用试验

应用逐时同化预报系统CHAF进行加密探空资料同化试验,比较了同化加密探空资料与仅同化常规探空资料所得同化分析场和模式预报结果的差异.同化加密探空资料所得分析场水汽的均方根误差减小,水汽条件和大气环流形势与实况更接近.以加密同化探空资料所得分析场为模式初始场进行预报,雨区的分布和降水量级都较控制试验有改善.分析模式预报改...     

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。