青藏高原大气可降水量单站观测对比分析

为了探讨青藏高原大气可降水量观测资料的可靠性,对2015年6-9月西藏申扎、改则和那曲3站地基GNSS遥感的大气可降水量、同址探空观测的大气可降水量、风云三号可见光红外扫描辐射计反演的晴空大气可降水量、MODIS大气可降水量和NCEP可降水量进行对比分析。结果表明:探空可降水量和地基GNSS可降水量的偏差较小,均低于2.5 mm。风云三号可降水量明显偏低,与其他观测结果的偏差超过6 mm。全自动探空可降水量离散程度较L波段探空大,均方根误差超过4 mm。      

大气遥感探测概貌

当前,大气遥感技术主要从三方面发展,微波遥感、光学遥感以及声学遥感。其中微波遥感兴起得最早,紧接着红外技术的发展,激光的发现又开辟了光学遥感。声学遥感是六十年代末、七十年代初才崛起,目前,它的发展还不如上述二种遥感技术那末广泛。 起初,遥感技术都在地面上使用,到了六十年代,气象卫星的出现,又开辟了一个新的领域——空间遥感技术。这样从遥感技术的使用场地可划分为空间遥感和地面遥感。 大气遥感探测理论的任务就是将一种波(电磁波或声波)在大气传播过程中的种种变化与气象要素建     

两波段微波辐射计遥感云天大气的可降水和液态水

本文在薄大气近似下计算了1.35cm和8.5mm波段上云天大气辐射传输,建立了微波辐射亮度温度与云中液态水含量、大气衰减与水汽总量的经验关系,讨论了由两波段的辐射测量遥感云天条件下的水汽总量和云中含水量的方法,并进行了实验验证.在我们的实验条件下,微波遥感的云天水汽总量与探空值的相对偏差约为10%.     

COSMIC掩星资料反演青藏高原大气廓线与探空观测的对比分析

利用青藏高原地区COSMIC掩星资料反演的大气湿廓线Wet Prf数据和8个站点的探空数据,分析了COSMIC反演大气廓线和可降水量与探空观测的偏差,并考查了偏差随高度的变化特征。结果显示:(1)COSMIC反演的温度、压强和水汽压廓线与探空观测具有很好的正相关;与探空观测相比,COSMIC的温度、压强和水汽压的偏差为-0.2℃、1.7 h Pa和0 h Pa,均方差为1.8℃、1.6 h Pa和0.4 h Pa;COSMIC反演大气廓线与探空观测的偏差基本上在大气低层较大,然后随高度增加而减小。(2)COSMIC反演的可降水量与探空观测正相关较好;COSMIC反演的可降水量低于探空观测,两者的偏差为-5.0 mm,均方差为5.7 mm;两者的负偏差在大气低层最明显。(3)探空观测在近地层的不稳定性和COSMIC反演方法中背景模式在青藏高原地区描述大气状态的能力有限,是造成COSMIC反演大气廓线和探空观测的偏差在近地层较大的主要原因;COSMIC观测的折射率偏小导致其反演的可降水量偏低。     

发展中的地基大气廓线探测

最初的大气廓线探测—无线电探空的出现和组网观测推动了气象学的发展。地基遥感大气廓线探测的发展将会推动对中小尺度天气系统变化规律的认识,提高对强天气过程的认识和预报能力。地基遥感大气廓线探测的主体技术已经成熟,但其复杂性和应用难度,远高于无线电探空,在应用环节、设备研制生产环节和多种技术的综合集成方面都面对技术挑战。多种大气廓线探测技术综合集成已成为大气廓线探测发展的重要特征和趋势。综合集成一方面能够提供更多要素,以满足应用需求;另一方面将改进、完善大气廓线探测能力,提高探测精度。     

应用全球定位系统、太阳光度计和探空仪探测大气水汽总量的对比分析

介绍了应用全球定位系统(GPS)和太阳光度计估算大气水汽总量的方法。大气中的水汽会对GPS信号的传播造成显著的影响,故可以利用GPS观测估算水汽总量或可降水量(PW);在近红外940 nm波段,水汽对太阳直射辐射的吸收作用会直接影响到太阳光度计观测的信号,利用水汽吸收透过率与水汽量的关系,应用太阳光度计的辐射观测资料也可以反演出无云情况下的水汽总量。将锡林浩特观象台2008年5—7月的GPS、CE-318型太阳光度计和探空仪3种观测的水汽量进行了比较,三者对水汽量的变化趋势描述较为吻合,相关系数在0.88以上,说明GPS和太阳光度计都能捕捉到大气中的水汽变化信息;但在水汽量的具体数值上存在差异。统计分析表明:相对于探空来说,GPS-PW稍高于探空值约0.18 g/cm2,太阳光度计PW值则低于探空。太阳光度计便于携带,观测简便;GPS可全天观测无需标定,利用GPS-PW对太阳光度计反演中的模拟参数进行校正是一种可行的方法。     

往返平飘式探空观测系统对CMA-MESO的影响研究北大核心CSCD

往返平飘式探空观测是我国研发的一种新型高空观测技术,除了具备与传统探空观测一致的上升段大气垂直廓线观测能力,同时还增加了平飘段和下降段的大气探测,自动实现了探测廓线的时空加密。利用ERA5再分析资料作为“真值”,利用往返平飘式探空模拟仿真系统构造了往返式探空模拟观测,基于CMA-MESO区域模式和3D-Var同化系统进行了观测系统模拟试验(Observing System Simulation Experiments,OSSEs)。数值试验结果表明:相比传统单次上升段探空观测,往返平飘式探空在全国组网的情况下,其增加的下降段模拟探空观测,能够有效提高CMA-MESO的降水预报技巧,不同降水量级的ETS评分提高约2%~5%,同时改进要素场(温、湿场和风场)的预报,改进率约为2%~5%。此外,典型天气个例分析结果表明,增加往返平飘式探空观测能够改善模式初值偏差,从而更准确地模拟降水分布。该文的研究结论为往返平飘式探空的未来科学布局和应用提供了理论支撑。     

地基遥感联合反演大气边界层高度与ERA5再分析资料比对分析

利用北京国家综合气象探测试验基地超大城市观测试验建设的地基垂直遥感设备(激光气溶胶雷达、微波辐射计及风廓线雷达),使用2021年5—8月的观测资料,根据不同设备的探测优势以及边界层的日变化规律,利用激光气溶胶雷达、微波辐射计、风廓线雷达观测资料进行联合反演,得到全天候大气边界层高度。并将联合反演所得的边界层高度与探空资料计算及ERA5再分析资料提供的全天候大气边界层高度进行比较,发现:联合反演边界层高度与ERA5数据提供的大气边界层高度有较好的一致性;激光气溶胶雷达适用于白天对流边界层的观测,微波辐射计适用于夜间稳定边界层的观测,使用微波辐射计与风廓线雷达联合反演大气边界层高度可以改善弱降雨时单设备的反演结果;联合反演的大气边界层高度结果与单设备反演大气边界层高度均符合大气边界层的日变化规律;得到的联合反演边界层高度与探空数据计算得到的大气边界层高度差值的标准偏差为62 m,相较于ERA5数据提供的一定范围内大气边界层高度均值,联合反演边界层高度能更精准地反映更小范围内的大气边界层高度。     

青藏高原大气总水汽量的反演研究

利用2001年青藏高原89个气象站资料、NCEP格点再分析资料以及2001—2003年7月3个地基GPS站的大气总水汽量观测资料,对GPS遥感的大气总水汽量与探空观测结果做了比较,研究了大气总水汽量变化对降雨形成的影响,大气总水汽量与地面水汽压的关系,分析了青藏高原大气总水汽量的时空变化特征及其成因。结果表明:GPS遥感的大气总水汽量与探空观测结果吻合得较好,2001年那曲站两种结果相比均方根误差仅0.15 cm;大气总水汽量与地面水汽压之间有良好的相关关系;不同季节高原上基本都存在3个明显的大气总水汽量高值中心:即东南部、西南部和西北部;高原大气总水汽量分布的季节变化与500 hPa风场及整层大气水汽通量的变化关系密切。     

基于一维变分算法的地基微波辐射计遥感大气温湿廓线研究

为研究地基微波辐射计遥感温、湿度廓线的一维变分算法的反演能力,用北京地区2010—2011年00和12时(世界时)的多通道地基微波辐射计亮温资料进行试验。首先,利用同时次的地面观测资料、红外亮温(由地基微波辐射计自带红外传感器测得)及探空观测数据,给出提取无云样本的方案,得到432个无云样本;再以辐射传输模式计算得到的模拟亮温为参考,对无云条件下的观测亮温进行质量控制;然后利用探空数据进行模拟试验,结果发现,一维变分算法对3 km以下的温度廓线有较大调整。使反演结果更加接近探空,而对湿度廓线在0—10 km都有不同程度的优化;最后利用一维变分算法对地基微波辐射计观测亮温进行大气温湿廓线反演,将结果与探空对比可以看出,温度廓线的均方根误差小于2.9 K,绝对湿度的均方根误差小于0.47 g/m~3;进一步与地基微波辐射计自带神经网络的反演结果比较表明,一维变分的反演结果更接近实际大气。     

探空与地面露点温度两种资料反算大气可降水量间差异对比

利用贵州省威宁站探空和地面露点观测资料,分别计算了不同季节大气总可降水量（PWV）,对其研究表明：两种资料计算的PWV精度差异较小,均为毫米级,平均差值绝对值小于2.2 mm,其中最大差值出现在夏季2.38 mm,最小值出现在春季1.6 mm。探空资料计算大气可降水量与地面资料计算大气可降水量两者在不同季节,相关性都较高。春、秋两个季相关性最好,相关系数分别为0.903、0.851;夏季和冬季相关系数均为0.754。因此,在大气水汽监测、降水预报应用过程中,利用地面露点温度（td）获取的大气总可降水量(DM/PWV)可以弥补探空资料观测时空分辨率的不足。研究结果也表明降雨天气过程与PWV间有良好的对应关系,降水强度与大气可降水量之间不成比例关系。     

青藏高原大气水汽探测误差及其成因

青藏高原大气水汽分布对区域天气气候有很大影响,其探测资料的可靠性备受关注。以地基全球定位系统(GPS)遥感的大气可降水量为对比参照,分析了1999—2008年拉萨和2003年那曲探空观测大气可降水量的误差及其原因。结果表明,近10年拉萨站探空观测的可降水量比GPS遥感的可降水量明显偏小,偏小程度随使用不同的探空仪而异。GZZ-2型机械探空仪和GTS-1型电子探空仪多年平均的大气可降水量相对偏差分别为8.8%和4.4%,随机误差分别为19.8%和13.3%。近10年大气可降水量探测偏差具有减少的趋势,从12.7%减少至2.4%,主要是由探空仪性能改进所致。分析发现青藏高原大气可降水量探测偏差具有明显的日变化,12时(世界时)比00时大。拉萨站GZZ-2型和GTS-1型探空仪在12时多年平均的大气可降水量探测偏差分别为15.8%和8.3%,00时分别为1.6%和0.5%。那曲站GZZ-2型探空仪在12和00时的大气可降水量探测偏差分别为12.4%和0.3%。大气可降水量探测偏差还具有季节变化,夏季大,冬季小。对大气可降水量探测偏差日变化和季节变化的成因分析表明,12时气温比00时气温高以及夏季比冬季气温高是造成大气可降水量探测偏差日变化和季节变化的重要原因。     

被动式微波遥感技术发展及其对汽/液态水物理参数反演的研究进展

大气遥感是1960年代以来发展最为迅速的学科分支之一,也是大气科学发展的关键技术支柱之一;其中,被动式微波遥感具有体积及功耗小,能进行全天候连续观测等优点,为获取大气、海洋、陆面等多领域观测信号提供了直接和有利手段。由于水汽、液态水是影响天气气候变化的重要要素,对其的探测技术在当前气象业务中显得尤为重要。简单回顾了被动式微波遥感的主要进展,重点介绍微波辐射计对水汽、云液态水、降水等物理量进行反演时所采用的统计方法、物理方法、物理统计方法等方法研究方面的国内外进展,并对微波辐射计的未来发展前景作了简单介绍。     

微波遥感大气展望

一、遥感是一种探测的手段它是在不与物体直接接触的情况下,接收物体发射或散射的电磁波或声波信息,经过反演技术,显现出物体的特性.微波遥感大气是利用接收大气发射出来的微波噪音,用以遥感大气的特性和天气的变化. 由于大气气体分子或水滴中水分子的热运动,使之不断地发射出电磁波辐射,它作为遥感的信息.在大气遥感中经常使用红外波段信息和微波波段的信息.由于微波有穿     

Macrophysical properties of specific cloud types from radiosonde and surface active remote sensing measurements over the ARM Southern Great Plains site

云变化迅速且类型复杂,获取准确的云观测信息具有一定挑战。本文使用2001-2010年期间南部大平原的大气辐射观测实验数据,定量评估了探空和地基主动遥感观测六种类型云(低云、中低云、高中低云、中云、高中云、高云)的一致性和差异。尽管探空和地基观测六类云的云量变化趋势相近,但是针对不同类型云,两者探测结果存在一定差异,其中高云差异最大。两者对中低云、中云和高中云的云底高度的观测吻合较好,对中低云和高云的云顶高度的观测差异较大,对所有类型云的云厚度的观测均吻合较好。     

L波段探空观测偏差分析及订正算法研究

为了探讨探空观测的水汽可降水量资料的可靠性,本文以GNSS/MET遥感的大气可降水量为参照标准,对广东汕头站2013年以及西藏那曲站2016年6月至2017年5月的两种可降水量观测结果进行对比分析和偏差订正。经过研究分析表明:两个站探空可降水量相比地基GNSS可降水量偏干,偏差分别为7. 4%和9. 8%。探空可降水量的偏差显示具有季节变化和日变化的特征,其中夏季偏差较明显,00时比12时明显。太阳辐射加热引起的地面气温的日变化和季节变化是造成偏差的重要原因。本文根据太阳辐射偏差订正经验公式,对两个站的探空可降水量进行偏差订正,订正后偏差明显减少。     

高频探空温度和风速的质量控制方法研究（英文）

针对中国高分辨率探空资料,本文提出了一种计算气候学界限值的方法以满足业务中对资料进行质量控制的需求.首先在垂直方向上将整个大气划分为64层,将落在每层范围内的观测数据都收集到一起进行排序并计算百分位,在此基础上通过比较不同百分位廓线值来获得气候学界限值.除了业务台站,本文还使用了TIPEX-III的探空数据来验证本方法在科学试验数据中的应用效果.评估表明,应用气候学界限值可以有效检测到业务站和试验站观测数据中的粗大误差;百分位廓线则可以清晰的体现出探空观测的整体变化特征并揭示出误差的整体分布范围.     

地面微波辐射计与测定区域性降水的初步试验

一、前言 被动式大气微波遥感探测是近十年来发展起来的一门崭新的遥感技术。自1968年以来,卫星运载的微波辐射计在遥感大气温度、云中含水量、降水强度及水汽密度等方面都取得了显著的成绩。与此同时,地面微波遥感探测也获得相应的发展,不仅类似空间遥感可以实现温度、水汽的反演,而且还将大大发挥微波探测雨云的特长,能有效地测得云中含水量、云中温度、以及降水强度等参数,这对云雾物理、人工影响天气的发展必将起到积极的作用。     

利用波束轮转技术提高风廓线雷达时间分辨率

时间分辨率是风廓线雷达的一个重要指标。根据风廓线雷达工作原理和时间分辨率计算方法,提出一种利用波束轮转技术来提高风廓线雷达时间分辨率的新方法。风廓线雷达使用该方法进行探测时,采用波束优先顺序进行观测,当雷达完成一次完整的观测后,每完成一个波束的观测,将该波束的观测数据替代之前观测数据中该波束的数据,其它波束使用之前的观测数据,组合成一个新的数据后,再进行后续处理。2018年10月1—31日利用L波段风廓线雷达开展了相关观测试验,并将根据两种模式所得结果与探空数据结果进行对比。试验结果表明,使用波束轮转技术可以将风廓线雷达的时间分辨率由6 min提升至1 min,在反演得到的风廓线结果上能够看到明显的变化过程;从与探空数据的对比结果看,使用波束轮转技术得到的大气风场实际情况更加吻合。     

乌蒙山区3种大气可降水量反演法的异同

选取大气可降水量的地基GPS水汽遥感法,探空反演法以及经验公式计算法,以贵州西部的威宁作为研究个例,对比分析3种方法在乌蒙山区对大气可降水量反演的异同。以探空反演结果作为基准值,得出地基GPS遥感水汽值和经验公式计算值较基准值偏大,3个方法的反演值之间具有很好的相关性,地基GPS遥感水汽值与探空反演值之间的相关性最好,平均绝对误差值最小,为3.5 mm,均方根误差为4.14 mm。在乌蒙山区,对流层加权平均温度(Tm)的本地经验公式与探空计算值之间的平均误差为1.1 K,本地Tm公式对大气可降水量反演的结果影响较小。有降水事件发生及昆明准静止锋常驻的11月至次年4月,GPS水汽反演精度较高,平均绝对误差仅为1 mm。5—10月,经验计算方法的计算精度较高,平均绝对误差为0.74 mm。