机载云粒子视频显微镜

研制了一种新的机载云粒子测量系统.系统由三部分组成:云粒子检测部件、图象显示与记录部件和控制部件.装于飞机头部的探测部件由三部分组成:用于调节采样时间的两个快门、步进式疏水镜台以及带有电荷耦合器件(CCD)视频照相机的光学显微镜.根据阴极射线管上的云粒子图象,用目视即刻就可辨认出云粒子的相态(冰和水)、尺寸、形状和数目.云粒子图象可同时记录在视频磁带录相机(VTR)内.飞行之后,图象信号可方便地从录相机中读出,并由粒子图象分析器进行处理,供进一步分析使用. 观测结果表明,该系统能以1.4秒的时间分辨率提供直径范围为5～150微米云粒子的高质量图象.本文对由粒子图象计算得到的液水含量和由J-W热线含水量仪所得值进行了比较.     

基于毫米波测云雷达的云粒子相态识别研究

毫米波测云雷达作为一种新型的气象探测装备,在云粒子的探测上具有一定的优势。基于毫米波测云雷达的探测数据和探空仪获取的温度数据,设计云粒子相态识别算法。采用该算法,对2017年1月19日、2月7日、3月20日的毫米波测云雷达探测数据进行了云粒子相态识别和过冷水等数据产品反演。分析结果表明,逆温层与过冷水层高度正相关,过冷水和冰晶交汇区附近会出现湿冰相和混合相,过冷水含量与融化层亮带呈一定的负相关关系,整体相态识别结果与实际相吻合,验证了粒子相态识别算法的有效性。     

浅析GTS1探空仪零度层高度误差

该文通过GTS1型数字式探空仪在测温过程中,对零度层附近云的微物理特征及云物理过程作一些分析,认为GTS1型数字式探空仪在零度层有沾水误差的存在,对测得零度层高度有一定影响.     

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。     

船载毫米波云雷达观测西太平洋云宏观特征对比分析

2017年10月15日至11月15日,利用"科学"号海洋科学综合考察船安装的两种型号云雷达(HT101、HMBKPS)开展西太平洋云观测试验研究。试验期间定时释放探空仪,利用探空仪的出云及入云高度,开展云雷达云高准确性分析;同船安装一台可见光热红外双波段天空成像仪获取天顶图像,分析云雷达数据获取率。试验结果表明:两部云雷达云高数据一致性较好,探测云底高度相关系数为0.997,云顶高度相关系数为0.988;云雷达探测云高准确性高,与基于探空识别的云底高度平均偏差分别为130 m(HT101)、72 m(HMBKPS),云顶高度平均偏差分别为310 m(HT101)、190 m(HMBKPS);受海洋性气候及船体摇摆影响,两部云雷达云数据获取率分别为57.8%(HT101)、68.7%(HMBKPS),漏测主要为卷云和淡积云。     

强对流风暴中同质冻结增温的直接探空观测

通过两个强对流风暴个例,利用探空资料辅以卫星反演方法,揭示了强对流风暴中同质冻结增温这一事实。探空观测到在强风暴中同质冻结潜热释放造成该层内的空气增温达5℃以上,风暴中强上升气流使云滴没有足够的时间长大,云水向雨水转化和云的晶化会被推到更高的高度,在到达同质冻结高度之前,异质核化过程没有太多的时间消耗大量云水,多数云滴被带到同质冻结高度以上时迅速冻结,造成潜热的集中释放,使周围的空气增温。NOAA卫星观测到的云顶的大量由同质冻结形成的小冰粒子以及过顶现象,进一步证实了同质冻结潜热增温。当探空仪靠近风暴、对流层顶又距同质冻结高度层较近时,同质冻结增温作用有可能被探空仪观测到。     

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。     

环北京地区积层混合云微物理结构飞机联合探测研究

利用北京、山西和河北三省市飞机在环北京地区探测的积层混合云微物理结构特征资料,结合卫星等宏观观测资料,分析了环北京地区积层混合云系空间云微物理结构特征。结果显示,冷锋云系前部,云内部微物理参数空间分布不均匀,2700m以上较大,垂直方向云粒子浓度和直径呈正相关关系,浓度极值间差7个量级,大滴粒子浓度差7个量级,降水粒子浓度差6个量级,水平方向云粒子浓度和直径分布不均匀,呈反相关关系。冷锋云系中部,云微物理参数垂直分布不均匀,在2500～3600m和4000m以上高度层出现云粒子峰值,且云粒子浓度和直径呈反相关关系,云滴粒子浓度极值间差6个量级,大滴粒子浓度差7个量级,降水粒子浓度差5个量级,水平方向云粒子分布不均匀,云粒子浓度和直径呈反相关关系。冷锋云系前部,云粒子谱在4800m高度谱型为单峰谱,4200m高度谱型多峰分布,3600m高度谱型为双峰谱。云降水粒子谱三高度层谱型差异不大,4800m高度谱型为单调递减谱,峰值在小粒子端（≤100μm）,4200m和3600m高度谱型相似,为双峰谱,峰值分别在≤小于100μm和230μm处。降水粒子谱三高度层谱型相似,都为单峰谱,峰值相差不大。冷锋云系中部,云粒子谱在三高度层谱型差异较大,4800m高度谱型为单峰谱,峰值在小滴端,4200m高度谱型为单峰谱,峰值在15μm处,3600m高度谱型为双峰谱,峰值分别在7μm和30μm处。云降水粒子谱三高度层谱型差异不大,4800m高度谱型为单调递减谱,峰值在小粒子端（≤100μm）,4200m和3600m高度谱型相似,为双峰谱,峰值分别在≤100μm和200μm处。降水粒子谱三高度层谱型相似,都为单峰谱,峰值相差不大。     

基于模糊逻辑的大气云粒子相态反演和效果分析

为了探究8mm云雷达探测到的大气云粒子相态特征,根据Shupe总结得到云雷达探测参量:反射率因子、Doppler径向速度、线性退偏振比以及温度在不同相态水凝物对应的云雷达产品特征阈值,采用不对称T型的隶属函数,成员函数包括:反射率因子、线性退偏振比、径向速度以及垂直温度廓线,反演出的粒子相态包括:雪、冰晶、混合相态、液水、毛毛雨、雨等6种。通过联合分析中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室的偏振云雷达探测资料和GTS1型探空仪温度数据,结果表明;通过模糊逻辑法对云雷达探测的参量反演出的大气粒子相态结果与探空实时数据一致性较好,对现阶段常规天气预报参考、人工影响天气作业指挥以及效果评估来说具有较好指导性。     

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。     

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。     

国产臭氧探空仪观测数据质量分析

对国产臭氧探空仪从2001年4月到2004年9月在北京观测的臭氧垂直分布数据的质量进行分析。对国产臭氧探空仪系统基本测量数据(包括电化学反应池池温、臭氧最大分压及其所在的高度、对流层顶的温度和高度)进行初步分析, 结果发现国产臭氧探空仪的稳定性仍需进一步提高。与地面多谱森臭氧总量观测相比, 国产臭氧探空积分的总量普遍要高,2002年至2003年之间的差别范围基本上保持在±20%以内。与国际普遍使用的双池型电化学(ECC型)臭氧探空观测结果相比, 国产臭氧探空观测臭氧分压在15 km以下、25～30km两个高度范围, 均要高于ECC测值。分析结果建议国产臭氧探空仪应尽快参与由全球大气本底监测(GAW)技术主持的世界臭氧探空仪标定中心进行标定, 并在现有的技术条件下, 向双池型电化学型臭氧探空仪这一方向发展     

华北层状冷云降水微物理特征及人工增雨可播性研究

利用DMT探测平台对2009年3月11日山西云降水观测外场试验区的一次云降水过程实施了综合探测,综合分析了此次云降水过程的宏微观物理特征。计算了云中过冷水含量距0℃层高度（1500m）的垂直分布：云中过冷水含量最大值出现在0℃层高度以上400 m处,其最大值为0.416 g·m^-3,之后随着距0℃层高度的增加,云中过冷水含量迅速减小,到0℃层高度以上600 m处基本为最低,之后直到云顶,云中过冷水含量维持低值。CDP探头探测的云中粒子浓度以及CIP探头探测的云中大粒子浓度应作为判别云中可播度的两项主要指标,CDP探测的粒子浓度不小于30个·cm^-3的云区才具有一定的可播度,其中CIP探测的大粒子浓度小于10个·cm^-3时,可确定为强可播区。云滴浓度随高度变化呈多峰分布,云中粒子谱型主要为双峰或多峰型。此探测过程中典型区域的粒子谱中均出现第二峰值的区段,分析表明只有当云粒子浓度不小于30个·cm^-3时,相应云区才具有一定的可播度。     

河北省一次降水云系云物理结构的飞机探测研究

利用机载粒子测量系统资料、天气雷达和Ka波段云雷达资料,分析了2017年5月22日河北省一次低槽冷锋降水过程积层混合云的微物理结构。结果表明:降水云系出现在低槽槽前西南气流中,积层混合云为大范围的层状云系中镶嵌大量对流云核结构,0℃层高度位于3577—4004m,随降水过程发展0℃层高度降低,嵌入的对流加强将抬升云顶高度。云内粒子浓度随云内对流的发生和加强而提高,云粒子浓度从1.8×10^5L^-1上升至5.0×10^5L^-1;云内过冷水含量大幅提高,从0.05g·m^-3上升至0.60g·m^-3,冷云中上层过冷水含量可长时间维持在0.20g·m^-3,中上层过冷水占比达60%。对流发生和加强可提高冰晶粒子增长速度,弱对流区冷云低层出现冰晶粒子浓度爆发增长区,强对流区冷云中上层成为冰晶粒子浓度快速增长区;最大降水粒子直径从8000μm增长至10000μm以上,直径在10000μm以上降水粒子谱分布区域从云底向中上层拓展。     

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.     

用初估场对比中芬探空仪温度和位势高度记录

对部分高空台站2007—2009年近3年探空记录的统计分析表明:邻近测站同一型号探空仪的温度和位势高度记录与6 h数值预报初估场的平均偏差一致,但不同型号探空仪记录与初估场的平均偏差存在明显差异,因此可以利用初估场进行邻近测站不同型号探空仪之间的间接对比。该文利用初估场与台站探空记录的差值,分析了使用芬兰Vaisala公司RS92型探空仪的中国香港站与邻近的使用L波段探空仪的梧州、汕头、东源、阳江4站2年的温度和位势高度记录的系统差,结果表明:19:00(北京时,下同),L波段探空仪的温度和位势高度记录在平流层分别偏低达1℃和30 gpm;07:00,L波段探空仪的温度记录在对流层偏高0.4℃,导致其位势高度记录也在对流层偏高;两套设备的系统差不仅有显著的日夜差异和季节性差异,也存在一定的年际差异。     

一次降水性层积云系的微物理特征分析

利用飞机云微物理探测资料,对2004年6月29日甘肃省东南部地区一次层积云(Sc)降水云系的微物理结构特征进行了详细的分析。飞机探测表明,此次云系主要分为两层,上层是纯冷性高积云(Ac),下层是层积云,观测分析主要针对Sc云。对不同高度层及Sc云顶附近的云粒子探测数据的分析结果表明,Sc云中云粒子的垂直及水平特征具有明显的不均匀性;Sc云区下层粒子特征参量起伏变化大,上层起伏变化小;云中含水量和大粒子浓度随高度升高有递增趋势。同一高度云区的粒子特征参量存在差别,表明即使在云区同一高度,不同水平区域的粒子形成和增长条件也有差异。Sc云中含水量较大,暖区最大液水含量达0.34 g·m-3。Sc云底有较强的逆温层存在,对云底附近的微物理结构特征造成一定影响,使得较小的云滴在逆温层顶附近和逆温层下部累积,含水量增大,但对较大尺度的液滴影响不明显。Sc云中不同高度处普遍存在暖雨过程,以Sc中部最为活跃;云顶附近冰相粒子的存在对云中暖云过程具有增强作用,对降水有利。     

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。     

大陆性积云不同发展阶段宏观和微观物理特性的飞机观测研究

2014年7月3日,山西省人工降雨防雹办公室在该省忻州地区开展了国内首次大陆性积云飞机穿云探测。本文利用机载云物理探测资料,分析研究了不同发展阶段的积云宏、微观物理特性,主要结论有:（1）初生发展阶段的积云水平尺度约为8.2 km×5.5 km（经向×纬向,下同）,云厚约2 km;云中以小云粒子为主,云滴凝结增长;水平方向上,云液水含量（LWC）和粒子浓度（N_c）的最大值均位于云体中心位置;垂直方向上,云水分布相对均匀,但随着高度增加,云粒子浓度变小,粒子尺度增大;粒子谱符合伽马分布,峰值量级为102 cm-3 μm-1,谱宽在100 μm以下。（2）成熟阶段的积云水平尺度约为4.6 km×10 km,云厚约4 km;云内可以观测到积冰和雨线;小云粒子浓度随高度增加起伏变化,3600 m、4100 m和4900 m高度处存在峰值;大云粒子浓度随高度先增加后减小,最大值出现云底以上1.6 km高度,云底以上1.3 km高度附近有降水粒子形成;粒子谱呈多峰分布,暖区符合伽马分布,冷区为伽马分布和M-P分布相结合,且随着高度的增加拓宽,4400 m高度以下的谱宽小于200 μm。（3）消散阶段积云尺度约为11 km×5.6 km,云厚约2 km,云下有降水粒子存在。     

探空仪一般故障的排除

在探空观测中,由于探空仪故障没有及时发现和排除,容易产生人为的重放球事故,还会因仪器故障,而影响施放高度。因此,探空仪故障的及早排除是提高高空气象探测质量的重要一环。下面就这方面谈一些体会。 探空仪的一般故障 探空仪出现的故障,一般有: 1.探空仪电码简转不动或转速慢,电流>120毫安;