测风气球净举力的计算和误差分析

目前在气象和环保部门测量高空风向风速,常采用光学经纬仪跟踪气球的方法。单经纬仪测风或双经纬仪测风同时测垂直气流,以及气球进云后定低空探空仪的高度,均应采用升速已知的气球。气球上升速度W(m/min)取决于气球净举力大小,可由下式确定:     

用连续放测风气球的方法测定大气边界层内风向标准差的试验

1.为测得地面到几百米高度之间的σ_θ值变化,我们试验了连续放测风气球的方法。例如定气球升速为150米/分,双经纬仪读数时间间隔20秒,每放一个气球读数3分钟即弃去,则在45分钟内可得到每一规定高度上的15次风向风速记录,用以求得400米高度内的σ_θ和平均风向风速廓线。观测所需达到的高度,可以通过调节气球升速等方式予以改变。由于用这种方法测风的平均时间是20秒,所以高频脉动被平滑。     

不同台风降水强度下风廓线雷达适用性

以2019年8月在浙江舟山对1909号超强台风“利奇马”的移动观测试验为基础,利用同一地点释放的9次GPS探空气球,对比了风廓线雷达和多普勒激光测风雷达与GPS探空的吻合程度,并利用车载雨滴谱仪对风廓线雷达在不同台风降水强度下的适用性进行了研究。结果表明,在100~300 m高度范围内激光测风雷达观测风速比风廓线雷达更准确。由水平风速对比结果可知,风廓线雷达在3~4 km高度范围内偏差最小(3.59 m/s),相关性最高(0.86),而在1 km高度下偏差最大(6.39 m/s),相关性最低(0.54);在中雨及大雨条件下适用性最差,最大风速偏差约为18 m/s。由水平风向对比结果可知,风廓线雷达与GPS探空总体上吻合较好,相关系数均大于0.85,均方根偏差均小于11 °。另外,降水强度对风廓线雷达的风向观测影响较小,风向偏差随降水强度的变化总体趋于平稳,基本分布在-20 °~20 °之间。      

厚度合成风的计算

厚度合成风(亦称高度合成风)是指从地面到某一高度或某两个高度之间气层的矢量平均风。它主要用于国防、航空、大气污染、建筑设计等方面对空降或空投物的修正。本文专门讨论从测风原始记录中求取厚度合成风的计算方法。 一、厚度合成风的计算原理 测风气球在空中飘移的水平投影,即它在各观测分钟(t_1、t_2……t_n或t_1′、t_2′……t_n)所到达的位置,其矢量图如附图。 不论气球水平投影的轨迹如何变化,从地面O点     

北京地区风廓线雷达水平风资料评价分析

做好风廓线雷达水平风探测数据与气球探空的对比分析,对于更进一步用好这种仪器十分必要。采用北京南郊2014—2018年5年探空资料,对该站同期风廓线雷达水平风资料从总体平均、早中晚、不同天空状况及平均年变化等方面进行对比分析。结果表明:①5年平均均方根误差U分量在2.2～5.0m/s之间,V分量在2.3～3.6m/s之间,均在850hPa高度最小。平均误差U分量均为负,表明近5年风廓线雷达所测U分量比气球探空的偏小;且随高度其绝对值是增大的。V分量仅在700hPa高度为负,也在该高度最小。U、V分量分别在500hPa和850hPa高度相似程度最好。5年综合来看,850和700hPa高度风与气球探空更接近。②中午误差低于早晚,这与中午大气湍流比较强盛有关。③云量较多时误差相对较小,云量少时(特别是晴空)误差较大,反映出这种仪器对湿度比较敏感。④夏季或夏半年U、V分量与气球探空的差异较小、相似程度好,尤以6或7月最突出;冬季或冬半年差异较大、相似程度较差,尤以12或1月明显。这在实际业务和科研使用时需注意。     

高空探测与天气

本文分析了气球施放高度，气球的升速，地在同接收讯号，特性层，高空测风等与天气之间的种种联系，指出探空员可以从中获得一定的天气预报信息，可以为天气预报作出贡献。     

对400MHz电子探空仪-701C测风雷达探测技术实现的探讨

目前我国的高空气象探测系统是由测风雷达和气球携带的探空仪两部分组成。测风雷达测定气球的空间位置，探空仪提供大气的温度、气压和湿度数据。全国120多个高空站中，除少数台站使用“GTS数字探空仪—GFE型L波段二次测风雷达”和“TK-2电子探空仪—707型C波段一次测风雷达”外，     

浅谈高空气象探测与天气变化规律

通过分析高空气象探测过程中的气球施放高度、升速、特性层、高空测风等与天气之间存在的联系,找出其相互关系的变化规律.     

高空探测中探空仪气压元件变性的探讨

2004年5月27日18时～20时阿克苏出现一次强对流天气,其中18时27分至19时52分出现雷暴,19时05分至20时25分出现阵雨,致使基值测定和施放瞬间观测的干、湿球温度值变化较大,并且临近放球时风速达9m/s放球后,气球升速偏慢,至20时26分钟球炸(气球飞行了65.8m in)。用辅助功能查算61.9m in后气球平均升速<150m/m in,故确定探空终止层在61.9m in,测风从62m in开始至65m in采用单独测风计算方法整理(简称单测)。从打印出的资料上看,除气球平均升速为206m/m in有点反常外,似乎记录并无其它异常情况,但是后来通过认真分析,判断出本时次的探空仪气压元…     

移动式激光雷达边界层风廓线系统

研制了一种坚固的移动式激光测距气球跟踪系统来测量边界层的风廓线。这种移动式激光测距系统提供数字输出,并可由一名技术不太熟练的人员操作。需要另一名工作人员施放测风气球。测风间隔为50m,准确度为0.25m/s。在晴空条件下,系统的标称作用距离为3000m。     

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。     

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。     

金沙江下游局地大气边界层风场变化特征

利用2008年在金沙江下游溪洛渡水电站坝区及向家坝水电站库区获得GPS低空探空资料以及同步地面观测资料,统计分析了坝区从地面开始到大气边界层2000 m高度四季不同高度的风场变化特征.结果表明:(1)春季溪洛渡坝区大气边界层以偏西风为主导风向,1500m高度层以下静风和小风出现频率大,是四个季节中地面静风、小风出现频率的最大值;(2)夏季地面静风、小风出现频率为四个季节中最小,夏季大气边界层中低层主要盛行西风和西北偏西风;(3)秋季溪洛渡坝区大气边界层中低层主要盛行偏西风,到高层则逐渐转变为偏北风;(4)冬季溪洛渡坝区大气边界层低空盛行以西风和西北偏西风为主导的偏西风;中高层主要风向是西风、西南偏西风、东风和东北偏东风;(5)溪洛渡坝区秋、冬季大气边界层西风、东北偏北风、东北偏东风风速最大值均出现在2000m高度层.     

利用折射指数推算大气纬圈平均风场方法

鉴于地转风、梯度风和平衡风各自计算风场的特点,该文利用COSMIC掩星折射指数资料,根据大气折射指数与大气密度、风场之间的关系,选用梯度风方程,建立了推算20~60 km中层大气纬圈平均风场的方法,分别与ECMWF提供的ERA-interim及NASA/GMAO提供的MERRA再分析风场资料对比验证。选用2007年1,4,7月和10月的COSMIC掩星折射指数数据,按照构建的方法计算了大气纬圈平均风场,并简单分析了大气纬圈平均纬向风随纬度、高度的变化特征及规律。计算风场与ECMWF及MERRA再分析风场资料变化规律基本一致,符合效果很好, 能够正确反映出纬向平均风场特性。1月及7月不同高度标准偏差、最大偏差随高度增加而增大,标准偏差最大约为6 m/s,最大偏差不超过11 m/s,沿纬度方向相关系数有减小的趋势,但不低于0.98,4月及10月偏差稍小,最大偏差不超过8 m/s。结果表明:利用COSMIC掩星折射指数资料通过梯度风方程计算风场,是获取中层大气20~60 km纬圈平均风场的一种有效方法。     

基于毫米波雷达观测及探空反演的云垂直结构对比分析

针对北京南郊观象台的Ka波段毫米波雷达以及L波段探空设备的观测原理和特点,提出了适用于各设备的云垂直结构判定方法,并基于二者2016年12月13日至2017年3月13日长达91 d的时空同步观测数据,结合激光云高仪、葵花8卫星、全天空成像仪等多源辅助数据,对探空与毫米波雷达观测结果（包括云底高、云顶高、云层数等）进行了对比,并对云高偏差的原因进行了分析,结论如下:毫米波雷达与探空判定的云垂直结构普遍具有较好的一致性,统计时段探空观测云顶高度比毫米波雷达平均高422 m,而云底高度则平均偏低350.7 m,导致二者观测云高差异主要包括二者观测原理不同、探空仪湿延迟、气球漂移引起的时空匹配偏差、探空判识云高算法的局限性、降雨时毫米波雷达的衰减等多方面。     

产生致灾大风的超级单体回波特征

基于中国东部平原地区31部S波段多普勒天气雷达数据和实况记录,筛选出2002-2020年56次由超级单体风暴导致的25m·s-1以上的直线型大风事件,分析超级单体风暴多普勒天气雷达回波特征与其导致的直线型大风间关系,获得产生直线型致灾大风的超级单体的量化结构特征,为超级单体产生的大风的主客观监测预警提供参考.统计结果表...     

An Observational Study of Wind-Induced Waving of Plants

The motions of individual plants and the turbulence statistics of surface winds measured near the top of a canopy are obtained over a wheat field and a rush field. Two typical cases of motions of individual plants are presented. The displacements of the ear of wheat (the plant height is 1.0 m) showed a natural oscillation in wind speeds of 1.6 m s⁻¹ measured at a height of 30 cm over a wheat canopy, while displacements of the stem of a rush plant were closely related to the fluctuations of surface winds in wind speeds of 1.7 m s⁻¹ measured at the top of the rush plant. The power spectra of displacements of a rush plant seem to support the negative seven-third power hypothesis proposed by Inoue. The frequency responses of displacements of plants to fluctuations of the instantaneous momentum flux are also presented.     

An observational study of wind-induced waving of plants

The motions of individual plants and the turbulence statistics of surface winds measured near the top of a canopy are obtained over a wheat field and a rush field. Two typical cases of motions of individual plants are presented. The displacements of the ear of wheat (the plant height is 1.0 m) showed a natural oscillation in wind speeds of 1.6 m s^–1 measured at a height of 30 cm over a wheat canopy, while displacements of the stem of a rush plant were closely related to the fluctuations of surface winds in wind speeds of 1.7 m s^–1 measured at the top of the rush plant. The power spectra of displacements of a rush plant seem to support the negative seven-third power hypothesis proposed by Inoue. The frequency responses of displacements of plants to fluctuations of the instantaneous momentum flux are also presented.     

基于自动气象站和风廓线雷达资料的大理机场风切变分析与应用

根据2016—2017年大理机场航空器报告的风切变事件,利用同时段的自动气象观测资料、风廓线雷达资料对大理机场风切变进行了统计和分析。结果表明:①风切变均发生在每年的11月至次年4月,1月、2月最多;主要发生于07:00—13:00,一半出现在晴天;发生在350m以下占83%。②100m以下的风切变,地面均有阵性风,最大最小风速差6m/s;发生在15～91m的6次风切变,5次报告风切变的一端风向变化超过180°,南北两端地面风出现对头风,风速差异明显。AWOS(Automated Weather Observation System)捕捉到风向风速的明显变化可为近地层风切变预警提供参考。③发生在高度较高的风切变,雷达资料在遭遇风切变高度的上下层存在≥8m/s风速差,能确定上下层风不连续的准确高度、开始时间和结束时间。④机场区域常出现地面风速大而上空风速小或地面风速小而上空风速大的情况,结合地面风和风廓线雷达资料可为今后低高度风切变的初步预警提供参考。     

名山站探空资料与风廓线雷达资料的对比分析

应用四川省名山站2015~2017年6月21日~7月31日每日四个时次的西南涡加密探空资料与风廓线雷达资料,对比分析了在对流层低层风探测上两种资料的差异。结果表明:名山站风廓线雷达资料有效探测高度约为4200m;风廓线雷达和探空测得的风场廓线形状总体接近,两者的风速偏差较小,仅在个别层次和时次偏差大,风速的偏差大小与风廓线风速大小存在正相关关系,除少数情况外风廓线雷达测得的风速均大于探空;两者风向差值随高度的变化规律与风速相反,在中高层较小,低层较大;除01:15时次的500m高度外,其余时次自低层到高层两者观测到的主风向均由偏东北风变为偏西南风,一致性较好;U风和V风散点分布主要沿对角线呈棒槌型,V风质量优于U风,19:15这一时次的风廓线雷达探测U风相对探空资料存在明显系统性正偏差;风廓线雷达探测高度受降水影响较大,在07:15和13:15时次有降水时其探测高度明显高于无降水时。