基于第8届国际探空比对试验对GTS1-2型探空仪技术改进与对比分析

经过国内学者和WMO的评估,GTS1-2型探空仪需要进行技术改进以适应高空气象观测业务的发展需求.2012年,GTS1-2型探空仪在原体制基础上进行了技术改进(暂命名为GTS1-2A型).2012年8月在阳江探空站开展比对试验,试验结果表明:GTS1-2A型探空仪夜间温度测量性能良好,系统误差在-0.3℃以内,标准偏差总体上在0.2℃左右;日间温度除探测中高层和出入云时外,系统误差整体上在-0.3℃,标准偏差整体上在0.4℃以内;气压除近地层有约-1.5 hPa的系统误差外,整体上系统误差和标准偏差小于GTS1-2型探空仪,尤其标准偏差在全量程范围内在0.7 hPa以内;GTS1-2A型探空仪湿度测量结果与RS92型探空仪一致性较好,灵敏度明显优于GTS1-2型探空仪,系统误差和标准偏差整体上均在10％RH以内.     

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。     

GTS1型探空仪技术改进对比试验

GTS1型探空仪在中国气象局探空网站使用已超过10年,其技术略显滞后,迫切需要技术改进.2010年,GTS1型探空仪在其原技术体制基础上进行了技术改进.中国气象局气象探测中心分别于2010年9月和2011年12月,在阳江探空站组织开展了动态比对试验和温度辐射修正算法改进试验.试验结果表明,改进后的GTS1型探空仪夜间温度偏差较小,在0.1℃左右,日间温度偏差在0.3℃以内;气压测量结果偏小于RS92型探空仪,稳定性优于GTS1型探空仪;湿度传感器反应灵敏,测量结果与RS92型一致性很好,偏差在5％RH以内.     

国产GTS1探空仪与VAISALA公司RS92探空仪对比分析

文章从静态指标与动态对比两个方面,对中国国产GTS1探空仪与芬兰Vaisala公司RS92探空仪的综合性能进行对比.对比结果表明,GTS1探空仪温度存在滞后误差,RS92探空仪湿度测量结果明显好于GTS1探空仪,200hPa以上RS92探空仪气压变化低于GTS1探空仪,测风精度方面RS92探空仪高于GTS1探空仪,850hPa以下和150hPa以上GTS1探空仪测风与RS92探空仪存在1m·s-1以内的系统差,RS92探空仪在整体性能上高于GTS1探空仪.     

中国GTS1-2型电子探空仪阳江国际比对结果分析

根据世界气象组织阳江第八届国际探空比对资料,对中国GTS1-2型探空仪系统开展了系统性评估。初步评估结果表明：GTS1-2型探空仪温度传感器系统偏差在0.2℃之内（高度在33 km以下）,标准偏差在1℃之内;气压传感器系统偏差在0.7 hPa之内,标准偏差在1 hPa之内;位势高度系统偏差在40 gpm之内,标准偏差在320 gpm之内;温度、气压、位势高度一致性较好,但是还需进一步改善高空辐射误差修正软件;湿度测量结果与其他国家有一定的差距,具体表现温度在-30℃～-50℃,时间常数明显增大,变化幅度变小,反应滞后;风向风速与GPS导航卫星定位测风的结果比较接近。     

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。     

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。     

齐齐哈尔气象站四种数字探空仪观测数据对比分析

基于齐齐哈尔国家基本气象站2020年1月和7月高空气象平行观测?数据,采用Ryan-Joiner方法进行正态性检验,采用平均偏差、绝对偏差、均方根误差和相对误差作为对比分析的评估指标,探讨了GTS11、GTS12、GTS13与GTS1型数字探空仪在925～500hPa规定等压面上,测得的温度、相对湿度和位势高度的差异。结果表明：GTS11、GTS12、GTS13型3种探空仪测得的温度均低于GTS1型探空仪；相对湿度均高于GTS1型探空仪；位势高度略低于GTS1型探空仪,比对样本之间具有较好的一致性。     

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.     

L波段探空仪温度资料误差分析

我国探空观测业务已逐步用L波段探空仪取代59型探空仪。为了解L波段探空仪观测质量，利用观测资料减模式背景场的差（简称OMB）的统计分析技术和贝塞尔函数拟合法分离观测误差技术，分析了2005年35月我国36个L波段探空仪探测的温度误差特性。结果表明，L波段和59型的OMB平均偏差差别不大，一般都在0．2℃之内。而温度随机误差在500-300hPa减小约0．2℃，在00时300hPa以上，有更明显的减小，达0．4℃，约占59型观测误差的四分之一。     

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。     

大气低压模拟舱研制与初步应用

本文介绍了自主研制大气低压模拟舱基本参数及其性能测试和初步应用结果。舱体尺寸为550~600 mm,长600 mm,具备自动和手动两种气压控制方式,舱内极限低压可达21 hPa。测试表明：在抽气时舱内气压变化率平均41 hPa/s,舱内气压对数与抽气时间在量程范围内基本呈线性变化,压力响应特性曲线随着气压的降低而降低;放气时舱内气压变化率平均66 hPa/s,值在100 hPa附近达到最大且向气压的高、低两个方向减小。舱内压力响应静态点测试在10 s到1 min内为22% ~ 36%,1 ~ 10 min为36±18%。漏气率在10 min内为04 Pa/min, 实际压力控制偏差在10、20、40 min和1 h内分别为004、01、019和025 hPa。应用低压模拟舱对美国SPC 6A型臭氧探空仪在100 hPa以下泵效订正系数测量的结果与厂家提供的校准曲线对比显示结果较好,偏差在70 hPa以上泵效小于25%、35~70 hPa小于5%、20~35 hPa小于6%、20 hPa以下小于5%。低压模拟舱满足气象探空仪器检测的低压环境需求。     

L波段与701 400M探空系统观测资料比较评估

利用四川达州站在701-400M探空系统向L波段雷达GTS1-2型电子探空仪系统转变时的对比观测资料进行了评估分析。结果表明:温度平均差值为-0.28℃,200hPa以下平均差值为-0.05℃,200hPa以上平均差值为-0.52℃,换型带来的温度变化还是明显的;直接差异的80.1%在-1.0~1.0℃间。位势高度平均差值为-7.63gpm,100hPa以下高度平均偏低-1.13gpm,100hPa以上高度平均偏低-19.57gpm,换型带来的位势高度变化还是明显的;直接差异的89.0%在-50~10gpm间。湿度平均差值为-2%,直接差异的87.2%在-20%~10%间。风向平均差值为1.0°,直接差异的80.1%在-10°~10°间。风速平均差值为0.3m/s,直接差异的95.0%在-5~5m/s间。就平均差值来看,温度、位势高度、湿度是L波段系统所测值低于701-400 M系统所测值,而风向、风速则反之。换型造成各要素差异的峰值还是较大。由于两套系统所使用的设备、探空仪的制造、测量精度、施放、接收等方面的不同,都会引起测量值出现差异,但对各要素的影响确有所不同。     

2014年汉中市新旧型自动气象站观测资料对比分析与评估

利用略阳、汉台、宁强、留坝、镇巴、佛坪2014年1—12月新旧型自动气象站的气温、气压、相对湿度等资料,通过差值对比分析法对数据进行了分析、评估。结果表明：新型站与旧型站的观测值偏差基本在允许范围内,气压差值范围在-06～04 hPa间,气温差值范围在-03～-01 ℃间,平均相对湿度差值绝对值在4%以内,2 min、10 min平均风速差值范围在-11～05 m/s间,新型站自动能见度仪观测与人工观测偏差较大。评估为新设备的改进提供依据。

     

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。     

地基微波辐射计与探空数据对比分析

利用西安泾河国家高空气象站2020年1—9月电子探空仪在0～10 km探测高度内观测的温度和水汽密度数据,与同址的MWP967KV型地基微波辐射计反演的同类气象数据对比分析,以评估微波辐射计反演气象要素的准确性。结果表明：MWP967KV型地基微波辐射计反演的温度廓线与探空数据相关性较高,平均偏差小于15 ℃,均方差小于20 ℃,两者相关性达到0990;水汽密度的平均偏差和均方差均小于10 g/m3,相关性为0972;在任何天气条件下,温度的相关性均较高,水汽密度相关性较好;在雨天天气条件下,地基微波辐射计反演廓线与探空仪观测数据一致性最高,说明地基微波辐射计对厚云的反演精度比薄云高。地基微波辐射计在观测精度和探测高度方面还需要进一步优化改进,使其能获得高质量的探空观测资料。     

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。     

成都双流国际机场霜、雪天气特征及其对运行的影响

利用成都双流国际机场2012—2020年的地面观测资料和温江站常规探空资料等,统计了双流机场霜、雪及相关气象要素的基本特征;同时利用双流机场指挥中心提供的2018年除冰记录,统计分析双流机场霜、雪天气对运行的影响。结果发现：双流机场出现霜时,气温多在04时下降至20 ℃,07、08时降至05 ℃,相对湿度多在04时达到95%并维持,天空状况为少云到多云,平均风速00时后多在 1 m/s以下;双流机场雪（含雨夹雪）出现时,700 hPa气温平均为-12 ℃,850 hPa为-5 ℃,925 hPa为0 ℃,地面平均气温24 ℃,平均露点温度04 ℃,0 ℃层距离地面的平均高度为400 m;07—08时出现00 ℃以下低温,且相对湿度接近饱和时,会对运行有较大影响。     

用数值预报场间接对比新疆两种型号探空系统

利用2007—2010年近4年的探空资料对比新疆中、北部地区乌鲁木齐、伊宁、克拉玛依、北塔山4个采用GTS (U)-2型P波段雷达-电子探空仪的探空站及其周围的阿勒泰、阿克苏和库尔勒3个采用GTS1型L波段雷达-电子探空仪的探空站的探空记录与预报场的偏差值,发现采用GTS1型探空仪的3个探空站的探空记录不仅在同一观测时段而且08:00(北京时,下同) 与20:00两个不同的观测时段与预报场差值的差异小;4个采用GTS (U)-2型探空仪的探空站的探空记录与预报场的差值在同一观测时间的差异小,但08:00和20:00的差异很大;且GTS (U)-2型探空仪与GTS1型探空仪20:00获取的探空记录与预报场差值的差异小,但08:00探空记录的差异大。综合对比结果表明:2007年1月—2010年3月新疆自治区采用的GTS (U)-2型探空仪的探空记录08:00可能存在问题,用户在数据资料分析时需要特别注意。     

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.