AMDAR资料的风温信息在机场终端区强对流天气分析中的应用

强对流天气引起风矢量和温度等气象要素突变,影响飞机正常起降和飞行。高时空分辨率的飞机气象资料中继AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay)是天气预报重要的资料源之一,可为机场终端区的强对流天气短临预报提供高时间密度的垂直探测信息。通过白云机场终端区的AMDAR资料,提取三维风矢和温度廓线,制作了风切变和湍流的预警分析图。以2011年4月17日一次广东省的强对流天气过程为例,将AMDAR资料结合雷达、卫星、探空等多源资料进行了分析。研究表明,在AMDAR资料的风矢-时间高度剖面上形成三维预警指示,对机场的强对流预报有指导意义;当1 km以下发生强风切变,对飞机起降威胁严重,AMDAR资料水平风的垂直分布印证了多普勒天气雷达强辐散区的回波特征;高时空分辨率的AMDAR风速和温度扰动,可揭示大气中的风切变及湍流运动。AMDAR资料为保障飞机的安全起降提供了一种实时、密集的垂直观测信息,有助于研发临近预报预警产品,弥补探空资料的不足。     

AMDAR资料特征及质量分析

利用统计学方法,分析了AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay)资料的时空分布特征,并将航站上的AMDAR资料与常规探空资料进行了对比。研究表明:AMDAR资料是一种高时空密度的观测资料,航站上的AMDAR资料的质量接近探空资料,但其时间密度大约是探空资料的10倍。因此,可以用来监测航站及附近地区天气系统及其演变的更细微的特征,为短时特别是临近预报提供更多的参考依据。     

AMDAR资料在天气预报中的应用

使用国内的AMDAR资料对几次重大天气过程进行了动力和热力学分析研究。结果表明：飞机在航站上起降时探测的高时空分辨率的AMDAR资料与其它资料结合能够较连续地监视机场附近气象要素的时空变化特征，进而捕捉到一些常规观测资料难于发现的引发冰雹等强对流天气的中尺度天气系统。该资料对稳定性天气大雾的定点分析和预报，较之常规观测资料有更好的业务使用价值。该资料不仅可为制作定点的临近和短时预报提供精细的预报依据，而且可在一定程度上增强对灾害性天气的认知和预见性。     

AMDAR气温资料和常规高空观测气温资料的对比分析

为了解飞机观测气象资料(AMDAR资料)的可用性,推进AMDAR资料在湖南气象预报业务中的应用,对2013年5月至2016年12月的AMDAR资料时空分布特征进行了分析,并参考美国国家环境预报中心(NCEP)提供的AMDAR资料质量控制方法,对AMDAR气温资料进行质量控制,并在此基础上对湖南范围内的AMDAR气温资料和常规高空观测气温资料(长沙、怀化、郴州)进行了对比分析。结果表明:我国AMDAR资料主要分布在100 h Pa气压层以下,起飞和降落阶段资料约占68. 75%。AMDAR气温资料数据质量稳定,气温疑误率低于0. 13%。在对比样本上,AMDAR观测气温(t_a)与常规高空观测气温(ts)存在非常显著相关性,相关系数为0. 9966,均方根误差为1. 065℃,AMDAR观测气温平均偏低0. 13℃,差值呈准正态分布,且73. 76%的差值在-1~1℃。AMDAR观测气温与常规高空观测气温的差值分布与飞行状态和飞行高度相关,上升状态AMDAR气温偏高,下降状态AMDAR气温偏低。500 h Pa高度以下,样本飞行状态多为下降,t_a较ts平均偏低0. 25℃; 500h Pa高度以上,样本飞行状态多为上升和平飞,t_a较ts平均偏高0. 03℃。     

我国飞机观测气象资料概况及质量分析

为全面了解我国飞机观测气象资料的时空分布特征和质量状况,该文介绍了AMDAR(Aircraft MeteorologicalData Relay)计划的发展及我国通过AMDAR计划实施获取的飞机观测气象资料(又称AMDAR资料)的时空分布特征,分析了起飞和降落阶段飞机观测所获廓线资料的可用性,并分别对全球AMDAR资料和我国AMDAR资料进行极值检查、空间位置检验和时间一致性检验,对我国AMDAR资料错误率的月值变化和垂直分布特征进行了分析。结果表明:我国三分之二的AMDAR资料集中在飞机的起飞和降落阶段,并主要集中在我国中东部地区;利用我国AMDAR资料制作的廓线垂直分辨率大部分高于10 hPa。我国AMDAR资料的气温错误率低于全球水平,但风速错误率高于全球水平,错误资料主要集中在近地面层。从2008年开始,我国AMDAR资料的质量状况较往年有了明显改善,风速错误率一直维持在1.3%以下,气温错误率维持在0.2%以下。总体来说,我国AMDAR资料已成为我国高空气象观测资料的重要组成部分,资料质量稳定,具有较高的应用价值。     

乌鲁木齐国际机场一次强东南大风天气分析

对乌鲁木齐国际机场2003年11月12日出现的强东南大风天气过程,利用常规天气资料和机场跑道自动观测系统(AWOS)采集的实时观测资料,对机场东南大风天气形势、机场跑道附近气象要素和水平风切变演变特征、高空风垂直分布特征等方面进行了分析,给出了东南大风的成因。     

AMDAR资料在机场天气预报中的应用

介绍了我国航空器空中报告（AMDAR）的下传及应用情况，包括AMDAR的数据特点、资料的实时分析及应用。重点介绍了AMDAR资料在机场临近预报中的应用，包括在风场分析、颠簸的诊断及警报以及在天气分析中的应用。     

杭州飞机气象观测资料处理及质量分析

为了更好地将全球共享的飞机气象观测资料（AMDAR资料）应用于本地气象业务，解决由AMDAR资料时空分布不均匀带来的应用不便的问题，利用2019年4月至2020年5月杭州地区获取的AMDAR资料，在质量控制处理基础上提出一种新的提取AMDAR廓线数据的处理方法，将机场周边一定时间和空间范围内的飞机探测资料视作探空气球漂移至不同位置的观测，垂直方向采用插值算法实现廓线数据均匀分布，并利用中值滤波算法对廓线做进一步质控。最终提取的AMDAR廓线数据与杭州探空数据进行了对比误差分析。结果表明：温度、风速和风向的总体平均偏差分别为-0.83 ℃、0.02 m/s、0.47°，均方根误差分别为1.93 ℃、2.02 m/s、25.05°，AMDAR温度廓线数据整体偏小，且相对暖湿的季节比相对干冷的季节偏小更加明显，AMDAR风廓线数据无明显系统误差，数据质量较好；温度和风速对比误差在2000 m及以上高度范围随高度增加而增大，但风向的对比误差相反；环境风速越大，风速的对比误差越大，风向的对比误差却越小；AMDAR廓线数据与探空数据具有较好的一致性，但在02:00—06:00以及5000 m以上高度缺测较多。总体来看，本文提出的AMDAR廓线提取方法具有一定的应用价值，能够为AMDAR资料在不同地区的应用提供参考。     

乌鲁木齐机场雷暴天气的风切变特征

对乌鲁木齐国际机场1984～2003年出现的典型雷暴天气过程,利用常规观测资料和机场跑道自动观测系统的实时观测资料,分析了机场雷暴天气的类型和雷暴天气下机场跑道附近气象要素演变及风切变,给出不同天气形势下机场雷暴的风切变特征。     

乌鲁木齐机场一次冬季东南风引起的低空风切变分析

利用常规天气资料、跑道自动观测(以下简称AWOS)资料、AMDAR等资料,对乌鲁木齐2010年12月19—20日出现的空中和地面东南风对飞行造成较为严重的风切变天气进行了分析,并尝试利用风廓线雷达资料分析空中东南风分布、下传、跑道垂直风切变的演变,分析认为:(1)乌鲁木齐机场地面东南大风多出现在春秋季,冬季多出现在中低空,而此次东南大风在12月出现在地面,比较少见。东南大风是在建立稳定的南高北低地面气压场下出现的,在起风前和大风持续期间,环流形势具有典型南冷北暖的特征。(2)AWOS资料表明:东南风过程中两次东南风阵性明显,同一时刻跑道两端出现了风向和风速的不连续,在跑道上形成较强的水平风切变。(3)风廓线资料显示:起风前空中2 000 m以下有东南风下传的作用,并具有阵性明显的特征,空中和地面出现东南风时,垂直方向上出现了风向和风速的不连续,有的时次风切变强度达到或超过中度。(4)具有较高时空分辨率的AMDAR资料,可以监测东南风下传的过程、垂直方向上风切变的变化、东南风层的高度和厚度以及阵性明显的特征,风廓线和AMDAR资料的共同使用可以更真实的反映中、低空风场的结构和演变,为风切变预报提供依据。     

AMDAR资料在北京数值预报系统中的同化应用

该文针对北京市气象局业务快速更新循环同化预报系统(BJ-RUC),通过对有无飞机观测资料参加同化的预报试验客观要素预报均方根误差和降水量TS评分的对比分析,探讨了飞机观测资料对短期数值天气预报的影响。结果表明:飞机观测资料的同化对于前9 h预报时效内的高空风和温度预报有明显的正面影响。其中,对风预报的正面影响集中在925~250 hPa高度上;而对温度预报的正面影响主要体现在850~400 hPa之间的各层内。在快速更新循环的暖启动模式下,飞机观测资料同化比冷启动模式下带给预报结果更明显的正面贡献。飞机观测资料参加同化对于降水预报技巧的提高也有正面效应,对24 h和12 h累积降水量TS评分以及12~18 h和18~24 h时段内的6 h累积降水TS评分有明显提高,提高的最大幅度达50%,并对相应阈值和时段内无飞机观测资料参加同化的试验中雨区偏大现象有改善。分析增量分布特征与同化带来的风温要素3 h预报改进的垂直特征基本对应,表明飞机观测资料参加同化对初始场中风场和温度场质量的改进。     

Wind Speed and Altitude Dependent AMDAR Observational Error and Its Impacts on Data Assimilation and Forecasting

Aircraft Meteorological Data Relay (AMDAR) observations have been widely used in numerical weather prediction (NWP) because of its high spatiotemporal resolution. The observational error of AMDAR is influenced by aircraft flight altitude and atmospheric condition. In this study, the wind speed and altitude dependent observational error of AMDAR is estimated. The statistical results show that the temperature and the observational error in wind speeds slightly decrease as altitude increases, and the observational error in wind speed increases as wind speed increases. Pseudo single AMDAR observation assimilation tests demonstrate that the wind speed and altitude dependent observational error can provide more reasonable analysis increment. Furthermore, to assess the performance of wind speed and altitude dependent observational error on data assimilation and forecasting, two-month 3-hourly cycling data assimilation and forecast experiments based on the Weather Research and Forecasting Model (WRF) and its Data Assimilation system (WRFDA) are performed for the period during 1 September-31 October, 2017. The results of the two-month 3-hourly cycling experiments indicate that new observational error improves analysis and forecast of wind field and geo-potential height, and has slight improvements on temperature. The Fractions Skill Score (FSS) of the 6-h accumulated precipitation shows that new wind speed and altitude dependent observational error leads to better precipitation forecast skill than the default observational error in the WRFDA does.     

一种温度集合预报产品释用方法的初步研究

数值天气预报技术与能力在不断地发展与提高,集合预报是数值预报发展中的一个热点.集合预报产品所提供的大量预报信息,需要通过合适的产品释用处理来传递给用户,因此对集合预报产品进行解释与应用是实现其实用价值的一个重要环节.选取武汉站00:00 UTC地面气温(T2m)作为预报量,利用其历史观测资料及2008年1月份TIGGE...     

单部多普勒天气雷达风场反演及其在数值预报中的应用试验

针对1998年7月5日下午到夜间北京地区出现的一次强降雨过程, 采用“局部VAD法”, 对中国气象科学研究院多普勒雷达测得的1998年7月5日12:00UTC的径向风反演成水平风, 并将反演风应用到数值天气预报 (NWP) 同化系统中, 进行了同化预报试验。结果表明, 反演的雷达风基本符合事实, 将其应用到NWP中, 有助于分析和预报时空尺度较小的中尺度系统。     

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。     

Impact of surface observations on simulation of rainfall over NCR Delhi using regional background error statistics in WRF-3DVAR model

In this study, efforts are made to improve the simulation of heavy rainfall events over National Capital Region (NCR) Delhi during 2010 summer monsoon, using additional observations from automatic weather stations (AWS). Two case studies have been carried out to simulate the relative humidity, wind speed and precipitation over NCR Delhi in 48-h model integrations; one from 00UTC, August 20, 2010, and the other from 00UTC, September 12, 2010. Several AWS installed over NCR Delhi in the recent past provide valuable surface observations, which are assimilated into state-of-the-art weather research and forecasting (WRF) model using the three-dimensional variational data assimilation (3DVAR). The quality of background error statistics (BES) is a key component in successful 3DVAR data assimilation in a mesoscale model. In this study, the domain-dependent regional background error statistics (RBS) are estimated using National Meteorological Center method in the months of August and September 2010 and then compared with the global background error statistics (GBS) in the WRF model. The model simulations are analyzed and validated against AWS and radiosonde observations to quantify the impact of RBS. The root mean square differences in the spatial distributions of precipitation, relative humidity and wind speed at the surface showed significant differences between both the global and regional BES. Similar differences are also observed in the vertical distributions along the latitudinal cross section at 28.5°N. Model-simulated fields are analyzed at five different surface stations and one upper air station located in NCR Delhi. It is found that in 24-h model simulation, the RBS significantly improves the model simulations in case of precipitation, relative humidity and wind speed as compared to GBS.     

REM模式伴随系统的建立及其四维变分资料同化初步试验

Regional-Eta-Coordinate-Model(REM)中尺度模式对中国区域性降水显示出公认的较高预报能力,建立其四维变分资料同化系统是完善该模式,进一步提高其预报效果的重要工作。本研究编写了REM模式的切线性模式和伴随模式,介绍了建立REM模式伴随系统的过程,并利用实际天气个例资料,分别对REM模式的切线性模式、伴随模式及定义的目标函数梯度进行了正确性检验,检验结果表明对REM模式的切线性模式及伴随模式编写是成功的。利用REM模式的伴随系统,对1998年06月08日00时到09日00时和2000年08月01日00时到02日00时两个实际天气个例进行了四维变分资料同化试验。从数值试验的结果分析可以看到,进行四维变分资料同化后,两个天气个例在预报结束时刻其预报结果对风场和湿度场的预报都有明显改善,对温度场和高度场的预报也有所改善。对于累积降水的预报,两个个例利用四维变分资料同化后得到的初始场进行的预报结果则有较大不同,在个例1中,变分同化后对降水中心的位置和降水强度的预报都有明显改善,预报结果更接近于观测场;个例2中,变分同化后对降水中心位置和强度的预报则没有改善,产生这种现象的原因可能是由于定义的目标函数中没有加进背景场项,也可能是由于采用的观测资料时次比较少,还需要进一步进行研究和试验。