地基GPS水汽监测技术及气象业务化应用系统研究

〖HT5K〗本研究建立了川渝地区地基GPS(global positioning system,全球定位系统)遥感水汽的本地化计算模型,开发出GPS遥感水汽的计算软件包,开展了局域地基GPS观测网遥感大气水汽的试验及业务应用,反演出30 min间隔的高时间分辨率GPS可降水量序列。评估了反演精度,研究了GPS水汽产品在气象业务应用的可行性。研发了可搭建在MICAPS (meteorological information comprehensive analysis and process system)平台上的地基GPS水汽监测业务化应用系统,实现了局域地基GPS观测网数据的实时传输、数据解算、可降水量反演和GPS水汽产品的可视化,并在气象业务部门试运行,在强降水、暴雪等灾害性天气预报中发挥了独特作用。     

利用北京GPS监测网分析夏季暴雨的水汽特征

利用覆盖北京地区的地基GPS水汽监测网数据反演的地基GPS大气柱水汽含量 (precipitable water vapor, PWV),分析了2009年7月3次暴雨天气过程中大气柱水汽含量的水平分布特征;利用高空、地面常规气象资料以及加密气象自动站观测资料计算地面和高空比湿,结合温度、风等物理量分析3次暴雨天气过程中的大尺度水汽输送和中尺度局地辐合作用;对最大降水强度以及降水量的时间变化的分析表明:3次降水落区分布特征与降水前期大气柱水汽含量高值的水平分布较为一致;大气柱水汽含量曲线变化特征与各尺度天气系统造成的水汽输送和水汽辐合密切相关,大气柱水汽含量的大小与水汽来源密切相关;降水前4小时内大气柱水汽含量出现陡增,线性增速大于1.1 mm/h,最大降水强度出现在大气柱水汽含量峰值出现后的1~2 h。     

湖北省北斗水汽电离层监测系统基准站设计与实施

2012年底,随着北斗卫星导航系统基本覆盖亚太地区,北斗导航系统逐步替代GPS作为地基水汽研究的主要探测手段将成为我国气象部门一个重要努力方向。重点介绍了利用湖北省GPS基准站现有资源进行北斗水汽电离层监测系统(简称BDS)基准站建设,主要包括现有GPS基准站的情况介绍,北斗水汽电离层监测系统(BDS)基准站的站点选址、探测环境测试、设备安装调试等的设计与实现。湖北省BDS基准站作为我国气象部门首个基于北斗水汽电离层监测示范系统,对今后基准站的建设具有一定的借鉴意义。     

大连地区地基GPS水汽自动处理系统设计

简要概述基于GAMIT开发的大连地区地基GPS水汽自动处理系统的总体结构,设计思路,以及具体实现过程;还对系统反演的水汽资料进行精度检验以及误差分析,并介绍了系统反演水汽的质量控制方法,运行中常见故障的处理方法和日常业务中应用情况.初步应用结果表明:系统可用于解算地基GPS观测数据,获取高时空分辨率的水汽资料,用于天气分析和预报.系统具有解算精度高、运行稳定、自动化程度高等特点,具有很好的推广价值和业务使用价值.     

北京地区单双频地基GPS大气水汽遥测试验与研究

该文对北京地区单双频地基GPS大气水汽监测网布网依据、单频与双频地基GPS测量数据解算技术应用、GAMIT和Bernese地基GPS数据分析处理软件应用、远程遥控GPS数据采集与通讯系统、资料分析与数值同化应用等方面的工作进展进行简要介绍,重点讨论了单双频地基GPS大气水汽资料的解算技术及其应用效果。结果表明:在北京天气敏感区通过单双频地基GPS接收机合理组网布局,可构建并利用高分辨率电离层延迟订正技术将单频接收机的大气水汽监测精度提高到实用水平,为强降水天气预报提供有价值的产品。     

NCEP R1可降水量与西南地区地基GPS反演结果的比较

NCEP/NCAR再分析资料是国内外广泛应用的再分析资料数据集,提供有自1948年以来的全球可降水量数据,为研究全球和区域水汽分布提供了时空分布均匀的资料。地基GPS反演可降水量是近些年新兴的水汽监测手段。自2007年开始,我国西南地区(四川省、重庆市、云南省、贵州省)的GPS气象观测站网提供该区域全天24h的可降水量资料。本文在分析NCEP再分析资料可降水量与地基GPS反演可降水量算法和生成方式等根本性差异的基础上,对西南地区的NCEP再分析资料与地基GPS反演可降水量数据加以对比研究,发现两套资料能够一致地揭示我国西南地区的可降水量分布形势和季节变化特征,均能很好地反映区域水汽特征和变化。同时还发现NCEP再分析资料可降水量数据与地基GPS反演结果具有明显的线性相关特征与一致性。此外,也发现NCEP再分析资料可降水量数据与地基GPS反演可降水量结果存在一定的定量差异。      

地基GPS水汽遥测系统远程通讯与控制系统及其初步应用

地基GPS遥感大气水汽技术是20世纪90年代发展起来的一种全新的大气观测手段,建立科学合理的GPS数据实时采集通讯网,实时下载观测数据,可为地基GPS资料应用开发成果的业务化推广提供必要的技术支撑,是地基GPS大气水汽遥感系统可否推广应用的一项关键指标。介绍了采用Modem、依托公共电话网(PSTN)建立起来的远程数据通讯和控制系统。使用该系统可通过电话拨号的方式,对GPS水汽探测网内指定的GPS接收机的参数进行设置,还可以下载该接收机内存储的数据文件。该通讯系统的应用,增强了整个GPS遥感大气水汽探测网的可维护性,为最终实现GPS水汽探测网的业务化运行奠定了一定的理论和实践基础。针对该系统存在的数据下载速度慢,依赖人工操作等缺陷,提出了解决问题的思路。     

大气可降水量估算模型研究

利用SuomiNet网GPS大气可降水量数据和地面气象数据研究建立大气可降水量估算模型.利用研究区域GPS PWV和地面气象数据,研究了大气可降水量与地面水汽压间的相关性,并建立二者间的线性、二次多项式和幂函数回归模型,对比分析各模型的估算精度以确定最优估算模型,并检验了不同大气水汽含量下最优模型的估算精度.得出以下结论:1)GPS大气可降水量与地面水汽压变化趋势基本一致,存在着良好的相关关系(相关系数达到0.892).2)基于地面水汽压的线性、二次多项式和幂函数模型估算大气可降水量均达到一定的估算精度(相对误差均小于19％),其中幂函数估算模型的R2最高,估算误差最小.3)基于地面水汽压的PWV估算模型具有地域性特征,基于研究区域数据所建立的模型更适合于研究区域,其PWV估算精度高于Cole模型、张学文模型和李超模型.4)所建估算模型在不同的大气水汽含量条件下估算精度不同,大汽水汽含量越高,估算结果的相对误差越小.     

地基GPS水汽监测技术及气象业务化应用系统的研究

本研究建立了川渝地区地基GPS（global positioning system,全球定位系统）遥感水汽的本地化计算模型,开发出GPS遥感水汽的计算软件包,开展了局域地基GPS观测网遥感大气水汽的试验及业务应用,反演出30 min间隔的高时间分辨率GPS可降水量序列。评估了反演精度,研究了GPS水汽产品在气象业务应用的可行性。研发了可搭建在MICAPS（meteorological information comprehensive analysis and process system）平台上的地基GPS水汽监测业务化应用系统,实现了局域地基GPS观测网数据的实时传输、数据解算、可降水量反演和GPS水汽产品的可视化,并在气象业务部门试运行,在强降水、暴雪等灾害性天气预报中发挥了独特作用。本项目组系统性研究了GPS可降水量的时间变化、水平分布,分析了GPS可降水量与气温、气压、比湿、辐射和降雨量等地面气象要素以及与局地环流、水汽输送和循环等大气过程及地形的对应关系。研究了GPS水汽产品在几类典型灾害性天气（西南暴雨、持续性降水、冰冻雨雪、大雾）以及人工增雨中的演变特征,揭示了GPS探测水汽技术及其产品在天气预报业务中的应用方法。进行了GPS可降水量的日循环合成分析,GPS可降水量在华北暴雨、西南暴雨、华西秋雨、四川盆地夜雨等方面的应用研究,以及不同云系降雨过程、不同类型降雨过程中GPS可降水量的对比分析。例如,对不同类型降雨过程中GPS-PWV（precipitable water vapor by GPS,GPS可降水量）的比较表明,在夏季暴雨发生前5～10h,GPS-PWV的激增可很好地预示其后的强降雨天气;而对于类似秋绵雨的一般性持续降雨来说,GPS-PWV的连续大幅递增或递减并超过平均值可作为降雨开始或结束的预报依据;对于不同类型降雨天气过程GPS-PWV具有不同的日变化特点,它能及时反映水汽的局地变化特征,作为水汽异常输送中的强信号,GPS-PWV在降雨天气分析及预报中具有重要的指示意义。     

地基GPS遥感大气水汽含量及在气象上的应用

简单介绍了地基GPS遥感大气水汽含量的原理以及GPS反演水汽信息的种类,比较了两种GPS数据解算水汽策略,分析了在解算过程中影响GPS水汽精度的因子。最后简述了GPS水汽在气象上应用的进展,并提出了以后需努力的方向。     

“00.7”北京特大暴雨模拟中气象资料同化作用的评估

针对2000年7月4～5日北京地区的一次特大暴雨过程(24 h降水量达240 mm),文中利用MM5/WRF三维变分系统和MM5非静力模式,对此次特大暴雨过程中的各种气象监测资料(地基GPS大气柱水汽含量、常规探空、高空测风、地面常规观测和地面自动气象站)的同化作用通过观测系统数值试验进行了评估.结果表明与传统的客观分析方案相比较,MM5/WRF三维变分同化系统可直接引入非常规地基GPS大气柱水汽含量监测资料,提供更好的大气初始分析场.在三维变分同化方案下,各种大气监测资料均对改进此次特大暴雨模拟有不同程度的贡献,其中,常规探空和高空测风监测资料对改进预报结果的影响最大,地面常规观测和地面自动气象站观测资料作用次之,地基GPS大气柱水汽含量资料在与其他大气监测资料相互优势互补后,可很好地改善模式大气的分析质量,通过三维变分同化技术在区域数值天气预报模式初始场中引入地基GPS大气水汽监测网资料,使此次强降水个例的6 h和24 h测站降水预报的TS评分值在1,5,10和20 mm预报检验阈值下分别提高了1%～8%.研究结果对利用三维变分数值系统,评估气象监测网资料在改进高影响天气事件预报中的作用有借鉴意义.     

基于GIS的中国地面气象台站网

本文利用地球信息系统的空间数据管理、分析和制图等功能，分别将我国的国界、省界、县界、县城位置和全国160个标准气象站、194个公开气象站、479个内部气象站及“9210”工程的2513个气象站的有关信息加载到地球信息系统中，并以不同的图层分别进行管理，建立了全国气象台站网信息库，为利用地球信息系统进行有关大气科学、环境科学及其它相关科学研究提供了基础信息，为气象更好地为国民经济各行各业服务提供了有效的手段。     

GPS水汽资料在江西强对流天气预报中的初步应用

利用GPS/MET 水汽监测资料,对2009-2011 年江西省8 次具有代表性的强天气过程的GPS 可降水量变化进行分析和研究,并重点对2011 年6 月10-15 日的降水过程进行分析.结果表明,在每次强天气的发展过程中,水汽含量其增长率均表现为不均匀,但均呈现剧烈增长;6 次强天气过程的初始GPS 可降水量高于6...     

基于WebGIS的农业气象业务平台的设计与实现

农业气象业务平台的建设对于保障农业由传统农业向高产、优质、高效、生态、安全和可持续发展的现代农业加快转变具有积极意义。以浙江全省地面气象观测网数据为基础,结合精细网格化气象要素预报产品、农业气象诊断指标、作物分布信息,研发了以气象指数为主的14类农业气象灾害监测预警指标、6类作物农用天气预报指标和水稻等作物生长发育动态诊断模型;基于B/S结构和ASP.NET开发平台,遵循SOA架构原则,采用C#、Java等计算机语言研制了基于WebGIS的浙江省省、市、县三级应用的农业气象业务平台。该平台集成了气象学、统计学、农学等研究领域的算法和模型进行跨领域数据分析,具备强大的定量及定性分析功能,平台操作简便、功能灵活,且支持自主构建评价体系,目前已经在浙江省省、市、县三级气象部门推广应用。     

热带气旋致灾因子综合影响强度评估指标研究

整理了1949—2008年311例热带气旋影响浙江时各气象站的风雨资料、海洋观测站风暴潮资料、灾情资料等，用典型相关分析、历史灾情反演等方法建立了反映热带气旋致灾因子(风、雨、风暴潮)综合影响强度和影响范围的评估模型与等级指标。研究结果将浙江热带气旋致灾因子综合影响强度分为5级，1级最强。根据评估模型与指标对311个热带气旋进行了等级评价，并分析了各等级影响强度出现频率的空间分布特征。研究表明，1～5级影响热带气旋都有可能给浙江省带来损失，特重灾情一般由1级影响热带气旋造成，2级影响热带气旋带来的灾情也很严重，年均1.1个热带气旋的综合强度在3级以上，有可能带来较严重灾情；全省各地受热带气旋影响的强度自东而西递减，其中1级(特强)影响区域主要在东部沿海地区。     

气象装备信息管理系统的设计及应用

根据浙江省装备管理实际,设计完成了浙江省气象装备信息管理系统,实现了相关数据的统一和规范及信息交流、资源共享,提高了装备管理工作的科学化、自动化、规范化水平。     

准实时地基GPS可降水量的解算方案与可靠性研究

对准实时地基GPS可降水量的解算方案与可靠性的探讨,围绕三个方面展开:准实时GPS对流层延迟解算的最佳方案的确定;GPS可降水量与无线电探空资料的比较;GPS可降水量与水汽辐射计数据的比较。为了实时应用于气象领域,准实时对流层延迟的最佳方案为快速预报星历松弛解。在快速预报星历松弛解GPS可降水量与无线电探空数据的比较中,两者的相关性为0.88,绝对值均值为5.4 mm。GPS可降水量与水汽辐射计资料比较得到两者差值的均方根为1.68 mm。最后得到了最佳的准实时地基GPS可降水量的解算方案和在气象领域可降水量的反演的可行性的结论。     

分布式水文模型DHSVM对兰江流域径流变化的模拟试验

介绍如何建立分布式水文模型DHSVM(The Distributed Hydrology Soil Vegetation Model).首先对模型输入和模型参数进行了详细描述,并给出了植被类型和土壤类型等模型参数的取值范围.再将水文模型DHSVM应用到浙江省的兰江流域,通过与实测的年、月径流量过程的对比分析发现,模型模拟的年、月径流量均与实测比较吻合,表明该模型具有一定的适用性,可用于中小流域径流变化的模拟研究.     

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。      

气象场相关结构对EOFs展开稳定性的影响

本文从矩阵扰动理论出发,提出利用矩阵的范数(norm)作为度量气象场随机扰动的稳定性指标,并由此间接推估EOFs展开的稳定性。经理论论证、数值试验和实例计算表明,气象场的相关性越好,达到稳定相关结构所需样本越小,由此得到的EOFs稳定性也越好,反之则不然。上述规律又直接受样本大小n和站点数目p的影响。对于不同的气象场来说,达到稳定EOFs的样本临界值不同,必须警惕EOFs展开有可能不是稳定的。