浅谈特性层与规定等压面等重合时应注意的几个问题

在审核探空记录中,常常会发现特性层与规定等压面等重合时,而气压、温度等数据不相同的情况.从审核的角度看,其数据必有错,造成错误的原因与诸多因素有关,如探空仪的精度;探空讯号的接收;压、温、湿各气象要素变化曲线的绘制以及各要素电码符号值的读取和输入,探空观测记录的不正常处理等.具体来说,主要有以下几个方面:     

COSMIC掩星数据与L波段探空数据的对比分析

COSMIC(Constellation Observation System for Meteorology,Ionosphere and Climate)每天可以提供全球2000～3000条从40 km高空到近地面的大气温、压、湿的廓线资料,有效地弥补了常规探空资料在时间和空间上分辨率的不足。通过对2008年5月20日至2008年11月26日COSMIC资料与L波段探空秒数据进行比对,结果表明,在10 km高度以下,COSMIC反演的湿廓线资料与L波段探空数据偏差较小,温度偏差为-0.5℃,均方根误差为1.5℃;折射率偏差为1.4N,均方根误差为5.9N;气压偏差为2.0 hPa,均方根误差为4.7 hPa;水汽压偏差为0.1 hPa,均方根误差为1.1 hPa。COSMIC干廓线资料与L波段探空相比,在10～30 km高度内,温度偏差为-0.3℃,均方根误差为1.9℃;折射率偏差为0.4N,均方根误差为0.9N;气压偏差为1.4 hPa,均方根误差为2.6 hPa。表明COSMIC资料既具有较高的时空分辨率,又具有较好的精度,在数值模式中具有重要的潜在应用。     

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。     

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。     

探空记录系统误差的调查及建议

在 1997年的业务审核工作中 ,用气压对比法(气压误差是用 7时 15分、19时 15分探空瞬间气压值与同日地面 8时、2 0时的气压值相比所得 )仅在 2个月的记录中就发现 3份地面气压记录有误读的问题。这是个别站的问题还是带有普遍性的问题呢 ?针对哈尔滨、齐齐哈尔、嫩江、伊春等 4个探空站 1994、1995、1996、1997、1986年 7、19时记录的地面气压与同站同日期的地面 8时、2 0时的气压记录进行了比较 ,结果见下表。从对比结果看 ,虽然各站各年出现的误差次数、表　各站记录的气压出现误差的次数比较误差站　　　　　　　　　　　　名嫩　　　　…     

内蒙古区域数值预报对探空和地面观测资料的敏感性试验研究

基于内蒙古睿图预报系统的低分辨率版本和WRFDA-FSO诊断工具,评估2021年7月现有探空和地面观测对内蒙古睿图预报系统预报的影响。该方法计算代价相对低廉,并允许根据观测变量、观测类型、气压层次、地理区域等观测的子集对观测影响进行划分。代价函数为以干总能量为度量的背景场和分析场的预报误差之间的差异。结果表明:观测影响的总体总和为负,观测对预报起正贡献作用。对12 h预报误差减小贡献最大的观测来自探空观测的动力变量(U、V风分量)。而单时次单位数量平均观测影响,探空观测的贡献约为地面观测的1/2。探空观测对12 h预报误差减小从近地面层至模式层顶均保持正贡献作用,并在对流层中低层和对流层高空急流层存在两个极大值区域;地面观测在850 hPa以下低层正贡献占比明显。探空观测在被同化系统同化时均总体具有有利的影响,也反映出探空观测数据稳定、质量较高的特征;地面观测对12 h预报误差减小起正贡献作用次数最多的区域在河套地区尤为显著。同时,探讨了需进一步提高地面观测资料同化率的问题。     

上对流层/下平流层GPS掩星资料与我国探空温度对比

本文使用CDAAC(COSMIC Data Analysis and Archival Center)提供的1995—2010年GPS掩星干反演大气温度和我国无线电探空温度资料,选择临近的廓线进行匹配,以掩星资料为基准,分析上对流层/下平流层区域(200～30 hPa)探空温度与掩星温度之间的偏差。分析多种时空匹配条件下总的温度偏差和标准差的结果表明,匹配条件对偏差平均值影响较小,主要影响偏差标准差,选择探空和掩星廓线时间差小于3 h、距离小于200 km作为匹配条件。就全国平均而言,探空温度和掩星温度相差很小,其中在上对流层的偏差大于下平流层,偏差的标准差随高度增加而变大。在上对流层昼夜偏差都为正,下平流层白天为正、夜间为负,温度偏差和标准差在白天大于夜间,说明掩星资料具有足够的精度可以识别出太阳辐射对我国探空温度的影响。偏差在低纬较大,随纬度升高逐渐减小,与使用掩星资料计算的大气垂直减温率有较好的对应关系,其变化特征与探空滞后误差比较一致,说明使用掩星资料可以辨别滞后误差对探空资料的影响。就全国平均而言,L波段探空仪和59型探空仪的平均温度偏差都相对较小,但在不同纬度表现不同;在低纬地区二者偏差对比明显,59型探空仪具有较大的偏差,L波段探空仪偏差较小,高纬地区二者偏差相对都较小;59型探空仪的偏差标准差始终大于L波段探空仪。结果说明掩星资料可以分辨仪器换型对温度偏差的影响,探空仪的升级使我国探空资料的精准度提高,特别在纬度较抵的区域,偏差的改进更加明显。     

数字式微型探空仪

一、引言测量大气参数的探空仪按惯例是一种产生某种与传感的状态成比例的讯号的模拟仪器。把传感器的输出转换成电讯号,需要高度精确,这使模拟技术达到了它的极限。尽管许多精巧的方法已设计得使转换过程中的误差减至最小,但还是有必要在工厂和(或)就地进行校准工作。再者,在探空仪中产生的模拟讯号必须不失真地或者不中断地(如在遥测讯号接收很差时)发送至地面。如果接收资料的地面站在无人干预情况下用自动处理技术产生标准的探空报和测风报,这一点就特别重要。数据库中的错误的、有干扰的、或者假的数据,都将导致特性层选择的错误。目前市场上的数字器件为传感参数的测量提供了一个诱人的直接方法,使用这种器件就不需要模拟变换,探空仪发出的经过奇偶检验的数字数据流,     

湖北省不同资料反演大气可降水量的误差分析

利用常规探空、秒级原始探空、GPS/MET、微波辐射计、GFS再分析资料以及区域中尺度WRF模式的预报场资料计算整层可降水量,对多种资料计算的整层可降水量进行误差特征和原因分析,结果表明:秒级探空和常规探空计算的整层可降水量基本一致。GPS/MET、微波辐射计、GFS以及WRF计算的整层可降水量与常规(秒级)探空的相关系数分别为0.94、0.92、0.93、0.80,有降水时GPS/MET和微波辐射计与常规探空的相关系数分别下降到0.85和0.81,但有降水时GPS/MET误差分布较集中,而有降水时微波辐射计误差显著增大,主要由于1~2 km处水汽密度误差异常增大。除微波辐射计和GFS宜昌站计算的整层可降水量为相对常规探空偏高,其他资料均为偏低,GPS/MET宜昌和恩施站平均偏低3 mm,GFS武汉和恩施站分别偏低1和7 mm,WRF恩施平均偏低2 mm,WRF武汉和宜昌平均偏低6~8 mm。GFS恩施站可降水量偏低是由于GFS资料中恩施地面气压比实际偏低,但其露点温度整层均比常规探空偏高。除GFS恩施站外,GFS武汉、GFS宜昌和WRF 3站的露点温度相对常规探空资料露点温度均表现为:850 hPa以下偏低,850 hPa以上偏高。WRF 12 h预报场的整层可降水量与常规探空整层可降水量的相关性和误差均优于24 h预报场。     

不同降水条件下风廓线仪水平风评价

利用北京市观象台2014—2018年风廓线仪资料和同期探空及MICAPS地面资料,对不同降水条件下风廓线仪水平风与探空资料的误差和相关性进行分析,为风廓线仪资料在降水预报中的深入应用提供参考。结果表明:(1)总体上,各高度层风廓线仪的U分量风均比探空资料偏小;有降水时U分量风误差小且相关性好,其在850 hPa的均方根误差和相关系数均有较大变化,说明云底对风廓线仪探测U分量风有一定影响。500 hPa以上U、V分量风误差较大。(2)风廓线仪探测的U分量风在降雨和雷阵雨时均比探空资料偏小,且在降雨时误差相对较小,相关性较好;阵雨(雪)时不同高度误差变幅大;雷阵雨时700 hPa平均误差绝对值最大,850 hPa次之,其他降水情况基本是高层误差大于低层。降雪时V分量风比探空资料偏大,且700 hPa高度以下均方根误差比降雨、阵雨(雪)和雷阵雨时小,700 hPa以上则相反;雷阵雨时700 hPa误差大,相关性较差;降雨时均方根误差、相关系数在各高度层变化幅度较小。     

地面报中高山站资料的应用分析

无线电探空仪观测和地面观测资料作为天气分析和数值预报最常用、最重要的两种资料数据源,两者时空分辨率有着明显的差异。如何利用地面观测资料的高时空分辨率特点来补充探空观测资料在一些地区的欠缺和不足,特别是地面高山站资料的使用对对流层底层环流场的影响及对精细化数值天气预报风场分析指示意义等都需要进一步的探究。文章通过对地面高山站资料在资料同化中不同的使用方式的分析,探索其作为探空资料的补充在资料同化中的贡献。个例试验选取2013年6月29日00时地面资料和探空观测资料进行资料同化,试验方法:分别将地面高山站资料作为探空资料和地面资料应用于同化分析中,结果表明:地面高山站资料当探空资料使用时对850和925 hPa风场同化分析有正效果。在地面高山站资料当探空资料使用和当地面资料使用的对比中,其24 h 850和700 hPa高度和风场预报试验差异不显著;但24 h降水预报结果显示:地面高山站资料当探空资料使用对降水强度和位置的预报都有弱的正贡献。连续试验的降水预报检验证明:在地面高山站较多的西南区,高山站资料当探空资料使用在小雨、中雨、暴雨等量级的预报评分要优于高山站资料当地面报使用,且其预报偏差也较小;在中国区降水预报检验高山站资料当探空资料和地面报使用差异不大。     

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。     

关于探空与测风时间不同步记录的处理方法

1　探空时间有误 (测风时间正确 )由于探空用记时装置如秒表、记录器等造成的时间系统性误差 ,可采用平均分配在探空时间中的办法解决 ,而测风记录则照常整理。如测风时间终止于 60 min,而探空时间由于记录器慢造成比测风终止时间少 2 min,即探空终止时间为 58min,这时 ,记录处理方法如下 :测风记录照常整理 (但大风气压符号应按重画等分钟线后的时间读取 ) ;探空记录应重画等分钟线 ,相应地 ,各规定等压面、规定高度、对流层顶的时间都应按重画等分钟线后的时间读取。该例中 ,画等分钟线时 ,每分钟的长度为 ( 58× 1 .5/ 60 ) cm(即平均分…     

下投探空资料在台风莫拉克路径预报的应用试验

2009年8月7日中国大陆举行了首次利用机载下投式探空仪观测台风的试验,飞机在台风莫拉克与天鹅之间的云带相对稀薄区释放11个下投式探空仪。基于下投探空观测资料、常规探空资料和1°×1°分辨率的NCEP再分析资料,分析下投探空资料的可用性,并以下投探空资料初步分析了两台风间南海上空的风场、湿度场等大气特性;分别进行了有无以同化下投探空为初始场的GRAPES模式的模拟试验,以了解下投探空资料对台风莫拉克预报的影响作用。初步结论表明,台风天鹅与莫拉克之间的南海上空对流层中低层为深厚的西南气流,对流层低层及高层湿度小,中间层大;同化下投探空资料后,观测地区(下投探空点及其附近)800 hPa以下西南风减弱,以上加强,湿度中低层减小;有无同化下投探空资料的初值场差异随模式积分向下游传播,影响台风的环境场,改变了台风的引导气流:同化后500 hPa台风引导气流偏东、偏北分量加强,使台风的路径更接近实况路径,48 h台风路径预报误差比原来减少18%。     

用GPS定位数据研究L波段雷达数字探空仪系统的测高误差

我国高空站网已普遍推广L波段雷达-数字探空仪系统,但业务上作为测风使用的L波段雷达设备的探测精度只经过了近距离静态目标的标定,缺乏相关的动态检验.为了解该系统的动态探测性能,作者在数字探空仪上增加了GPS定位模块,以获得的GPS高度数据作标准,分析了2006年5月至6月上海和南京探空站23份施放记录,结果表明: L波段雷达设备由于水平标定精度不够,造成测高误差较大,100hPa高度以下最大系统误差达到几百米,而且每个站的误差带有系统性,但利用GPS高度数据与雷达测得高度的对比分析结果,来修正雷达仰角参数后,大幅度提高了L波段雷达的测高准确度,系统误差在100hPa高度以下不超过40m.因此在高空探测业务上以GPS定位资料作为L波段雷达定标的参考标准具有可行性.     

沙尘暴热力结构的个例研究

利用民勤站L波段探空雷达2004年5月23—24日的一次强沙尘暴过程加密探测资料,从气象要素的垂直廓线和能量天气学两个方面,分析了沙尘暴发生发展过程中大气层结及其演变特征。结果表明：沙尘暴过境前,500hPa以下的高空风速较小,低层800hPa以下基本为偏东气流,中高层为偏西气流,沙尘暴过境时近地层风速明显加大,700hPa以下为西北气流,高层为西南气流;相对湿度在沙尘暴过境前,高层明显高于低层,而过境后,整层大气的湿度明显增加,且800hPa附近出现逆湿现象,沙尘暴过境前后整层大气相对湿度在垂直方向上的变化趋势基本一致。沙尘暴发生前,近地层气温较高,200hPa附近存在超低温现象,250hPa附近存在比较厚的下沉逆温层,随着沙尘暴过境,低层的气温显著下降,近地层约800hPa处出现逆温层,而250hPa处的逆温层逐渐减弱;地面气象要素的变化为：沙尘暴过境之前,地面气压比较低,温度较高,风速也比较小,而沙尘暴一到,顿时气压升高,风速猛增,温度下降;沙尘暴过境前,500hPa以下处于对流不稳定,过境期间饱和能差逐渐减小,不稳定能量由高层向低层传递,单站的垂直运动发展加剧;沙尘天气结束后．整层大气的结构基本稳定．不稳定能量衰竭,饱和能差进一步减小,整层大气湿度有了较大的增加。     

多源观测资料在LAPS中尺度分析场中的作用分析

利用LAPS系统,分别针对华中、华南两个区域,将2008—2010年5—7月采集的观测资料进行融合同化分析,设计几种敏感性试验方案,以探空资料为客观标准,对比分析各种观测资料对LAPS分析场各要素误差的作用。将LAPS分析资料和FNL再分析资料做比较,给出融合多种观测资料后LAPS分析场的误差精度。结果表明,LAPS融合同化雷达资料、探空资料、地面观测资料后所得到的分析场误差最小;雷达资料和探空资料的融合对于改善风场及温度场的分析具有正效果,并可减小低层相对湿度误差;融合地面资料后能改善低层的温度场和湿度场分析,但对中高层无影响。对比试验期间各要素总均方根误差可发现,LAPS分析的温度、风向和风速较FNL再分析资料有明显改善,各要素误差在观测误差范围内;高度误差在中低层小于10 m,高层小于20 m;温度误差在1℃左右;相对湿度误差在中低层小于20%,高层误差较大;850hPa以上风向误差较小,不超过20°,风速误差小于2m·s-1。     

位势高度计算中气压〖CDF*2〗高度公式的简化及其误差

对高空气象学领域而言,位势高度是重要的一个参量,为天气学和气候学业务应用所提供的高度一般是位势高度。位势高度通常采用探空所实时测量的温度、气压和湿度来计算,计算公式为气压〖CD*2〗高度公式（简称压高公式）。本文针对压高公式进行了推导分析,并指出公式中简化的由来以及定量计算了简化所引起的误差,分析表明,压高公式中的重力加速度变量若用当地不同高度的实际重力加速度来代替现行的恒定值,将会减小位势高度的计算误差。     

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。