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。     

三种新型数字探空仪GTS11、GTS12、GTS13性能评估

根据2020年1－4、7月,3种新型探空仪在林芝探空站使用情况,选取最多有效资料,采用静态和动态分析的方法对其性能评估,结果表明：①1－4月新仪器不合格、重放仪器的百分率,由大到小排列,不合格：GTS13、GTS11、GTS12,重放：GTS11、GTS12、GTS13。② 7月20：00规定等压面层700～250hpa区间上,新仪器观测要素值的平均与标准值比较,偏差绝对值的最大偏差,由大到小排列,温度：GTS13、GTS11、GTS12。位势高度：GTS13、GTS11、GTS12。③新仪器单日20：00探空秒数据要素值与标准值比较,偏差的绝对值范围内出现次数所上百分比,由大到到小顺序排列,温度≤0.50℃：GTS13、GTS11、GTS12;湿度≤5%：GTS13、GTS11、GTS12。     

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。     

59型与L波段探空仪温度和位势高度记录对比

利用全国探空系统换型时获取的70个高空台站的对比观测数据,计算了59型探空仪和L波段探空仪温度和位势高度的差异,分析了探空仪换型对于探空数据一致性的影响。结果表明:就全国平均而言,在100 hPa特别是在400 hPa以下高度,两套系统提供的温度和位势高度观测值没有明显的系统差异;但在70 hPa以上高空,59型探空仪测定的规定等压面温度比L波段探空仪低0.1～0.7℃,导致位势高度在20 hPa高度时偏低达30 m左右,换型前后变化明显。系统差异的产生与59型探空仪的生产厂家、施放地区和季节关系较大,进一步分析表明:太原厂生产的探空仪测得的温度在对流层偏高,在平流层偏低,位势高度在对流层偏高,在平流层逐步转为偏低;上海厂生产的探空仪测得的温度全程偏低,引起位势高度也全程偏低,因此两个厂家的59型探空仪相对于L波段的温度和位势高度系统差也有明显不同。用户在使用局部地区高空站59型探空仪的观测数据时需了解该59型探空仪的生产厂家。     

L波段雷达-电子探空仪系统对比观测分析

利用酒泉高空站L波段雷达-GTS1电子探空仪系统与“59-701”系统1个月的同步观测资料,对该站使用L波段探空系统后高空探测资料变化情况进行分析评估。通过直接对比、与国家气象中心数值预报6 h初估场比较和相关性检验分析,得到各规定等压面上位势高度、温度、湿度、风向、风速等的偏差和均一性检验结果。结果表明,酒泉站使用L波段雷达系统后,温度、高度、风向、风速记录平均而言未产生跳变,对流层上层湿度记录离散性小,新老系统的相对湿度差随高度增加而增加,记录准确率有明显的改善。在温度较低的对流层上层,59型探空仪测定的相对湿度偏高,GTS1型电子探空仪测定的湿度数据更接近国际上比较先进的探空仪。     

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。     

浅析GTS1探空仪零度层高度误差

该文通过GTS1型数字式探空仪在测温过程中,对零度层附近云的微物理特征及云物理过程作一些分析,认为GTS1型数字式探空仪在零度层有沾水误差的存在,对测得零度层高度有一定影响.     

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。     

59型探空仪与L波段探空仪数据对比分析

利用西安泾河站2004、2007年共1460多个时次的高空资料,对100hPa及以下等压面的位势高度、温度、露点温度和相对湿度进行全面统计、对比、分析,结果表明：59型探空仪与L波段探空仪所测位势高度和温度差异较小,但59型探空仪前后时次探测值波动较大,而L波段探空仪探测值波动小,前后时次连续性好;59型探空仪与L波段探空仪所测露点温度和湿度差异较大,59型探空仪湿度变化比较平稳,曲线较均匀,符合大气层结规律,而L波段电子探空仪湿度变化较大,曲线呈锯齿状,不符合大气层结规律,L波段电子探空仪湿度感应元件的质量和性能还须进一步提高。     

云南探空仪换型温度和位势高度观测数据对比分析

基于云南探空仪换型平行观测期间各标准等压面上的温度和位势高度观测数据以及对应的ECMWF模式预报场数据，利用偏差、标准差、均方根误差和相关系数等对新、旧探空仪观测数据进行对比分析和评估。结果表明：新、旧探空仪观测数据一致性较好，在100 hPa以下两者温度绝对偏差小于1.0 ℃，位势高度绝对偏差小于30 gpm，100 hPa以上温度和位势高度最大绝对偏差分别为3.9 ℃和151.0 gpm。除高层个别等压面外，新、旧探空仪观测数据离散性基本一致或新探空仪离散性相对较小。新探空仪观测数据与模式数据更为一致，在中高层表现更为明显；相对于模式数据，新、旧探空仪温度偏差分别集中在±0.7 ℃、±0.9 ℃左右，最大均方根误差分别为3.0 ℃、4.5 ℃，平均相关系数分别约为0.78、0.73；新、旧探空仪位势高度最大偏差分别为28.5 gpm、130.9 gpm，最大均方根误差分别为87.6 gpm、136.9 gpm，平均相关系数分别约为0.86、0.78。     

Intercomparison of Humidity and Temperature Sensors: GTS1, Vaisala RS80, and CFH

GTS1 digital radiosonde, developed by the Shanghai Changwang Meteorological Science and Technology Company in 1998, is now widely used in operational radiosonde stations in China. A preliminary comparison of simultaneous humidity measurements by the GTS1 radiosonde, the Vaisala RS80 radiosonde, and the Cryogenic Frostpoint Hygrometer (CFH), launched at Kunming in August 2009, reveals a large dry bias produced by the GTS1 humidity sensor. The average relative dry bias is in the order of 10% below 500 hPa, increasing rapidly to 30% above 500 hPa, and up to 55% at 310 hPa. A much larger dry bias is observed in the daytime, and this daytime effect increases with altitude. The GTS1 radiosonde fails to respond to humidity changes in the upper troposphere, and sometimes even in the middle troposphere. The failure of GTS1 in the middle and upper troposphere will result in significant artificial humidity shifts in radiosonde climate records at stations in China where a transition from mechanical to digital radiosondes has occurred. A comparison of simultaneous temperature observations by the GTS1 radiosonde and the Vaisala RS80 radiosonde suggests that these two radiosondes provide highly reproducible temperature measurements in the troposphere, but produce opposite biases for daytime and nighttime measurements in the stratosphere. In the stratosphere, the GTS1 shows a warm bias (<0.5 K) in the daytime and a relatively large cool bias (-0.2 K to -1.6 K) at nighttime.     

Development of cloud detection methods using CFH,GTS1, and RS80 radiosondes

The accuracies of three instruments in measuring atmospheric column humidity were assessed during an upper troposphere and lower stratosphere observation campaign conducted from 7 to 13 August 2009 in ...     

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.     

探空观测黑名单检查在变分同化系统中的应用

针对探空观测资料使用造成的某些区域GRAPES分析场存在虚假的高、低压系统问题,该文通过对比全球探空资料的位势高度观测与NCEP分析场,统计站点中观测质量较差的时次出现频数,确定探空位势高度观测黑名单。研究表明:500 hPa在印度地区、北大西洋和南极洲附近的探空位势高度观测与NCEP分析场的均方根误差在30 gpm以上的站点较多,且位势高度观测不可靠观测比率为20%以上的站点主要集中这些区域,以上观测站均列入黑名单。文中在GRAPES全球三维变分分析场的质量控制中加入探空位势高度观测黑名单检查,通过6 h分析预报循环试验表明:探空位势高度观测黑名单检查能有效提高分析场质量,GRAPES位势高度分析场在南极洲附近和印度地区有所改善。     

两种探空仪观测湿度垂直分布及其应用比较

对2010年8月在云南腾冲利用芬兰Vaisala RS80和低温霜点仪 (Cryogenic Frostpoint Hygrometer,CFH) 两种探空仪测量大气湿度的垂直分布进行对比分析,同时比较它们白天和夜间测量误差的差别,并对国产GTS1,RS80和CFH共3种探空仪测量水汽总量与地基GPS遥测结果进行比较。结果表明:RS80湿度测值在整个对流层比CFH测值偏干 (23.7±18.5)%;因太阳辐射白天RS80偏干较夜间更明显,比夜间偏干 (13.5±14.8)%。而在对流层上层向平流层过渡区域内RS80湿度数据基本无效。CFH在低温、低湿环境下对湿度能有效测量,但在湿度较高的对流层低层测值偏高,导致比较中CFH水汽总量平均比GPS遥测的水汽总量偏高 (4.3±2.0) mm (样本数为11),而RS80,GTS1与GPS的水汽总量差别分别是 (0.2±1.4) mm (样本数为12), (-0.2±2.2) mm (样本数为43)。地基GPS遥测的水汽总量对对流层上层至平流层的水汽变化不敏感。由于RS80测量相对湿度在高空偏低,通过RS80相对湿度测值来确定中、高云结果是偏低的,特别是对6000 m以上的高云判别上,RS80相对湿度的探测几乎很难甄别到云的存在。     

High-resolution mesoscale analysis data from the South China heavy rainfall experiment (SCHeREX): Data generation and quality evaluation

In this study, the observational data acquired in the South China Heavy Rainfall Experiment (SCHeREX) from May to July 2008 and 2009 were integrated and assimilated with the US National Oceanic and Atmospheric Administration’s (NOAA) Local Analysis and Prediction System (LAPS; information available online at ). A high-resolution mesoscale analysis dataset was then generated at a spatial resolution of 5 km and a temporal resolution of 3 h in four observational areas: South China, Central China, Jianghuai area, and Yangtze River Delta area. The quality of this dataset was evaluated as follows. First, the dataset was qualitatively compared with radar reflectivity and TBB image for specific heavy rainfall events so as to examine its capability in reproduction of mesoscale systems. The results show that the SCHeREX analysis dataset has a strong capability in capturing severe mesoscale convective systems. Second, the mean deviation and root mean square error of the SCHeREX mesoscale analysis fields were analyzed and compared with radiosonde data. The results reveal that the errors of geopotential height, temperature, relative humidity, and wind of the SCHeREX analysis were within the acceptable range of observation errors. In particular, the average error was 45 m for geopotential height between 700 and 925 hPa, 1.0–1.1°C for temperature, less than 20% for relative humidity, 1.5–2.0 m s⁻¹ for wind speed, and 20°–25° for wind direction. The above results clearly indicate that the SCHeREX mesoscale analysis dataset is of high quality and sufficient reliability, and it is applicable to refined mesoscale weather studies.     

High-Resolution Mesoscale Analysis Data from the South China Heavy Rainfall Experiment (SCHeREX): Data Generation and Quality Evaluation

In this study,the observational data acquired in the South China Heavy Rainfall Experiment (SCHeREX)from May to July 2008 and 2009 were integrated and assimilated with the US National Oceanic and Atmospheric Administration's (NOAA) Local Analysis and Prediction System (LAPS; information available online at http://laps.fsl.noaa.gov).A high-resolution mesoscale analysis dataset was then generated at a spatial resolution of 5 km and a temporal resolution of 3 h in four observational areas:South China,Central China,Jianghuai area,and Yangtze River Delta area.The quality of this dataset was evaluated as follows.First,the dataset was qualitatively compared with radar reflectivity and TBB image for specific heavy rainfall events so as to examine its capability in reproduction of mesoscale systems.The results show that the SCHeREX analysis dataset has a strong capability in capturing severe mesoscale convective systems.Second,the mean deviation and root mean square error of the SCHeREX mesoscale analysis fields were analyzed and compared with radiosonde data.The results reveal that the errors of geopotential height,temperature,relative humidity,and wind of the SCHeREX analysis were within the acceptable range of observation errors.In particular,the average error was 45 m for geopotential height between 700 and 925 hPa,1.0-1.1℃ for temperature,less than 20％ for relative humidity,1.5-2.0 m s-1 for wind speed,and 20°-25° for wind direction.The above results clearly indicate that the SCHeREX mesoscale analysis dataset is of high quality and sufficient reliability,and it is applicable to refined mesoscale weather studies.     

中国区域位势高度场探空与再分析资料的对比分析

利用中国高空探空资料和NCEP/NCAR、ERA以及JRA 3种再分析资料,采用偏差、线性趋势、EOF等统计方法,分析、讨论了再分析资料位势高度场在中国区域的适用性问题。结果表明:在年平均场上,探空资料在中国北方地区对流层中存在上升趋势,在平流层低层存在下降趋势;并且有整层变化相同的年际变化特征和对流层南北方反位相变化的年代际变化特征。再分析资料位势高度场数值上普遍小于探空资料;NCEP/NCAR资料与探空资料较为接近。在季节平均场上,探空资料在冬季对流层中存在一致的上升趋势,在春、夏和秋季的长期变化趋势与年平均场类似;探空资料与再分析资料在冬季的偏差最小。不同资料的EOF第一模态分布,在不同季节中差别较大,NCEP/NCAR资料在春季、夏季和冬季适用性较高,ERA资料在秋季适用性较高。     

时间加密探空观测对分析和预报质量的敏感性研究

探空观测是气象资料同化中最基本的常规观测资料,对同化分析和预报的有效改善具有重要作用。由于现有探空观测站的空间分辨率较低,分布不均匀,且每日仅有两次观测,数量偏少,限制了其分析场对中小尺度大气状态的准确再现能力。自我国L波段雷达-数字探空仪更新换代以来,探空观测具备了获取每日4次、垂直分辨为秒级和分钟级的大气廓线资料。本文利用WRF中尺度数值模式,通过06时（世界时,下同）加密探空资料和12时常规探空资料的有效同化,研究分析了时间加密探空观测资料对同化分析和预报质量的敏感性影响。结果表明：同化06时的时间加密探空资料的午后暴雨预报质量优于12时常规探空观测。具体而言,同化06时的时间加密探空资料预报的大雨和暴雨的预报技巧高于12时常规探空资料;位势高度、温度和风场等预报场的均方根误差在高层的改进效果更加明显;06时的时间加密探空资料的同化对高层的高空急流和低层的水汽通量散度的预报质量贡献更大。批量试验进一步证实了有效同化时间加密探空资料对分析和数值预报效果改进的积极意义。