总能量廓线分析应用试验

概要各种天气系统的产生、发展和消亡过程,实质上是能量的积累、爆发和转换的过程。根据能量守恒定律,将大气视为一个包含各种能量的闭合系统,讨论大气的能量分布,分析和认识大气运动的规律,对于做好短期天气预报,尤其是对流性天气预报,有着重要的实际意义。本文从能量场角度出发,以盛夏作为关键季节,用邻近上游探空站平凉的资料,计算垂直方向上各等压面的干静力总温度 T_D、湿静力总温度 T_t 及饱和总温度 T_s,绘制能量垂直廓线图,分析能量的垂直分布以及各种能量间的配置关系,用来判断单站上空大气的层结稳定度和潮湿程度。因为在计算中使用的有关物理量具有一定的保守性,所以用此方法得出的结果,与温度对数压力图的作用有所不同,它具有一定的预报能力。同时,假定我地与平凉同属于一个大气层结,因此认为,它可以作为我地未来12—36小时内区域性天气预报的理论依据之一。     

几种单站能量天气图表的应用效果

今年5—8月我站利用北京气象台广播的30个探空站08时资料和北京探空报及本站8次地面资料,绘制了500毫巴等压面简易能量天气图、总温度时间剖面图、单站能量廓线及能量曲线等几种预报用图,在日常预报工作中起到了较好的作用。     

探空资料产品在县站天气预报中的应用

天气变化除受天气系统影响外,与大气的湿度、稳定度、高低空冷暖平流和垂直风场配置关系密切,这些信息可从探空资料中提取,该文通过探空资料信息处理生成的产品"埃玛图、风随高度变化图、高空风变温剖面图、高空风极坐标分析图"对威宁站天气预报作浅析。     

模式再分析与实际探空资料的对比分析

利用2007年11月—2008年11月美国国家环境预报中心(NCEP)和国家大气中心(NCAR)的全球再分析资料与阜阳和安庆探空站的高空资料,对NCEP资料进行垂直的拉格朗日插值和水平的双线性插值后,对比分析了模式再分析与探空资料的一致性。结果表明:探空资料和NCEP资料中温度、相对湿度、u风和v风4种气象要素的绝对差值随地点、高度和季节变化较小,0.5～8 km基本稳定在一定的范围内:温度相差0.5～1.0℃,相对湿度相差5%～15%,u风和v风分别相差1～3 m/s和1～4 m/s。但值得注意的是近地面(0.5 km以下)二者差异相对较大。对比结果验证了利用模式探空资料来分析无实际探空资料地区上空气象参量变化特征的可行性。     

香港地区加权平均温度特征分析

利用香港Kings Park探空站(站号45004)2003—2009年探空资料回归了大气加权平均温度Tm、地面温度Ts、气压es和水汽压Ps的线性公式.通过比较分析发现Tm Ts单因素回归结果和Tm Ts、es、Ps多因素回归结果没有显著差异,但基于本地化探空数据的回归公式精度比Bevis公式高;增加样本数回归分析并不能显著提高公式精度,采用最近一月探空数据回归公式即可很好地由Ts拟合下年Tm,拟合均方根误差(F RMS)为1946 K;用2003年数据回归出的经验公式Tm=11329+05 863Ts去拟合2004—2009年的数据,拟合均方根误差〖JP2〗基本没有差异,因此某地Tm Ts经验公式一次回归可长期使用．通过对全国83个国际交换站2009年探空数据回归得出我国大陆地区最新Tm Ts经验公式为Tm=〖JP〗53244+0783Ts,该一般公式拟合均方根误差与本站数据回归剩余均方根误差(RRMS)相当,可代替本地公式广泛使用．     

由卫星资料估算晴空大气太阳直接辐射和散射辐射

根据光的多次散射理论 ,对水汽、气溶胶、臭氧、混合气体等实行辐射参数化处理 ;利用中国探空站资料和诺阿 ( NOAA)气象卫星垂直业务探测器 ( TOVS)资料反演的探空资料 ,由离散纵标法计算了大气各高度上的太阳直接辐射和散射辐射 ,并与此同时的和同站点位置的卫星可见光、红外测值进行统计回归拟合 ,建立卫星测值与大气中太阳直接辐射和散射辐射的计算模式 ,据此可以利用卫星资料估算太阳直接辐射和太阳散射辐射 ,这对于大气环境光学特性和大气环流、气候变化的研究有重要意义。     

中国西北地区大气边界层高度变化特征——基于探空资料与ERA-Interim再分析资料

利用中国西北地区2015年9月至2016年8月38个站点L波段探空观测、2016年7月加密探空观测和ERA-Interim边界层高度资料,对比分析了西北地区大气边界层高度变化特征。观测资料表明,在中国西北地区,08:00(北京时,下同)冬季边界层高度最高; 20:00春季边界层高度最高,边界层高度从西部到东部有显著降低的趋势。ERA-Interim资料基本能表现出边界层高度的区域分布,但相对于探空观测得到的边界层高度,除夏季20:00外,ERA-Interim再分析资料边界层高度均偏低。全年平均而言,08:00(20:00)偏低160 m(170 m),其中在08:00(20:00),冬季(春季)偏低最显著。08:00边界层高度与低层稳定度、近地层温度和风速相关更加显著; 20:00边界层高度与低层稳定度和相对湿度相关更加显著。2016年7月加密观测资料对比表明,ERA-Interim资料的对流(中性)边界层高度显著偏高;低层稳定度、相对湿度偏小,风速偏大可能是造成边界层高度偏高的原因; ERA-Interim资料的稳定边界层高度偏低,与低层稳定度和近地层温度偏低相关,但其影响因素相对更加复杂。     

用PC—1500机作单站探空资料分析

单站探空资料分析主要是时间剖面图,高空风分析图,温度对数压力图和总能量垂直廓线图的分析;计算各层温湿特征量、特征高度、稳定度指数等。人工查算、点图的工作量大且有一定误差。为了能在微机上实现计算点图并及时用于预报业务,我们研制了《单站探空资料分析程序》,经使用取得了满意的效果。下面就作一简单介绍。     

探空温度观测与ERA-interim再分析资料的对比分析

在观测资料同化系统中,探空资料是重要的资料之一。为了解探空温度观测资料的误差特征、合理使用观测,选用欧洲中心再分析场为参照场,针对从国家气象信息中心资料库中检索到的探空资料,按着仪器类型和太阳高度角统计探空温度观测资料的平均偏差和均方差。统计时段分别为夏季(2014年6—8月)和冬季(2014年12月—2015年2月)两个季节。统计结果显示,检索到的全球探空站总数约有680个,使用的探空仪共有三十多种(有仪器标识)。其中约275个探空站使用Vaisala系列探空仪,90个探空站使用中国上海生产的探空仪,约80个探空站使用美国生产的探空仪。不同类型的探空仪器在不同太阳高度角,探空温度观测相对欧洲中心再分析场的偏差差别很大。而有些探空仪器无论是平均偏差(一般低于0.5℃),还是均方差都较小,且随太阳高度角变化不大;有些探空仪器探测温度偏差较大(在高层绝对值大于2℃)。     

COSMIC掩星反演大气温湿资料的质量特征分析

针对COSMIC(Constellation Observation System of Meteorology Ionosphere and Climate)掩星反演的大气温度和水汽压二级资料,利用常规探空观测和NCEP(National Centers for Environmental Prediction)分析资料分别进行质量检验分析,以揭示反演资料质量的海陆差异、随纬度和高度变化等三维空间特征。结果显示:我国区域反演资料的温度略低于探空观测与NCEP分析资料,温度与水汽压相对于检验资料的均方根误差较小;全球范围内,反演大气温湿资料的质量随高度和纬度的不同而存在明显差异,而且海洋和陆地上质量的水平和垂直分布特征也存在显著不同。总体上看,COSMIC反演大气温湿资料具有良好的可靠性与精确度,可作为我国数值预报资料同化的新资料,反演温湿资料的质量特征也可为COSMIC资料同化的质量控制和垂直稀疏化方案的设计提供科学依据。     

高光谱大气红外探测仪(AIRS)反演大气不稳定度指数在强对流天气个例中的应用试验

使用探空、NCEP-FNL,数据和高光谱分辨率大气垂直探测仪(AIRS)标准反演数据计算大气不稳定度指数,对2011年6月23日北京强对流天气发生前的本地及上游大气中不稳定能量进行分析研究。分析发现:利用08、14和20时探空数据计算的北京站不稳定度指数显示了在"6·23暴雨"过程发生前后北京上空不稳定能量变化,上游关键区无探空数据;利用NCEP和AIRS数据计算的不稳定度指数显示,强对流天气发生前,在北京的上游关键区大气处于极端不稳定状态(K指数大于40,SI指数小于一5),有利于强对流天气发生。文章的研究结果表明,探空数据时空分辨率较低,不利于监测强对流天气的发生;质量控制后AIRS数据计算的不稳定度指数可以监测对流天气的发生;空间分辨率较低的NCEP数据监测小范围大气不稳定层结能力较低。综上所述,AIRS反演产品具有弥补探空资料时空分辨率不足的优势,利用AIRS L2反演产品计算晴空大气不稳定度指数产品可以监测到"6·23暴雨"天气发生前上游关键区大气层结稳定度状态,为预报员决策提供有效的辅助信息。     

介绍《南半球数值分析资料图集》

《南半球数值分析资料图集》是根据世界气象组织1986年1月出版的长期天气预报系列研究报告之七的内容编译而成的。原材料包括有图集和微缩胶片资料。中文译本只有图集。这份材料是澳大利亚墨尔本世界气象中心根据从1972年9月到1982年8月每天天气圈的客观分析(数值分析)整理和加工得到的。由于南半球常规气象资料比较稀少,在每天的天气图客观分析中,墨尔本中心充分采用了由卫星云图所推导得到的高空风资料,卫星垂直温度廓线探测资料以及1979—1980年南半球的海洋漂浮站观测资料。因此,从观测资料的数量和质量看,这是目前世界上最新、最好的一份南半球各层等压面的风、温度和高度场的气候资料。     

不同观测资料在西南地区数值预报中的应用

利用3.4版WRF同化与预报系统开展自动站、探空、GPS大气可降水量和云迹风资料的同化对比试验,了解现有业务中已同化观测资料在新版系统中的应用效果,确定资料同化优选方案,为西南区域中心数值预报业务改进提供参考。试验表明:(1)自动站资料测站多、分布不均,对初猜场低层要素调整作用大,会减小温度、相对湿度误差;探空资料站点少、垂直信息丰富,对初猜场各层误差减小均有贡献;云迹风资料垂直分布不均,集中在对流层中高层,因此对初猜场的最大调整集中在中高层,会减小位势高度误差;GPS测站少,被剔除的比例高,对初猜场调整作用很小;(2)单独同化试验发现探空、云迹风资料有助于该地区降水预报改进,而自动站和GPS资料对降水预报有负作用;(3)同时同化探空、云迹风资料有利于西南地区降水预报准确率提高,尤其对大降水中心预报。     

L波段与59—701系统高空对比观测资料特征分析

选择喀什探空观测站10个位势等压面上的高度、气温、露点L波段雷达探空系统与59—701雷达探空系统对比观测资料进行分析,结果表明,两种仪器的露点差异最大,而且随高度增加而增加。对各时段高度、气温、露点观测资料进行“检验也表明,L波段与59—701雷达探空高度和气温观测资料无显著性差异,属于同一气候序列;而部分露点值没有通过检验。另外,气温观测值的离散性相对较大,各位势层高度、气温、露点观测值的离散性19时比07时大,低空比高空大。两种仪器在各等压面上的气温值有一定差异,这种差异在大气对流活跃时尤为突出。     

我站图资群结合的一些做法

要做好县站预报,必须图资群结合,在本站资料上下功夫,这是我们的一点体会。那么如何结合,怎样在本站资料上下功夫呢?下面就我县盛夏大到暴雨的预报方法为例,谈谈我站图资群结合的一些做法,参加《怎样做好县站预报?》的讨论。 一个县的降水量级预报,从降水物理成因分析,我们认为应该抓上升气流的强弱,当地大气中水汽含量的多寡,水汽的水平输送这三个方面的因子。 天气变化是一个有机的整体,因此制作县站预报必须考虑大范围环流的背景条件,即本站所处地区的长波(包括副高)流型,上游西风锋区的有无和强弱,高原低值系统发生发展的条件等。在有利本县降水的天气形势下,再根据本站要素的演变,如本站总热能、     

利用气象卫星资料反演大气温度廓线的初步试验

气象卫星垂直探测资料在国外已广泛用于数值天气预报中,本文介绍了由气象卫星垂直探测资料反演大气温度廓线的方法及回归反演系数的计算。最后给出了利用NOAA-7 TOVS资料反演大气温度廓线的试验结果。试验结果与常规探测温度的比较表明:绝对平均偏差和均方根误差在各等压面上大致为2—3℃。     

利用探空气球升速判定敦煌夏季白天边界层高度的分析

大气边界层高度是表征大气边界层的一个重要参数。利用2009年8月20～23日在甘肃敦煌进行的9次探空试验资料,分析了位温和探空气球的上升速度随高度的变化特征。结果表明,探空气球的上升速度也可以作为大气边界层高度的判定指标。通过分析用位温与探空气球上升速度所定的边界层高度,得到敦煌盛夏的边界层高度最高可达到4 300 m...     

青藏高原地区上空NCEP/NCAR再分析温度和位势高度资料与观测资料的比较分析

利用青藏高原12个探空站资料及NCEP/NCAR再分析资料,对各标准等压面上的月平均温度和位势高度资料进行了比较,结果表明:NCEP/NCAR再分析资料能够客观地反映青藏高原上空温度和位势高度多年平均的气候特征;与实际探空资料相比,在年际变化中再分析资料的温度和位势高度也具有较高的可信度;但在长期趋势变化上,再分析资料在青藏高原对流层低层存在着明显虚假的变化趋势.总之,再分析温度和位势高度资料在青藏高原气候研究中有较高的参考价值,尤其是1979年后再分析资料的质量在平流层低层得到明显的改善.     

用探空资料检验中尺度数值模式对强对流天气的诊断分析能力

提高对流天气临近预报准确率的关键问题之一是了解大气的垂直稳定度和垂直风切变。中尺度数值模式产品提供了高时空分辨率的大气稳定度和垂直风切变信息，需要首先检验其精度才能进一步考虑其在对流天气预报中的应用。利用北京加密探空资料检验北京市气象局3km分辨率的MM5模式结果，对强对流天气的背景参数包括温湿风垂直廓线、对流有效位能CAPE和垂直风切变进行模式分析和预报与探空对比检验。结果表明：模式模拟的各种大气廓线中，风廓线和温度廓线都具有一定的参考价值，与实况有较好的一致性，但在廓线出现转折的地方，如：逆温层和风向转折时，模式预报较差。露点（湿度）廓线的预报误差较大，不能反映出真实水汽场的分布。因此，模式预报的深层（地面至500hPa）垂直风切变与探空具有较好的一致性，而模式给出的对流有效位能CAPE由于露点预报结果不理想，其值与实际偏差较大。因此模式输出的对流有效位能CAPE必须经过适当订正才能用于诊断强对流天气发生的可能性。     

梧州副高边缘午后局地性短时雷暴大风潜势预报初步

通过对2007年5～9月当梧州处于500hPa副热带高压边缘(本站500hPa高度≥585gdpm)时午后出现的多次短时雷暴大风天气进行分析,利用本站的地面、探空资料和T-lnP图,初步做出梧州处于副热带高压边缘时午后易出现短时雷暴大风潜势预报的预报指标.