大气探测高技术及应用研究进展

大气探测技术是支撑大气科学,特别是大气物理和大气环境学科发展的重要基础,其主要任务是发展新的探测和试验手段、原理和方法,为认识大气运动以及大气中各种物理、化学、生物过程的基本规律及其与周围环境的相互作用提供技术手段和方法。除了充分利用国内外已有的成熟技术和产品对大气科学发展提供支持外,大气探测还存在一系列科学与技术问题需要研究和开发,这也是大气探测科学与高技术的前沿。本文从强对流和降水探测技术、雷电探测技术、云特性探测技术、臭氧和气溶胶等大气成分探测技术、地基GPS观测反演大气和海洋参数、大气与环境综合探测平台六个方面综述近五年来中国科学院大气物理研究所在地面大气探测高技术研发、实验观测及相关研究领域所取得的一些主要进展,并对未来发展进行展望。     

中高层大气探测技术的研究进展

探测技术的发展和探测仪器的研制是中高层大气研究的重要方面,利用单一的探测技术无法完成这个相当宽的高度范围大气状态参量的测量,需要采用多种探测手段综合得出这一区域的大气结构。本文结合国际上中高层大气探测技术的发展,主要从雷达的地基遥感,高层大气探测卫星的探测及无线电掩星技术,大气参数的气球、火箭、飞船探测方面回顾了我国近几年间的研究进展。     

双多普勒天气雷达联合探测大气风场技术进展

本文详细总结了目前国内外关于双多普勒天气雷达联合探测大气风场的技术和发展动态，阐述了双多普勒天气雷达联合探测大气风场技术方法的发展进程和几种探测方法的优缺点。从中可以了解到目前双多普勒天气雷达联合探测大气风场的最新技术——综合和连续调整技术。     

发展中的地基大气廓线探测

最初的大气廓线探测—无线电探空的出现和组网观测推动了气象学的发展。地基遥感大气廓线探测的发展将会推动对中小尺度天气系统变化规律的认识,提高对强天气过程的认识和预报能力。地基遥感大气廓线探测的主体技术已经成熟,但其复杂性和应用难度,远高于无线电探空,在应用环节、设备研制生产环节和多种技术的综合集成方面都面对技术挑战。多种大气廓线探测技术综合集成已成为大气廓线探测发展的重要特征和趋势。综合集成一方面能够提供更多要素,以满足应用需求;另一方面将改进、完善大气廓线探测能力,提高探测精度。     

静止轨道微波大气探测的技术现状与发展展望

分析了静止轨道微波大气探测的重要性,介绍了发展静止轨道微波大气探测的国内外技术现状和所面临的技术挑战。在论述新型干涉式综合孔径技术体制优势的基础上,提出将传统真实孔径与新型干涉式综合孔径技术体制相结合,发展我国静止轨道微波大气探测的设想。     

初论大气探测技术发展的几个问题

针对目前大气探测技术现状，分析讨论了大气探测技术发展的未来趋势。提出大气探测技术应着眼于准确捕捉天气过程的本质特征，并迅速有效地对所探测信息实时传输，处理及图形再现，因此，其技术发展应建立在测量对象研究及自身技术体系完善这两个基础上，即一方面尽可能有效地从其它领域借鉴或移植现代高技术手段，另一方面汇用气象专家一道不断探索，研究新算法。     

GPS水汽探测原理及应用

随着地基GPS技术日益完善以及GPS气象学研究的迅速发展,地基GPS探测技术已经成为一种有效的大气水汽探测手段,可提供高精度、高容量、快速变化的水汽信息。介绍地基GPS遥感大气可降水量的基本原理,分析国内地基GPS水汽探测取得的主要成果及应用现状,展望GPS水汽探测的发展及潜在应用。     

第四章 大气探测

大气探测是气象科学技术的基础工作。探测技术的每一重大改进,都将有力地促进气象科学技术的发展。气象探测几十年来的发展是迅速的,由常规的地面气象观测发展到高空气象探测、天气雷达探测,卫星云图接收等,使人民对大气运动规律的认识有了较为明显的提高。     

国外气象火箭探测近况

自1945年初美国于白沙导弹靶场施放第一支研究性火箭以来,火箭用于大气探测已有20多年的历史。由于高空气象、空间研究和军事技术的发展,促使气象火箭技术的不断革新和全球气象火箭探测网的建立,它是气球探空高度以上,卫星运行高度以下的高层大气探测手段之一。     

地面气象探测技术介绍

地面气象探测属于大气探测的范畴,随着“四化”建设的发展,地面探测技术的现代化也必然迅速发展。据了解,广大气象员 迫切希望采用更多的先进仪器和设备,以提高工作效益。为了开拓思路,现介绍国内外地面气象探测技术状况,供大家参考。     

气象激光雷达的发展现状

激光雷达能用来测量云、雾、能见度、空中风场、大气密度和大气温度,也可以用来监测空气中的有害气体。该文介绍了用于气象探测的半导体激光雷达、微脉冲激光雷达、一般弹性散射激光雷达、多普勒激光雷达、差分吸收激光雷达和Raman激光雷达的发展现状和趋势,认为人眼安全、高重复频率和宽探测范围是气象激光雷达的发展方向。固体激光雷达的气象应用最广泛,微脉冲激光雷达能同时测量云底高度、能见度和获得大气气溶胶消光廓线,有比较好的应用前景,半导体激光雷达是测量云底高度的理想工具。     

国际卫星红外大气探测器发展新特点

为了深入了解国际卫星红外大气探测仪器的新特点,推动其资料应用,以美国NASA Aqua卫星装载的高光谱红外大气探测仪器AIRS(Atmospheric Infrared Sounder)为例,介绍卫星红外探测仪研发背景、仪器特征、研制技术、数据产品处理和应用。研究表明,AIRS开辟了卫星大气探测的新时代,它为其他未升空的高光谱仪器提供了不可或缺的研究资料,对将装载于我国风云卫星的高光谱红外大气垂直探测仪器的研制具有重大的参考价值。     

基于内容的气象影视检索方法

GPS系统在气象中的应用,为探测大气有关气象要素提供了一个新的技术方法。山西省观象台正在建设中的GPS/MET、GPS控空将使山西省气象探测技术提高到一个新水平。GPS/MET、GPS探空项目的建设,将为拓宽气象服务领域创造一个良好的条件。     

METOP星载干涉式超高光谱分辨率红外大气探测仪(IASI)及其产品

为了深入了解国际卫星红外大气探测仪器的新特点,以欧洲METOP卫星装载的超高光谱红外大气探测仪(IASI:Infrared Atmospheric Sounding Interferometer)为例,介绍卫星红外探测仪研发背景、仪器特征和数据产品处理,并与第1个高光谱大气红外探测仪(AIRS:Atmosphenic Inftared Sounder)作了比较分析.采用干涉分光技术的IASI为地球大气遥感提供了丰富的研究资料,可用于反演大气、海洋、云和大气成分,对我国风云卫星的高光谱红外大气垂直探测仪器的研发具有重要参考价值.     

虚拟现实技术在气象领域的应用

将虚拟现实与气象应用相结合,能有效解决气象领域中传统模式存在的局限性问题,是虚拟现实技术的一个主要研究方向。首先介绍了虚拟现实技术的定义与组成,将其发展分为萌芽、初步应用以及全面发展3个阶段,并综述了各阶段的代表性成果,随后,详细论述了虚拟现实技术在天气现象、天气系统和数值预报产品等气象领域的理论研究成果。此外,分析归纳了气象领域中维修培训、影视宣传和气象科普等方面应用虚拟现实技术的典型案例。最后,从虚拟现实产业本身以及其与气象应用相结合两个方面,探讨了虚拟现实技术在气象应用上所面临的问题,并展望了可能的研究方向以及未来前景。     

基于往返式平漂探空的FY-3D卫星反演温度检验

往返式平漂探空观测（以下简称平漂探空）可实现对流层至平流层低层大气温度廓线垂直探测以及平流层低层内持续4 h的水平温度分布探测。该文介绍利用平漂探空试验数据对风云3号气象卫星D星（FY-3D）反演温度数据的检验评估算法,基于该算法和2021年3—9月长江中下游平漂探空试验数据完成对卫星反演大气温度数据的检验。结果显示:FY-3D卫星反演的温度数据准确度总体较高,与平漂探空上升段数据平均绝对偏差约为1.34℃,与下降段数据平均绝对偏差约为1.93℃;卫星反演的100 hPa以上和850 hPa以下温度误差分别偏大0.59℃和0.33℃;卫星反演平流层温度准确度低于温度廓线,平均绝对偏差约为3.92℃;与平漂探空数据相比,卫星大气温度廓线分辨率较低、趋势较平滑,无法显示大气温度垂直分布和平流层温度水平分布的细节特征。     

First Rocketsonde Launched from an Unmanned Semi-submersible Vehicle

The unmanned semi-submersible vehicle(USSV) developed by the unmanned surface vehicle team of the Institute of Atmospheric Physics is an unmanned, rugged, and high-endurance autonomous navigation vessel designed for the collection of long-term, continuous and real-time marine meteorological measurements, including atmospheric sounding in the lower troposphere. A series of river and sea trials were conducted from May 2016 to November 2017, and the first rocketsonde was launched from the USSV. Real-time meteorological parameters in the marine atmospheric boundary layer(MABL) were obtained, including sea surface temperature, and vertical profiles of the pressure, temperature, relative humidity, wind speed,and wind direction. These data are extremely useful and important for research on air–sea interactions, sea surface heat and latent heat flux estimations, MABL modeling, and marine satellite product validation.     

Review and Development on the Studies of Chinese Meteorological Satellite and Satellite Meteorology

Meteorological satellite and satellite meteorology are the fastest developing new branches in the atmospheric sciences. Today the meteorological satellite has become a key element in the global atmospheric sounding system while the satellite meteorology is covering the main components of earth's system science. This article describes the major achievements that China has made in these fields in the past 30 years. The following contents are involved: (1) History and present status of China's meteorological satellites. It covers the development, launch, operation, technical parameters of China's polar and geostationary meteorological satellites. (2) Major achievements on remote sensing principle and method. It describes the retrieval of atmospheric temperature and humidity profiles, cloud character retrieval, aerosol character retrieval, precipitation retrieval as well as the generation of cloud wind. (3) Achievement on the studies of meteorological satellite data application. This part covers the applications of meteorological satellite data to weather analysis and forecast, numerical forecast, climate monitoring, and prediction of short-term climate change. Besides, the new results on data assimilation, climate monitoring, and forecast are also included.     

省地气象台精细化预报系统

随着全国雷达网的建设以及探测技术和计算机能力的提升,各省地(市)气象台已具备良好的开展高分辨率数值天气预报的运行基础,因此研究一套切实可行的数值预报业务系统是十分必要的。系统的内核模式主要采用MM5V3,采用多台微机MPI并行,网格距可达到5-10 km。依据目前的计算条件和计算量,在系统中建立了几套方案。除了应用上面的模式外,系统尽量使用免费软件,主