江西省春季GPS/PWV变化及其在人工增雨作业中的演变特征

利用2011—2012年3—5月江西省53个地基GPS观测站数据反演了大气可降水量,探讨了GPS/PWV的精度,分析了江西省春季大气可降水量的时空分布特征及其在人工增雨作业中的演变等。结果表明:江西省整个春季的水汽主要呈南多北少、西高东低分布,各站的GPS/PWV时间分布变化总体趋势较一致,日变化特征均呈先上升后下降趋势。在实际的人工增雨作业中,火箭催化作业前,GPS/PWV呈明显的上升趋势,作业后GPS/PWV快速减小,降水随之出现。     

地基GPS水汽总量在人工增雨中的应用

利用成都市地基GPS综合应用网的观测数据,反演出大气水汽总量,并结合多普勒天气雷达探测的垂直积分液态水含量(VIL),分析了这两种新型大气水汽探测资料在人工影响天气作业中的变化特征,初步得出了GPS大气水汽总量(GPS PWV)与人影作业前后降雨量的关系。研究表明:GPS PWV与人工增雨过程有较好的对应关系,人影作业后1～3h伴随小时雨量的增大GPS PWV有下降,体现了催化剂将空中部分冰面过饱和水汽凝华核化转化为降水过程。GPS反演的水汽资料结合新一代多普勒天气雷达探测的液态水资料在指导人工影响天气作业和短临天气预报方面具有良好的应用前景。     

大气冰核谱分布对对流风暴云人工催化影响的数值模拟研究

2002年9月在青海省河南县人工增雨综合试验基地开展了人工增雨外场综合观测试验.根据这次实验得到的大气冰核资料,以及文献给出的另外两组常用的冰核资料,利用中国科学院大气物理研究所研制和发展的三维对流云人工催化数值模式,讨论了3类不同大气冰核谱环境对模拟对流风暴云人工催化增雨效果的影响,模式中还考虑了国内人工影响天气部门常用的RYI-6300型和WR-1B型人工增雨防雹火箭播云弹道的差异.模拟结果表明,3类不同大气冰核谱环境对模拟对流风暴云的宏观和微观参量分布结构有很大影响,在这些对流云中进行火箭播云催化试验得到的播云效果也有很大差异.大气环境中高温冰核浓度低,而低温冰核浓度高时,对流风暴云人工催化将导致云中冰晶过量,不利于对流风暴云降水增加.在大气环境中高温冰核浓度较高,并且低温冰核浓度较低时,对流催化风暴云可获得最高的人工增雨效果.在青海试验区的大气冰核谱环境下,火箭催化对流风暴云增雨有一定效果.对不同地区进行人工增雨作业时,了解清楚当地大气冰核的基本背景状况对于正确地评估播云效果非常重要.文中还给出了导致这些结果差异的物理解释.     

2004年江苏火箭人工增雨降温分析

为缓解夏季高温,减轻用电负荷,2004年江苏省实施了火箭人工增雨降温作业.本文利用多普勒天气雷达和地面各项观测资料,对2004年11 d 27次火箭增雨降温作业前后降水与降温情况进行统计分析,在此基础上重点分析了8月5日常州市的火箭人工增雨降温作业过程,分析了这次作业的效果,讨论了强对流云催化降温的机理和火箭增雨降温作业的着眼点,为以后此项工作的开展提供依据.     

对流性云火箭增雨试验效果的数值模式评估

利用中国科学院大气物理研究所建立的具有人工增雨催化功能的三维云数值模式(IAP-CSM3D)，对2003年7月5日北京地区的一次对流性云火箭增雨作业的效果进行了数值模式评估，并就火箭催化的时间、部位和剂量对增雨效果的影响进行了分析。结果表明，利用火箭在对流云中适宜的部位进行人工播云催化作业是有正效果的；在云发展阶段进行催化，增雨效果较好；火箭发射仰角对增雨的效果有很大影响，给出了火箭最佳发射仰角的选取原则，并分析了火箭催化增雨的机理。     

人工增雨农业减灾技术研究

该项目在河南、山东、吉林3省建立了层状云人工增雨外场观测作业试验区，研制了层状云数值模式，结合分析得出了层状云人工增雨新的概念模型、相应的催化条件判据和作业指标；研制了催化条件的飞机实时识别技术和地面综合集成识别技术；建立了中尺度层状云系数值模拟预报的实时业务和省级的人工增雨综合技术系统（催化条件综合识别判据、实时监测识别技术、催化指标和作业决策系统等），提出了相应的作业流程。 在鄂西北（十堰市）对流云人工增雨作业试验区进行了大量外场观测和作业试验，用研制的三维对流云催化模式进行实时预报和催化数值试验，初步提出了催化的最佳部位、时机和剂量；开发应用了高成核率火箭；用雷达识别作业条件并建立了指挥作业的技术流程，因而大大减少了作业的盲目性，提高了对流云人工增雨作业的科学性。     

高炮、火箭人影催化作业云层高度的确定

通过对碘化银的成核机理、高炮火箭撒播特点以及对不同类型云的特征分析,确定了使用高炮、火箭进行人影作业时云顶温度和人工增雨炮弹炸点及火箭播撒催化起点的温度:作业催化云层的云顶温度应处于-10～-24℃,最适宜为-15～-20℃;对层状云进行播撒催化,人工增雨炮弹炸点的高度应在-10～-15℃温度层,用火箭进行播撒作业时,起始播撒点的高度应确定在-10℃温度层;对积状云进行催化作业,人工增雨炮弹炸点的高度应选在-4～-10℃温度层,火箭起始播撒点的高度应确定在-4℃温度层.     

密云水库蓄水型增水作业效果分析

为缓解北京市水资源短缺的矛盾,在密云水库流域进行了大规模的飞机、火箭蓄水型人工增雨作业。由于2种工具作业影响区域在时、空上互相覆盖,所以需研究对飞机、火箭增雨作业综合评估方法。此方法依据长序列历史资料和较长作业资料,分别对飞机和火箭增雨效果进行统计分析,以其分析结果为基础,使用催化覆盖面积加权法分析综合增雨率,得出2004年密云水库流域增雨作业可增加降水量13%左右。     

火箭增雨作业效果评估分析

火箭人工增雨作业效果评估一直是社会普遍关注的问题.利用火箭开展增雨作业,具有投资少、操作简单,效果显著的特点,自2003年起,朝阳市龙城区政府投资开展火箭增雨作业,不间断地在辖区内开展作物生长季火箭增雨作业.利用降水变化分析和影响区和非影响区对比分析方法,分析了龙城区3年增雨作业情况,进行人工增雨效果评估,得出火箭增雨作业的增雨效率为33%的结论.     

增雨作业火箭可催化性分析

提出人工增雨机制和“播云温度窗”概念,分析了红河地区增雨作业可播撒区高度的年变化值,对现行增雨作业火箭和云体可播区高度进行分析,得出:人工增雨不仅仅是对云体发射几枚增雨火箭弹就可以达到增加降雨,而是要根据作业时间、地点、天气条件、云体可播区高度和选择适合的增雨火箭等进行科学分析,并充分利用现代天气预测方法和大气探测手段,实施有效的人工增雨作业。     

GPS可降水量在湖北暴雨预报中的指示性

通过对2012年5—9月湖北省59个GPS/MET站可降水量资料、全省自动站雨量资料以及实况高空资料的分析发现：①同址观测的GPS PWV与探空-PWV相关性高,误差小,有降水时相关性下降。②有降水时山地比平原地区的GPS PWV普遍偏低10 mm左右。③69%暴雨出现前GPS PWV会上升,不上升的则已达到较高值。GPS PWV单站6 h和12 h变量为正,对暴雨开始的指示性较好。④不同类型暴雨的GPS PWV特征不同：西风系统型和副热带高压影响型局地暴雨中心均对应GPS PWV高值区,其GPS PWV阈值在湖北西部分别为大于等于40 mm和大于等于55 mm,在湖北中东部分别为大于等于52 mm和大于等于60 mm;台风影响型局地暴雨大多位于GPS PWV高值区附近的密集带,GPS PWV阈值为大于等于45 mm;区域性暴雨需在有利降水的天气形势下考虑PWV,暴雨中心对应GPS PWV高值区,且GPS PWV高值中心较暴雨中心提前1 h出现。⑤暴雨中心位于GPS PWV水平分布密集带的情况有3种：个别影响系统移动较快的暴雨、台风影响型局地暴雨、个别山区暴雨。⑥利用GPS PWV高值区叠加地面辐合区判断未来1 h暴雨区,对湖北中东部暴雨的指示性较好,但对湖北西部山区暴雨的指示性较弱。     

区域GPS气象网站点合理布设的几点依据

区域GPS气象网反演的可降水量资料（GPS／PWV）对提高灾害性天气的监测和预报能力，改进数值天气预报精度已显示出广阔的应用前景，我国许多省市相继计划建设区域的GPS气象网。在区域GPS气象网中如何科学合理地布设GPS站就成了大家关注的问题。结合长江三角洲地区GPS气象网的情况，从长江三角洲地区的水汽通道，PWV分布的气候统计、GPS反演PWV资料的有效半径和在数值天气预报中资料同化的最大影响半径等4个方面，讨论了区域GPS网站点的分布和间距的几点依据：重点沿区域的水汽通道和强对流天气主要路径上布站，经向（南北向）的站点密度应大于纬向密度，站点的最大间距小于60km才能使反演的PwV的有效代表性和对数值预报的影响覆盖整个区域。 距     

地基GPS技术在广东区域水汽分布研究中的应用

利用广东省连续运行卫星定位服务系统（GDCORS）观测资料,采用地基GPS／MET技术线路,用Bemese软件平台求解各参考站上的对流层天顶总延迟和湿延迟。通过推导湿延迟与大气可降水汽含量之间的转换关系得到GPS各测站大气水汽含量。试验结果表明,GPS／MET技术可获得覆盖广东省范围的高时空分辨率的大气水汽总含量分布图。     

基于地基GPS水汽资料对成都地区一次暴雨过程的分析

本文利用成都地区地基GPS得到的GPS-PWV对2008年一次暴雨过程进行了综合分析,得出了成都地区GPS-PWV的变化同实际降水间存在的相关性.结果表明：GPS-PWV对于空中水汽变化具有很高的敏感性,能及时反映大气中水汽的时空变化;降水强度的极大值滞后于可降水量的峰值,对降水有一定的提前性;强烈的上升运动有利于PWV的积累增长,并且上升运动的强度同GPS-PWV的大小有很强的相关性;GPS-PWV处于高值区时往往大气都处于不稳定的状态。     

北斗和GPS反演大气可降水量的对比分析

北斗地基增强系统是我国北斗卫星导航系统重要的地面基础设施,它可以获取高精度、高时间分辨率的水汽产品,满足数值预报、空间天气监测和预警业务的需求。本文利用2017年北斗地基增强系统中北斗单模、GPS单模和GPS+BD双模的数据资料,对同址的北斗气象站、GPS气象站和探空站反演大气可降水量进行对比分析,结果表明:(1)现行北斗地基增强系统所提供的数据,可以有效地用来反演大气柱总水汽含量,所得结果合理,平均偏差都小于1 mm,在变化上与GPS系统和探空系统基本一致,对数值预报有一定的指示作用;(2)与GPS系统相比,GPS单模/PWV和GPS+BD双模/PWV的均方差小于2 mm,相关系数均在0. 97以上,表明两者在反演PWV的精度上与GPS系统相当,而北斗单模/PWV的均方差为3～6 mm,相对方差达到了15%～20%,其精度与GPS系统还有一定的差距;(3)与探空相比,北斗单模在个别时次变化趋势上存在不一致的情况,其均方差为2. 14～6. 12 mm,相对方差为15. 32%～20. 84%,其误差可能是由于探测系统误差等因素造成的,而GPS+BD双模和GPS单模会更加稳定。     

地基GPS遥感西藏改则站大气可降水量变化特征及其与夏季降水的关系

利用中日JICA项目2010-2011年期间的地基GPS探测逐时大气可降水量（PWV）资料,分析了西藏西部改则站PWV的季节变化和日变化特征及其与夏季降水的关系。结果表明：（1）该站PWV存在明显的季节变化特征,其高（低）值出现在6-9（12-3）月,呈现出明显的单峰型变化特征,同时表现出春季持续上升和秋季快速下降的特点。（2）谐波分析表明,改则站各季PWV日变化均以日循环为主,只是夏季也表现出一定的半日循环特征。（3）改则站PWV存在明显的日变化特征,低值一般出现在当地时间的凌晨至次日上午,各季谷值普遍出现在当地时间10：00前后;高值通常出现在当地的午后至午夜,但各季最大值出现时间不固定;（4）改则站降水通常都发生在PWV高值期,降水发生前后PWV有明显的逐渐积累与迅速下降的变化特征,PWV达到峰值的时间提前于降水。PWV对累积降水频次的影响要比累积降水量更显著。     

A PRELIMINARY STUDY ON THE QUALITY CONTROL METHOD FOR GUANGDONG GPS/PWV DATA AND ITS EFFECTS ON PRECIPITATION FORECASTS IN ITS ANNUALLY FIRST RAINING SEASON

We first analyzed GPS precipitable water vapor (GPS/PWV) available from a ground-based GPS observation network in Guangdong from 1 August 2009 to 27 August 2012 and then developed a method of quality control before GPS/PWV data is assimilated into the GRAPES 3DVAR system. This method can reject the outliers effectively. After establishing the criterion for quality control, we did three numerical experiments to investigate the impact on the precipitation forecast with and without the quality-controlled GPS/PWV data before they are assimilated into the system. In the numerical experiments, two precipitation cases (on 6 to 7 May, 2010 and 27 to 28 April, 2012 respectively) that occurred in the annually first raining season of Guangdong were selected. The results indicated that after quality control, only the GPS/PWV data that deviates little from the NCEP/PWV data can be assimilated into the system, has reasonable adjustment of the initial water vapor above Guangdong, and eventually improves the intensity and location of 24-h precipitation forecast significantly.     

华北一次强降水过程的分阶段对比分析

利用GPS可降水量、多普勒天气雷达和地面加密自动站等高时空分辨率资料,对2011年6月23-24日发生在京津冀的强降水天气过程的不同阶段进行了对比分析.结果表明:(1)第一阶段降水为时间短、强度大的积状云对流降水;GPS可降水量的峰值与强降水对应,在降水之前6h左右会有GPS可降水量峰值出现;在空间分布上,高值中心的演变表现为东移南压趋势.(2)第二阶段降水表现为持续时间较长的系统性降水;雷达回波以大面积层状云降水回波为主;此阶段的GPS可降水量长时间维持在高值阶段,空间分布上GPS可降水量等值线“南高北低”并逐渐南压,西部GPS可降水量明显偏高.(3)在液态水与气态水对比上,雷达VIL随时间的变化不连续,而GPS可降水量表现为连续性演变,二者的峰值或高值对应较好,二者均可反映降水出现时间和降水性质,其中雷达VIL大值与降水出现时段吻合得好,而GPS可降水量的大小和演变趋势可以提前预示降水的出现时间和降水性质,对降水天气预报有指示意义.     

GPS遥感大气可降水量在暴雨天气过程分析中的应用

利用北京市气象局地基GPS监测试验网遥感大气可降水量（PWV）数据，分析2004年汛期暴雨天气过程PWV的变化特征及其与降雨量、降雨强度的关系；通过分析地面、高空的位势高度场、风场，以及比湿外水汽通量Q及水汽通量散度AQ等物理量诊断场分布，研究天气系统与大尺度水汽输送、辐合的关系，大尺度水汽输送、辐合与PWV变化的关系；探讨GPS遥感大气水汽资料在预报强降雨天气过程中的应用。得出：PWV的增长方式受当地天气系统的支配和制约，对于明显降雨过程，当地面、高空天气系统有利于暖湿空气的输送时，在北京附近形成等湿度线密集区，PWV逐渐增长（降雨开始前的13-24h）的趋势；当地面、高空有辐合系统东移或生成，或有中小尺度天气系统影响时，PWV显著增长（降雨开始前的3～4h）；当PWV大于某阈值后出现较强降雨，PWV值及增量的大小与降雨量的大小没有明显的关系。     

上海一次连续大雾过程的成因分析

利用上海市遥测能见度数据、常规气象资料和T213、GFS分析资料以及GPS-PWV资料,分析了2008年1月5-11日发生在上海地区的一次连续大雾天气过程.分析表明当有天气尺度西风槽频繁活动、槽前暖湿气流不断向气层输入暖湿空气,如再遇特定暖水面或暖海面从近地面向气层输送暖湿气流时,在晴天和微风的早晨极易形成辐射雾;当东、黄海暖湿空气从近地面流向冷水面或冷陆面,如再遇江南低空偏南暖湿气流辐合聚积时,极易形成平流雾.雾区登陆距离与东风气流强弱有关,东风气流越强,雾区西进距离越长.在平流雾期间,0～300 m平均相对湿度的高湿区与雾区吻合.当绝对湿度小于3 g/kg时不会有大雾发生,绝对湿度在9～1 5 g/kg和GPS-PWV值在15 mm左右时,在合适的大气条件下容易形成大雾.