济南边界层风廓线雷达与L波段雷达大风探空测风对比

基于相同站点的济南边界层风廓线雷达(WPR)和L波段雷达大风探空测风(以下简称LW)资料,采用相关、拟合、廓线分析等方法,系统地对比两者大风(≥10.8 m·s~(-1))数据的各统计特征、相关性、时空变化规律的异同。结果表明:(1)两者u分量、v分量、风向、风速的相关系数分别为0.973、0.965、0.994、0.665,标准偏差分别为2.04 m·s~(-1)、2.88 m·s~(-1)、10.82°、2.53 m·s~(-1),大风数据相关性总体较高,且相关系数风向优于风速的、降水样本优于非降水的,表明WPR观测大风数据可信、降水期间WPR水平大风数据可以使用。(2)两者大风风向、风速基本一致,但在低层差异较高层的大,尤其是340 m及以下高度层更显著,降水、非降水、全部样本在2980、1900、2740 m以下WPR风向值均略小于LW,而在1300、2740、1660 m以下WPR风速值均略大于LW。(3)两者资料互补性总体较好,大风风向、风速、v分量差值随高度变化符合对数律递增或递减规律,但u分量需分段拟合;在进行回归方程求算和资料互补时,应考虑差异随高度等的变化。     

基于风廓线雷达的对流边界层高度的确定

大气边界层高度对于天气、气候和大气污染研究是一个至关重要的参量。对流边界层(Convective Boundary Layer,CBL)顶部的夹卷过程造成温度和湿度垂直梯度增强,导致这一层的折射率结构常数C■变高。C■的这种垂直分布特征经常被用来定位出CBL高度Z_i。本文利用2010年7—8月天津大港的风廓线雷达数据推断出CBL高度Z_i,对于多重C■峰值或不明确的C■峰值,本文改进了对Z_i的测定,分别讨论了C■最大后向散射法与C■和垂直速度方差(σ■)相结合的新方法的适用性。研究显示:(1)C■廓线具有单峰时,最大后向散射强度法能正确估计CBL高度,这种情况往往对应的是晴天。CBL上存在的残留层或云层引起的温湿起伏变化导致C■廓线具有双峰甚至多峰时,最大后向散射强度法可能会错误估计CBL高度;(2)C■和σ■结合的方法不仅与晴天时C■最大后向散射法有较好的一致性,而且可以将CBL造成的C■峰值从云层造成的C■峰值中区分出来,从而正确估计CBL高度;(3)一般而言,对流边界层中存在有明显的、破碎或者分散不明显的云时,C■和σ■结合的方法都能较好地识别出CBL对应的C■峰值。但由于边界层中的情况极为复杂,C■和σ■结合法也会因不同的原因而错误估计CBL高度。     

基于概率密度匹配方法的WRF模式阵风风速误差订正

为提高数值模式对阵风风速预报能力,采用概率密度匹配方法 (Probability Density Function Matching Method,简称PDF方法)对WRF模式地面极大风速预报数据开展误差订正。结果表明:①基于PDF方法订正后的阵风预报效果明显优于WRF预报结果,当实况极大风力≤5级时,两种预报结果均与实况较为一致;当实况极大风力≥6级时,WRF预报相比实况明显偏小,而PDF方法订正结果则与实况较为接近;②对比不同地形条件下两种预报结果发现,在实况风力整体偏弱的平原地区,WRF预报和PDF订正结果对极大风的预报效果均较好;在风力偏强的山区和沿江河谷地区,PDF订正结果的预报效果相比WRF预报则有明显提升;③对2017年安徽省81个国家站逐日极大风速的预报效果检验发现:预报误差和过去五年整体拟合误差基本相当,说明基于2012—2016年历史数据建立的概率密度分布函数可以代表安徽各站多年的实况和WRF预报极大风速的联合分布特征,利用PDF方法进行逐日极大风速预报具有一定的可靠性。     

合肥一次低空风切变的观测与分析

本文基于合肥地面观测、机场自动观测系统(AWOS)、多普勒雷达、探空及FNL 0.25°×0.25°等资料,分析了2015年8月6日合肥一次较强风切变天气过程,并对其形成机理进行研究。结果表明:低空风切变发生前,肥西地区不稳定能量及上升气流较为活跃,有利于对流云团的发展。地面自动气象站的观测资料表明,低空风切变发生时,近地层的风向、风速和温度等气象要素均有突变;风暴的质心高度、最强回波高度和风暴顶高迅速下降,空中气流快速下沉,至近地面向四周辐散,因此该风暴属于下击暴流性质;径向速度图中明显的正负速度对也印证了低空剧烈的风向和风速切变。     

慕士塔格地区大气水汽氢氧稳定同位素季节内变化特征及影响因素分析

慕士塔格地区位于青藏高原西北部,常年受西风影响。为了更清楚地认识西风水汽来源和局地蒸发过程对区域水循环过程的影响,利用2017年7月26日—2017年11月6日和2018年7月30日—2018年12月10日在慕士塔格西风带环境综合观测研究站的监测数据,分析了地表大气水汽氢氧稳定同位素组成和相关局地气象要素的变化特征及其相关关系。研究发现：慕士塔格地区水汽中δ¹⁸O、d-excess与局地温度和比湿呈现明显的小时变化、日变化和季节变化;水汽δ¹⁸O值与温度的显著正相关关系在不同时间尺度稳定存在;在小时和日尺度上,水汽δ¹⁸O值与比湿呈现对数关系;后向轨迹追踪表明,西风将西伯利亚和北大西洋及慕士塔格周围地区的水汽传输至观测站点;当水汽自地中海和北大西洋长距离传输至慕士塔格时,水汽δ¹⁸O显著降低可达约7‰,d-excess会显著增大;该地区水汽稳定同位素组成的季节变化特征与降水稳定同位素组成的季节变化特征一致。研究内容初步揭示了青藏高原西风传输水汽稳定同位素变化的主要影响因素,可为区域水循环研究提供必要数据和关键认知,有助于理解西风控制区冰芯稳定同位素记录的气候意义。     

海上风电勘探装备研发与应用

配置合理的海上风电勘探装备,对海上风电地质钻探至关重要,而配置合理、功能齐备的海上风电勘探平台更是重中之重。为了提升35 m以上水深海上风电勘探作业工效、安全、精度,本文主要从平台运维功能和勘探功能设计为切入点,针对性地开展了平台主要技术规格、升降操控系统、场区设计、现场土工试验室等方面的海上风电勘探自升式勘探平台装备的功能设计与研究,研发了具备双孔勘探能力的自升式勘探平台,并在投产运营2年中,取得了良好的使用效果,勘探工效、安全性大大提升,达到了研发的目标,为海上风电勘探提供了有力的装备支撑。     

一种QuikSCAT大风地球物理模型及其在台风IOKE风场反演中的应用

The geophysical model function (GMF) describes the relationship between a backscattering and a sea surface wind, and enables a wind vector retrieval from backscattering measurements. It is clear that t...     

Variation of Indo-Pacific upper ocean heat content during 2001–2012 revealed by Argo

Understanding of the temporal variation of oceanic heat content(OHC) is of fundamental importance to the prediction of climate change and associated global meteorological phenomena. However, OHC characteristics in the Pacific and Indian oceans are not well understood. Based on in situ ocean temperature and salinity profiles mainly from the Argo program, we estimated the upper layer(0–750 m) OHC in the Indo-Pacific Ocean(40°S–40°N, 30°E–80°W). Spatial and temporal variability of OHC and its likely physical mechanisms are also analyzed. Climatic distributions of upper-layer OHC in the Indian and Pacific oceans have a similar saddle pattern in the subtropics, and the highest OHC value was in the northern Arabian Sea. However, OHC variabilities in the two oceans were different. OHC in the Pacific has an east-west see-saw pattern, which does not appear in the Indian Ocean. In the Indian Ocean, the largest change was around 10°S. The most interesting phenomenon is that, there was a long-term shift of OHC in the Indo-Pacific Ocean during 2001–2012. Such variation coincided with modulation of subsurface temperature/salinity. During 2001–2007, there was subsurface cooling(freshening)nearly the entire upper 400 m layer in the western Pacific and warming(salting) in the eastern Pacific. During2008–2012, the thermocline deepened in the western Pacific but shoaled in the east. In the Indian Ocean, there was only cooling(upper 150 m only) and freshening(almost the entire upper 400 m) during 2001–2007. The thermocline deepened during 2008–2012 in the Indian Ocean. Such change appeared from the equator to off the equator and even to the subtropics(about 20°N/S) in the two oceans. This long-term change of subsurface temperature/salinity may have been caused by change of the wind field over the two oceans during 2001–2012, in turn modifying OHC.     

Sentinel-1卫星合成孔径雷达获取第一幅台风图像

In this note, we present the first Sentinel-1 synthetic aperture radar(SAR) typhoon image acquired in the northwest Pacific on October 4, 2014. The eye shape and sea surface wind patterns associated with Typhoon Phanfone are clearly shown in the high-quality SAR image. SAR winds retrieval procedure was given but the actual wind estimates will only be available after the European Space Agency(ESA) releases the official calibration coefficients in order to accurately derive the SAR-measured normalized radar cross section. This study demonstrates the advantage of Sentinel-1 SAR with regards to imaging fine scale typhoon patterns on the sea surface beneath storm clouds. This paper also advocates the use of Sentinel-1 SAR data that is made freely and openly available worldwide for the first time in civilian SAR history.     

基于影像纹理特征和外部风向的星载 SAR 海面风场反演研究

在合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)海面风场反演中,基于风条纹影像纹理特征的海面风向反演方法精度高,但是依赖于图像风条纹的存在,而外部风向信息与SAR资料时空分辨率不易匹配、精度较低,从而影响大面积、高分辨率海面风场反演的精度。针对此问题,提出一种将SAR图像风条纹线性纹理特征与外部风向信息相结合的星载SAR海面风向获取方法,在SAR影像线性纹理特征明显的区域采用二维连续小波变换得到高精度的海面风向,其余区域采用与之时空相匹配的数值预报模式风向填充;并利用地球物理模型函数进一步得到海面风速,进而实现高精度、大范围海面风场的反演。为验证本文方法的有效性,利用ENVISAT/ASAR数据进行风场反演试验,并将反演结果与浮标实测数据进行比对。结果表明:在线性纹理特征明显的区域,小波方法的反演精度优于快速傅里叶变换(FFT)法和数值预报模式风向;外部风向精度略低,但与SAR观测资料时空匹配性较好,弥补了风条纹风向的不足。二者的结合为星载SAR海面风场反演的业务化应用提供了支持。