雨滴谱降水现象仪综合测试系统设计

针对目前国内对雨滴谱降水现象自动观测仪常用标定方法存在的问题:只能模拟一种标准的粒子直径和速度;可以测量粒子的直径但是不能准确测量粒子的速度;只能模拟直径较小的粒子;仅能模拟球状降水粒子无法模拟其他形状的降水粒子;无法涵盖各种类型降水的粒子直径和速度等等。根据气象业务需求,本文从模拟降水粒子设计依据、雨滴谱降水现象仪综合测试系统构成、降水粒子直径与下落速度模拟测量方法和测量精度等诸方面详细阐述一种新型的雨滴谱降水现象仪综合测试系统,并通过对涵盖多种类型降水的不同直径和速度的粒子进行模拟试验,检测其测量的精确性,为国内对雨滴谱降水现象自动观测仪的标定和检测提供一定的借鉴和参考。     

陕西降水现象仪与人工观测资料对比评估

利用陕西省99个地面气象观测站2018年1-12月降水现象仪观测记录和人工观测记录的平行资料,从数据完整性、准确性、一致性等方面进行全面分析评估,结果表明:陕西20站降水现象仪基本能满足业务需求,其余79站均需要延长平行观测时间。建议进一步完善仪器性能,优化相关数据处理软件。     

雨滴谱式降水现象仪降水类型判定算法优化探究

雨滴谱式降水现象仪目前已在国内台站大量列装,随着众多设备投入运行,全国各地大量真实的降水现象原始数据和粒子谱图数据可被测量记录,通过对其中部分数据的对比分析,发现雨滴谱式降水现象仪在现象判定准确性方面与人工观测还有一定差距。通过对国内真实观测数据的横向比对发现,发生降水天气现象的同时,相关气象要素值都会发生相应的变化,在完善现有算法的基础上,提出一种通过综合目前业务台站已有相关气象要素的实时数据进行现象综合判定的方法,从而解决因单一传感器观测原理和方式的局限性导致现象判定准确性不佳的问题,提高天气现象判定准确性。该方法的实质与人工观测某种天气现象时的工作原理保持一致。通过对部分已有天气现象对比观测数据的分析,在提出相应的阈值进行综合判定后,能够对部分现象的误报进行订正。通过对不同地域大量数据的分析汇总,这种方式能够解决部分由于仪器测量工作原理的局限性导致的单个仪器在现有条件下现象观测准确性无法完全达到人工观测水平的问题。     

卡尔曼滤波法在西峰雷达估测降水中的应用

应用卡尔曼滤波校准法,利用地面自动雨量计的降水量值,对庆阳市2007年7月和9月2次降水过程中的2个雨量较明显时段的雷达估测值进行了校准分析,并与雨量计测量的雨量值进行了误差比较分析。结果显示：混合降水过程的校准效果要优于均匀降水过程。校准后,混合降水过程的相对误差从166.4%下降到了7.6%,均匀降水过程的相对误差从284.3%下降到了56.9%。由此可以看出卡尔曼滤波校准法能有效消除雷达估测降水过程中的各种随机噪声,并能提高雷达定量估算区域降水量的精度,同时还较好地保留了雷达探测降水的精细结构。     

降水现象平行观测评估与分析

利用2017年8月～2018年7月广西区7个国家基准气候站降水现象仪自动观测与人工观测记录,以《降水现象平行观测业务技术规定》为依据,分别从数据准确性、现象发生时段一致性等方面对降水现象的雨记录进行统计分析。结果表明:捕获率较低,漏报率较高,一致性有待提高。建议延长平行观测时间,加强人工质控,进一步提高仪器性能及优化数据处理软件。     

2种不同型号降水现象仪观测降水性能的评估分析

【目的】为评估DSG1型和DSG5型国产降水现象仪在测量降水方面的性能。【方法】挑选鲁南地区降水过程、强度和持续时间较一致且相邻2个国家气象观测站不同型号的降水现象仪和自动气象站2017年9月—2020年8月5年降水观测资料,对比分析了这两种不同型号降水现象仪和自动气象站观测降水的差异。【结果】（1）两种降水现象仪和自动气象站观测的降水时间基本相同,但DSG1型和DSG5型比自动气象站分别偏多约2.2%、3.7%;（2）两种降水现象仪分钟降水量、小时降水量和日降水量都比自动气象站偏小;（3）在中等降水强度及以下,两种降水现象仪观测的降水量大小基本一致,但降水强度较大时,降水量大小不一致且分散;（4）两种降水现象仪与自动气象站的分钟、小时和日降水量差值百分比均值变化不同,说明其在测量降水方面性能略有差异。【结论】由于测量原理和时间及空间分辨率不同于自动气象站雨量计,这两种降水现象仪在观测业务中有着良好的表现,对降水开始和结束时刻记录的更早更准确。     

降水现象仪测试方法及注意事项

1引言随着气象站自动化的程度逐渐加快,一些自动传感设备也在陆续投入业务使用,而且有着很高的测算精度,如固态降水、降水现象仪。DSG5型降水现象仪可以实现对包括毛毛雨、雨（阵雨）、雪（阵雪）、雨夹雪（阵性雨夹雪）、冰雹等天气现象的自动观测与识别。目前全省85个国家级台站安装了降水现象仪,为做好降水现象仪的测试工作,保证设备在气象观测中发挥作用,本文对降水现象仪的测试方法及需要注意的事项进行仔细分析和判断.     

风廓线雷达垂直径向速度应用初探

利用北京风廓线雷达五波束探测中的垂直波束资料,进行了垂直速度在预报中的应用研究。通过对垂直速度的分级显示,配合地面气象记录,对不同的天气个例进行分析,结果表明:平稳晴空的天气风廓线雷达所测量的垂直速度很小,基本上在±1m·s~(-1)范围内;而有降水时,风廓线雷达所测得边界层的垂直速度基本上都是朝向地面的,不同相态降水粒子的垂直下落速度有明显的差别。分析表明风廓线雷达垂直速度的探测对研究晴空大气的垂直运动、判断降水粒子相态和降水预报有应用价值。     

基于微波链路的天气雷达降水场校准方法

为减小天气雷达反演降水场与地面实际降水的偏差,提出了利用贴近地面的微波链路对天气雷达降水场实施校准的方法,包括变分校准法、卡尔曼滤波校准法、平均校准法和克里金校准法。为验证校准效果,在两次不同类型的实际降水过程中,利用两条微波链路,对S波段天气雷达反演的降水场进行了校准,校准结果与地面雨量计实测值进行了比较,结果表明:四种校准方法均取得了一定的校准效果,改善了降水过程Ⅰ中强降水的低估问题和过程Ⅱ中弱降水的高估问题。校准后的雨强分布与雨量计测值的一致性得到提升,统计误差明显降低,改善程度由高至低依次为平均误差、均方根误差、平均绝对误差。综合各种校准方法在两次降水过程中的表现,克里金校准法的效果相对较好,变分校准法和平均校准法的效果优于卡尔曼滤波校准法。对平均误差和均方根误差改善幅度最大的是克里金校准法,对平均绝对误差改善幅度最大的为变分校准法。平均校准法和卡尔曼滤波校准法得到的校准因子为某一时次的区域平均校准因子,而克里金校准法和变分校准法能够得到随时间和空间位置变化的校准因子场。研究结果表明微波链路是校准雷达降水场的有效手段。     

青藏高原雷暴云降水与地面电场的观测和数值模拟

在2003年青藏高原那曲地区夏季雷暴云的观测试验中,三次伴有降水的过程中都出现了地面电场(Egnd)随降水的漂移现象,而且固态和液态降水对Egnd的极性改变并不相同。为了模拟再现高原雷暴云降水和Egnd之间的关系,选取了8月13日这次具有高原雷暴代表性特征的过程,模拟了雷暴云移经观测点上空期间,测站固、液态降水与Egnd的变化以及雷暴云下部正电荷区的空间分布。模拟的Egnd及固、液态降水与其的对应关系与观测事实较一致。分析结果表明,固态降水主要携带正电荷,液态降水主要携带负电荷,各类带不同极性和数量电荷的降水粒子常共存在雷暴云中,Egnd主要受携带电荷量占主导地位的降水粒子的影响,地面出现强正电场时正好是云在当顶并且地面出现强固态降水的时间。     

利用Ka波段毫米波雷达功率谱反演云降水大气垂直速度和雨滴谱分布研究

利用中国气象科学研究院2016年华南云降水试验中Ka波段毫米波雷达探测一次层状云降水过程,开展了云内大气垂直速度和雨滴谱的反演研究,并与地面激光雨滴谱仪和微降水雷达的测量雨滴谱结果进行对比分析。首先,采用小粒子示踪法从功率谱密度中反演大气垂直速度以得到静止空气条件下的功率谱密度,进而利用粒子下落末速度-粒子直径关系反演出雨滴谱,最后进行标准化的Gamma分布拟合。研究表明:(1)云降水从零度层到地面1 km,主要由下沉气流主导,近地面大气浮游粒子和直流干扰造成的晴空杂波会影响雷达的功率谱分布;受动态范围限制,回波强度过饱和现象会影响近地面大气垂直速度的反演结果;(2)毫米波雷达CR、微雨雷达MRR和地面雨滴谱仪测量回波强度存在一定差异,MRR相较于CR与地面雨滴谱仪测量偏差较小;在稳定降水时CR和MRR功率谱密度对比较为一致;(3) CR和MRR反演雨滴谱对比实验中,雨滴谱反演对大气垂直速度十分敏感,大气垂直速度的变化,会使CR反演雨滴谱随着高度增加数浓度量级变大、粒子平均半径变小。CR反演的雨滴谱与M RR反演结果基本一致,验证了CR功率谱反演雨滴谱方法的可靠性;(4) CR与地面雨滴谱仪雨滴谱拟合参数的对比表明,CR大气垂直反演的雨滴谱与地面雨滴谱相比粒子平均直径Dm较小,数浓度则较为一致。     

多部雷达联合估算淮河流域降水

以淮河流域内6部CINRAD雷达基数据资料以及高密度自动雨量站观测资料为源,在应用多种方法进行降水估算和校准,并采用主成分集成方法进行集成应用的基础上,采用"先估算降水再拼图"和"重叠区域选取最大值"的方法来进行整个流域的降水估算结果拼图,从而实现了整个淮河流域的降水估算。从2007年7月初降水过程应用结果来看,经过校准以后估算误差在45%以下,并且能够反映出缺少地面雨量观测站的区域的降水分布,是一种切实可行的淮河流域降水估算的方法。     

雨滴谱式降水现象仪与人工观测结果的一致性分析

为验证雨滴谱式降水现象仪的测量性能,利用南京市气象局在江宁布设的PARSIVEL型雨滴谱式降水现象仪2018年1-11月期间的天气现象观测资料,重点分析了雨滴谱式降水现象仪对不同类型降水的测量性能.结果表明:①总体而言,雨滴谱式降水现象仪与人工观测具有良好的一致性,但是在降水时间、降水类型方面存在一定差异.②白天,人工...     

不同微物理方案对台风“彩虹”(2015)降水影响的比较研究

本文以GFS资料为初始场,利用WRF（v3.6.1）模式对2015年第22号台风“彩虹”进行了数值研究。采用CMA（中国气象局）台风最佳路径、MTSAT卫星、自动站降水为观测资料,对比了4个微物理方案（Lin、WSM6、GCE和Morrison）对“彩虹”台风路径、强度、结构、降水的模拟性能。模拟发现上述4个云微物理方案都能较好地模拟出“彩虹”台风西行登陆过程,但是其模拟的台风强度、结构及降水存在较大差异;就水成物而言,除GCE方案对雨水的模拟偏高以外,其他方案对云水、雨水过程的模拟较为接近,其差异主要存在于云冰、雪、霰粒子的模拟上。本文对比分析了WSM6和Morrison两个方案模拟的云微物理过程,发现WSM6方案模拟的雪和霰粒子融化过程显著强于Morrison方案,但是冰相粒子间转化过程的强度明显弱于Morrison方案。云微物理过程的热量收支分析表明:WSM6方案模拟的眼区潜热更强,暖心结构更为显著,台风中心气压更低。细致的云微物理转化分析表明,此次台风降水的主要云微物理过程是水汽凝结成云水和凝华为云冰;生成的云水一方面被雨水收集碰并直接转化为雨水,另一方面先被雪粒子碰并收集转化为霰,然后霰粒子融化成雨水;而生成的云冰则通过碰并增长转化为雪。小部分雪粒子通过碰并收集过冷水滴并淞附增长为霰粒子,随后融化为雨水,大部分雪粒子则直接融化形成地面降水。     

GRC型雨量器（计）检定仪的研制与应用

雨量器（计）是降水量的主要观测仪器,为保证其测量结果的准确性,对其进行检定或现场校准是非常必要的。文章主要研制既能对雨量器（计）进行室内检定、又能在户外进行现场校准的雨量器（计）检定仪。检定仪采用能够溯源的计量标准球作为标准器,利用蠕动泵对降雨强度进行流速恒定控制,用电源控制器和蓄电池供电,可实现无交流电的户外降水仪器的现场校准。经过试验和应用分析,其性能优于国内同类产品,符合作为量值溯源计量标准的条件,对雨量器（计）的检定和现场校准具有实用性,可用于自动气象站雨量传感器的现场校准。     

雨滴谱降水现象仪对比观测试验技术应用分析

降水天气现象自动化观测是实现地面自动化观测的重要内容之一,为了克服人工观测的主观性,提高降水现象观测资料的完整性和实时性,中国气象局气象探测中心遴选了6家厂家18台雨滴谱降水现象仪分别在北京站和长沙站进行为期3个月的降水天气现象仪对比试验。主要从试验的选址、原理、标准、方法及参试设备的试验数据进行分析,结果表明:参试设备对雨强大于0.1mm/h的平均捕获率不低于97%,对雨强小于0.1mm/h的平均捕获率不低于84%;各参试设备吻合率随着降水强度的逐渐增大,经历了一个先升后降的过程;参试设备对冰雹现象观测结果较为理想,所有参试设备对冰雹现象平均错报率均低于0.5%,而对毛毛雨和未知现象的观测仍需改进;参试设备的漏报率与雨强大小呈负相关,雨强越小,漏报率越高。     

层状云降水微物理特征及降水机制研究概述

层状云是中国北方大部分地区降水的主要云系,采用综合观测资料的分析研究并结合最新的数值模式对层状云特征和降水机制进行深入研究很有必要,也是含后工作的方向。描述了层状云的种类、特点,通过分析机载PMS(粒子测量系统)资料和地面雨滴谱资料介绍了国内外在层状云云滴谱、冰晶谱、雪质粒谱、雨滴谱、云中质粒总谱等微物理特征方面的研究方法及成果,还介绍了国内外在层状云降水机制方面的研究方法及成果,包括层状云降水数值模拟以及暖云降水机制和冷云降水机制研究。     

浅谈自动雨量传感器的日常维护与基点调整

1引言 自动气象站雨量传感器数值是气象观测降水资料的首要来源,该观测资料的真实性、准确性直接关系到气象预报服务的质量。雨量传感器也是按要求唯一由台站校准的传感器。为此,严格执行《地面气象观测规范》和《自动气象站业务规章制度》     

Parsivel激光降水粒子谱仪及其在气象领域的应用

降水粒子特性是大气运动和云内微物理过程的综合结果，在云降水物理及人工影响天气领域有着重要的意义。传统的测量方法不适合对大量数据分析寻找规律，德国OTT公司的Parsivel固激光降水粒子谱测量系统可以较好解决自动测量难题。该仪器是以激光测量为基础的粒子测量传感器，采用平行激光束和光电管阵列结合，当有降水粒子穿越采样空间时，自动记录遮挡物的宽度，通过穿越时间计算降水粒子的尺度和速度，根据各种参数的综合信息对降水粒子进行分类，并能够以数字形式显示瞬时降水强度、降水粒子总数、累积降水量、降水时的能见度和雷达反射因子，以图形方式显示降水粒子尺度谱、速度谱、降水粒子分类且自动生成天气现象代码，实现天气现象的自动识别。 激光降水粒子谱仪主要用于气象水文观测。在雷达气象学领域可用于Z／R关系的拟合修正，比传统的用雨量筒观测数据拟合效果好得多；由降水粒子谱仪测量雨滴的降落速度，可以对天气雷达垂直向上测量的粒子径向速度谱进行校正。 人工影响天气的效果检验一直是一个难题，自然降水粒子谱分布形式与人工催化以后的降水粒子谱型理论上应当具有较大的差别，人工增雨作业降水滴谱变化物理响应和降水强度时间变化响应都有明显的区别。如果能够实时检测到这些差别，就能够充分说明人工催化的有效性。未来如果能够进行联网观测记录区域性降水、降雹，就有充分证据表明人影作业的有效性，在定量化作业效果评估以及灾害损失评估等方面应用潜力巨大。 利用该仪器已经对一年的自然降水过程进行了连续观测，并将所获得的降水粒子谱、雨滴浓度值随时间变化状况与卫星反演的云顶有效粒子半径时间变化趋势进行了对比，发现有较好的一致性。     

Parsivel~激光降水粒子谱仪及其在气象领域的应用

降水粒子特性是大气运动和云内微物理过程的综合结果,在云降水物理及人工影响天气领域有着重要的意义。传统的测量方法不适合对大量数据分析寻找规律,德国OTT公司的Parsivel激光降水粒子谱测量系统可以较好解决自动测量难题。该仪器是以激光测量为基础的粒子测量传感器,采用平行激光束和光电管阵列结合,当有降水粒子穿越采样空间时,自动记录遮挡物的宽度,通过穿越时间计算降水粒子的尺度和速度,根据各种参数的综合信息对降水粒子进行分类,并能够以数字形式显示瞬时降水强度、降水粒子总数、累积降水量、降水时的能见度和雷达反射因子,以图形方式显示降水粒子尺度谱、速度谱、降水粒子分类且自动生成天气现象代码,实现天气现象的自动识别。激光降水粒子谱仪主要用于气象水文观测。在雷达气象学领域可用于Z/R关系的拟合修正,比传统的用雨量筒观测数据拟合效果好得多;由降水粒子谱仪测量雨滴的降落速度,可以对天气雷达垂直向上测量的粒子径向速度谱进行校正。人工影响天气的效果检验一直是一个难题,自然降水粒子谱分布形式与人工催化以后的降水粒子谱型理论上应当具有较大的差别,人工增雨作业降水滴谱变化物理响应和降水强度时间变化响应都有明显的区别。如果能够实时检测到这些差别,就能够充分说明人工催化的有效性。未来如果能够进行联网观测记录区域性降水、降雹,就有充分证据表明人影作业的有效性,在定量化作业效果评估以及灾害损失评估等方面应用潜力巨大。利用该仪器已经对一年的自然降水过程进行了连续观测,并将所获得的降水粒子谱、雨滴浓度值随时间变化状况与卫星反演的云顶有效粒子半径时间变化趋势进行了对比,发现有较好的一致性。