我国20个地区大气折射指数垂直分布的三种统计模式

利用我国２０个测站常规控空资料，运用大气折射理论和统计学方法建立了大气折射垂直分布的三种统计模式，分析结果表明：目前使用的４／３地球半径模式精度较差，只有在离地面１ｋｍ高度以下使用，才能保证精度；改进的等效地球半径模式精度最高；指数模式在离地面３ｋｍ高度以下使用，精度也能得到保证。     

射线弯曲度τ的几种计算方法和精度比较

本文重点,介绍射线弯曲度τ的几种计算方法及其精度。此外对三种不同N(h)模式和十年平均的N(h)垂直结构分别用精度最高的数值积分法计算τ值,然后绘制τ—h曲线。结果表明,参考大气最符合真实大气情况,指数模式次之,4/3地球半径模式则较差。     

西藏高原大气折射指数的时空分布

利用西藏高原上四个站常规探空资料，应用大气折射指数理论和统计学方法得出：利用两层指数模式拟合实际的大气折射指数垂直分布可保证精度。由于地面气象要素日较差，年较差较大，折射指数日变化、年变化在对流层低层幅度最大，气压、温度、水汽压的分布，变化决定了折射指数的分布变化，不论日际变化，还是年际变化，水汽压都占主导地位。     

点绘雷达单独测风时高线的探讨

探空、测风综合观测规定,等压面高度的时间是在探空时间高度线(以下称时高线)上读取,以规定高度出现的时间与量得风层的时间之差,经内插得到各个高度上的风向风速。雷达单独测风求取高度,是按照H=R·sinδ(H 为高度、R 为斜距、δ为仰角)算出高度,并经大气折射、地球曲率及几何米与位势米三项订正后点绘     

大气折射对甚高频闪电定位的影响分析

利用GPS探空仪实测数据计算大气折射率的高度廓线,建立大气折射误差模型。并分析大气折射效应对方向交汇、到达时间差以及综合法3种甚高频闪电定位方法测量精度的影响。结果表明,对于定位距离,大气折射对方向交汇法的影响最大,误差最大值可达到116.52m,平均误差为30.18m;大气折射对时间差法的影响最小,误差最大值约为44.70m,平均值为12.32m;对综合法的影响介于二者之间,误差最大值约为58.90m,平均值为16.74m。在综合法中,选取离闪电源较远测站进行方向交汇的定位误差是选取较近站点的定位误差的1.6倍,因此应当选取近站点。考虑到GPS授时误差,要保证大气折射对闪电定位造成定位误差小于GPS时间同步带来的误差,3种闪电定位方法的站间距应分别不大于28km、60km、45km。     

华北平原两次大气波导CINRAD/SA超折射回波分析

利用CINRAD/SA雷达资料结合探空实况对2007年7月8日和8月23日发生在华北平原的两次不同类型的大气波导进行了分析。结果表明:大气波导与大气温度、湿度等气象要素的垂直分布密切相关,不同类型大气波导的气象要素垂直分布存在差异,并在CINRAD/SA雷达产生不同类型的超折射回波,当雷达站存在表面波导时,形成了2层模式超折射回波;当雷达站存在抬升波导时,形成了3层模式超折射回波。超折射回波能够反映低层大气的垂直结构变化,2层模式超折射回波预示着雷达站附近大气层结稳定;3层模式超折射回波表示雷达站附近存在低层湿冷、上层干热的大气垂直结构。超折射回波主要分布在太行山东部平原地区,超折射回波目标的可视位置与实际位置存在偏差,特别是高度偏差较大。不同类型的超折射回波对未来天气具有一定的指示意义,可为雷达回波空间定位及强对流天气的监测、预报提供科学依据。     

浅析雷达超折射成因与回波特征

电磁波在大气中传播,随着大气中的温度、压力、湿度高度的增加可以有不同的变化,因此产生了折射指数随高度的不同分布,致使雷达波在传播时有弯曲现象,一般分为标准大气折射、临界折射、超折射、负折射和零折射(见图1),其中超折射在雷达探测中经常遇到,因此须加以识别。     

两次大气波导CINRAD/SA雷达超折射回波分析

利用石家庄CINRAD/SA型多普勒天气雷达资料,结合探空实况对2006年9月5日和2005年11月21日的CINRAD/SA雷达超折射回波、气象条件、及大气波导进行了对比,并对不同类型的大气波导的电磁波传播情况进行了分析。结果表明:电磁波在华北平原有利的气象条件下能够形成大气波导传播,大气波导层使得CINRAD/SA雷达杂波增加,产生超折射回波。大气波导影响超折射回波的强度和分布,2006年9月5日由于雷达站上空存在表面波导,形成了2层模式超折射回波;2005年11月21日雷达站上空存在抬升波导,形成了3层模式超折射回波。超折射回波目标的视在位置与实际位置存在偏差,特别是高度偏差较大。受太行山地形影响,超折射回波主要分布在东部平原地区。     

多普勒天气雷达波束水平距离的计算方法

从球坐标系出发,利用三角形余弦定理和大气折射理论,推导了不作任何近似的、包含地球曲率和大气折射影响的多普勒天气雷达波束水平距离D_m的计算公式,并与斜距投影D_r、地表平面近似的计算公式(不考虑地球曲率和大气折射,记为D_d)和地表球面近似的计算公式(不考虑大气折射,记为D_s)进行了对比分析。结果发现,在标准大气状态下,D_m与D_r在高仰角相差2.5 km以上(D_r大),最高距离差达3.5 km(19.5°仰角最大斜距处);与D_d在低仰角相差0.5 km以上(D_d大),与D_r相差在0.5 km以下(Dm大)。并利用2011—2015年南昌站的探空资料,分析了南昌地区各个季节大气折射的变化情况及其与标准大气的区别。结果显示,夏季南昌上空电磁波的传播受大气折射的影响最大,冬季电磁波受大气折射的影响最小。最后,给出了南昌地区各个季节地球曲率K及等效地球半径Rm与标准大气的订正关系。     

长期大气折射指数预报研究

本文对近地面大气折射指数气候变化统计预报进行了研究,建立了逐步回归多重分析时变模式。在模式中考虑了大气折射指数肘间序列的振动周期、前期预报因子(降水量),还特别考虑了时间序列的振动位相,并随着新数据的到来,适时地改变预报因子和预报方程的参数。本文用该模式对上海近地面6月上旬旬平均大气折射指数进行了长期预报试验,结果表明预报误差较小,预报效果稳定,具有较好的实用价值。这方面的工作可用来对无线电波的传播环境进行预测,从而对电子工程系统进行适时的调整控制。除此而外,该预报模式也可以应用于其它的预报领域。     

稳定层结140米以下风廓线的研究

在稳定层结情况下,考虑到140米以下大气中局地摩擦速度u_*随高度的减小及混合长l随高度的非线性变化,将近地层由理论获得的通量—梯度关系推广到140米以下大气,得到了改进的风廓线公式.利用北京325米气象塔的资料进行检验,误差较小.若将近地层的廓线公式直接应用到140米以下大气,则误差明显比改进的风廓线公式的误差大.     

利用折射指数推算大气纬圈平均风场方法

鉴于地转风、梯度风和平衡风各自计算风场的特点,该文利用COSMIC掩星折射指数资料,根据大气折射指数与大气密度、风场之间的关系,选用梯度风方程,建立了推算20~60 km中层大气纬圈平均风场的方法,分别与ECMWF提供的ERA-interim及NASA/GMAO提供的MERRA再分析风场资料对比验证。选用2007年1,4,7月和10月的COSMIC掩星折射指数数据,按照构建的方法计算了大气纬圈平均风场,并简单分析了大气纬圈平均纬向风随纬度、高度的变化特征及规律。计算风场与ECMWF及MERRA再分析风场资料变化规律基本一致,符合效果很好, 能够正确反映出纬向平均风场特性。1月及7月不同高度标准偏差、最大偏差随高度增加而增大,标准偏差最大约为6 m/s,最大偏差不超过11 m/s,沿纬度方向相关系数有减小的趋势,但不低于0.98,4月及10月偏差稍小,最大偏差不超过8 m/s。结果表明:利用COSMIC掩星折射指数资料通过梯度风方程计算风场,是获取中层大气20~60 km纬圈平均风场的一种有效方法。     

风廓线雷达反演大气比湿廓线的初步试验

基于湍流散射理论,运用边界层风廓线雷达 (WPR) 联合RASS (Radio Acoustic Sounding System), GPS/PWV (Global Position System/Precipitable Water Vapor) 进行全遥感系统的大气比湿廓线反演试验,并对影响因子进行分析。利用2011年8—9月云南大理综合探测试验数据的反演结果与探空数据进行比较分析,结果表明:WPR联合探空的温度廓线和起始边界比湿 (q₀) 反演大气比湿廓线,与探空大气比湿廓线相比具有相同的变化趋势,标准差为0.84 g·kg-1,误差随高度增加呈递增趋势;WPR联合RASS, GPS/PWV数据反演大气比湿廓线,与探空大气比湿廓线的标准差为0.85 g·kg-1。参加反演的数据中,折射指数结构常数C_n2与谱宽σ_turb2对反演影响最大,反演算法中大气折射指数梯度M符号的判断对反演精度也有较大影响。     

雷暴下金属尖端放电所致空间电荷层分布的数值计算

本文用一个二维时变轴对称模式,在地面金属尖端电晕放电条件下,数值计算了强雷暴下从地面至300米高度大气中电场和电荷密度的时空分布,讨论金属尖端放电对电场的抑制作用.结果指出:当初始电场为9000伏/米,气溶胶粒子浓度为10~(10)个/米~3时,电晕放电10秒后,电晕电流密度减小到初值的1/70,34秒达稳定值约为0.6×10~(-9)安/米~2,是初值的1/130.电荷密度不小于0.2×10~(-9)库/米~3的电荷层可垂直扩展到200米高度,径向扩展到80米以外.尖端高度以下有较高的电荷密度(约10~     

第十四讲 大气环流动力学问题

大气环流一般是指大规模的大气运行现象,它的内容甚为广泛,关于它的定义和所讨论的问题也因人而异。 从全球尺度来看,环绕地球上的大气经常维持着沿纬圈的东西风带及与之相联系的平均经圈环流;在地球球面的固定地理区域,有一些永久的或半永久的系统中心形成;在几周的时间过程中,半球范围的大气变化经常出现准周期性的指数循环,发生阻塞形势的建立和崩溃;上述三个现象是大气环流中重要的基本问题。     

北半球中纬度地区大气折射指数多年时空振荡研究

用时－空谱分析方法分析了３２．５°Ｎ纬圈上的１９８０－１９８３年逐日大气折射指数Ｎ单位的变化。结果表明：大气折射指数的变化主要受东进的纬向移动的天气系数影响，主要体现在中，长周期上。此外，地理环境主要影响气候区域的分布。     

基于模板匹配法的长乐雷达强超折射回波识别

我国有许多新一代天气雷达架设在高山上,由于海拔高度较高,加上地球曲率的影响,在使用VCP11/VCP21模式探测时,造成较大的探测盲区,对低层降水回波的探测能力严重不足。长乐新一代天气雷达经过调整观测模式后,采用负仰角扫描有利于中小尺度灾害性天气系统的监测和预警,但同时会带来地物回波增强、海浪回波及超折射等负面效应。基于此,通过大量个例统计并分析长乐雷达在特定大气条件下的强超折射回波特征,借助模式识别理论提出了一个新方法"模板匹配法"识别强超折射回波。利用大量强超折射回波数据的检验和分析,结果表明该方法能够在不影响负仰角扫描模式下有效滤除长乐雷达的强超折射回波。目前该方法正在试运行,即将应用到中国新一代天气雷达建设业务软件系统开发ROSE项目中。     

地温分析在天气预报中的应用

天气现象多发生在10公里以下的大气层中。大气层与地球半径相比仅仅是地球表面上薄薄的一层。从天气角度来看,天气系统的水平尺度,一般都有上百上千公里,而垂直尺度一般只有几公里。天气系统的发生发展,必然受到下垫面的热力和动力两个方面的影响。地温的高低反映了下垫面性质,对天气系统有重要影响。 一、地温与对流层中大气温度日变化     

用二氧化碳温室效应研究地球大气增温的经验测定

本文经验估计了人为增加的二氧化碳浓度对地球大气增温的影响。根据目前的概念,自然温度的反常是由于太阳活动变化的结果引起的。当假设(1)太阳黑子核的总面积与黑子的半阴影的关系以及与地面平均温度的高低是成比例的。(2)从工业革命以后地球大气中CO_2浓度呈指数增加。(3)在近百年来地面温度的变化仅与太阳光度的变化以     

夜间能见度观测值要防止偏大

目前,大多数台站能见度观测靠目测,在准确性上往往易出现系统性误差。在我站,能见度观测值有偏大的倾向。统计我站1982—1984年3年20时能见度观测记录,≥30.0千米的记录有116次,其中30.0～35.0千米有102次,36.0—40.0千米有8次,41.0—45.0千米有5次,>45.0千米有1次。这样3年来20时≥30.0千米的记录占总观测次数的10.6％。上述≥30.04米的计录各月都有,以7、8月最多,1、2月最少。即使在7、8月份,由于大气稳定,水汽增多,出现≥30.0千米的