毫米波云雷达与激光云高仪观测数据对比分析

2013年5月1日至6月8日,中国气象局气象探测中心在中国气象局大气探测综合试验基地进行了云高观测试验,试验仪器包括:(1)毫米波云雷达(35 GHz),观测数据为回波功率值,时间分辨率1 min;(2)激光云高仪,观测数据为后向散射光强度,时间分辨率为1 min;本工作对39天试验数据进行对比分析,结果表明:毫米波云雷达数据获取率要比激光云高仪的数据获取率高26%;在雾霾天气时激光云高仪的数据获取率比毫米波云雷达低51%;降水天气对激光云高仪测量云底高度的结果影响较大,对云雷达的测量的结果影响较小;毫米波云雷达和激光云高仪测得云底高度平均相差不超过300 m,比较接近。     

云高自动化观测对比试验与数据分析

利用2011年12月至2012年6月北京观象台云高自动观测仪器对比试验数据,以微脉冲激光雷达(MPL)为参考、结合人工目测,对3台激光云高仪观测数据进行分析评价。分析2种天气条件(高能见度、低能见度)下漏判情况、误判情况和云高准确性3个方面;同时评价了激光云高仪对几种典型云属的探测能力。结果表明,激光云高仪与MPL一致性较好,大气中的雾、霾等气溶胶粒子是造成其测量不准确的主要原因,可通过提高激光发射单脉冲能量、优化光学系统来提高激光云高仪探测能力。     

激光云高仪与可见光测云仪观测试验对比

选取激光云高仪观测的云高和可见光测云仪观测的云量,通过对比两种地面云观测设备观测数据在相同条件下的差异,分析不同要素对设备观测性能的影响,结果表明:在相同观测条件下,两种地基云观测设备的观测结果不同;激光云高仪和可见光测云仪受雾、霾、降水等天气现象以及云物理特性的影响,云观测数据会出现的漏报和误报的现象;激光云高仪还受自身探测高度和垂直分辨率的影响,对高云和薄云的捕获率较差。     

云的立体观测研究进展

对云的立体观测的研究历史做了回顾,按照具有代表性的观测平台的变化划分了4个发展阶段,分别予以介绍,内容包括典型平台、技术途径和特点、同步精度、云高指定精度等。重点介绍了双星联合观测的云高指定技术,分析了关键技术和可能存在的问题,为技术实现做了较好的准备。     

Ka波段固态发射机体制云雷达和激光云高仪探测青藏高原夏季云底能力和效果对比分析

激光云高仪和云雷达是探测云底的两种设备,但其探测能力和探测结果有一定的差异,对比分析两种设备的测云效果有助于正确认识它们的探测优势,推进我国云雷达在云探测中的应用。本文提出了基于云雷达数据的云底和云顶高度分析方法,利用2014年夏季第三次青藏高原大气科学试验云雷达、激光雷达和激光云高仪数据,统计了三种设备探测青藏高原低云、中云和高云的云底高度偏差、探测率,分析了激光云高仪探测云底偏高的原因,根据探测结果提出了固态发射机体制雷达探测青藏高原低云的优化观测模式,模拟分析了探测效果。结果表明:（1）云雷达对高云的探测能力要明显优于激光云高仪,但其对低云的探测能力有待改进,激光云高仪探测云底下部的边界层内的云雷达回波信号可能是非云降水回波;低层云的遮挡作用明显降低了激光云高仪对多层云的观测能力;与激光云高仪相比,云雷达仍然会漏掉一些高云和中云。（2）激光云高仪探测的中云和高云的云底很多在云雷达回波内部,云雷达和激光云高仪观测的云底的时空对应关系比较差。（3）增大激光发射功率和优化固态发射机体制云雷达观测模式可提高云的观测能力,微波和激光雷达数据融合可全面了解不同类型云的宏观特征。这一工作为云雷达和激光雷达数据的应用,评估激光云高仪和云雷达探测青藏高原云的能力,讨论设计优化的云观测方案,为推进我国云观测技术的发展提供了重要参考依据。     

激光云高仪维修经验

对于机场来说，本场的云高值对飞机的起降影响很大。云底高度值，是机场一个必不可少的气象要素。本文将以ＱＬ１２１２Ａ激光云高仪的维修为例，归纳系统的统调步骤。引进的激光云高仪的故障率是很低的，但使用年限较长时，出故障仍在所难免，激光管的老化更是不可避免的。长期以来，对于引进的激光云高仪的故障检修是一个棘手的问题。一方面因为它采用了高科技技术，在计算机技术方面，它的处理板使用了两个ＣＰＵ芯片，一个用于整机的控制，一个用于数据的处理计算。同时它采用先进的大功率的激光管，所以对信号的控制、处理和定量分析计…     

酸雨自动观测与人工观测对比试验研究

选取2021年1月—2022年5月乌鲁木齐市国家基本气象站、2021年1月—2022年12月伊宁国家基本气象站以及2020年4—12月、2021 年1—8月、2022 年3—5月喀什国家基准气候站的酸雨观测数据共计206条,开展自动和人工酸雨观测对比试验,分析pH值和电导率（K值）之间的差异。研究结果表明：（1）在pH值和电导率的一致性方面,乌鲁木齐气象站和喀什气象站电导率的一致性明显大于pH值的一致性,乌鲁木齐气象站电导率和pH值数据均具有显著的线性正相关性,喀什气象站的电导率数据显示有较高的线性相关性,而pH值的相关性则具有中等线性相关性,而在伊宁气象站pH值和电导率的相关性都相对较弱;（2）在平行比对相关性方面,乌鲁木齐气象站的pH值和电导率的人工观测和自动观测结果具有较好的相关性,而喀什气象站的pH值人工观测和自动观测结果的相关性较差,伊宁气象站的降水的pH值和电导率的人工观测结果也与自动观测结果相关性较差;（3）人工观测和自动观测结果之间的差异可能是多种因素综合影响的结果,其中包括采样方式和观测方法的不同,以及观测时间的差异等,人工观测受制于观测人员的经验和操作水平,而自动观测则更加精确和稳定,此外,观测时间的不同也可能导致观测结果的差异,自动观测可以实时监测,避免了漏采或误采现象。     

能见度自动观测与人工观测数据对比分析

结合陕西省气象业务实际,采用数理统计的方法,对经过预处理后的2 088组能见度样本数据进行归一化分组和统计,同时对蒲城站290组能见度样本数据进行分析并进行二次多项式拟合,得出自动站数据的矫正公式。结果表明:能见度人工观测数据普遍大于自动观测数据,人工观测更容易受人为主观因素如经验、视觉阈值等的影响;自动观测虽然受观测环境局部影响较大,但观测数据的比较性明显优于人工观测数据的比较性;人工观测和自动观测的结果基本没有相互订正的意义。     

人工观测与自动观测各类温度数据对比分析

利用2006-2010年长春国家基准气候站人工与自动两种观测系统并行观测期间的温度(气温、地温)资料,计算温度(气温、地温)对比差值,统计它们的时间变化频率分布,对其对比差值的标准差、粗差率、一致率变化情况进行计算分析,分析两种观测数据存在差异的原因,从而阐述自动观测温度具有良好的代表性、准确性和比较性。     

黔南州2019年人工与自动站日照数据对比分析

本文主要通过利用黔南州12市、县2019年自动站与人工的日照观测月整编数据从理论上分析黔南州自动站与人工日照观测数据之间的差异,结果表明：黔南州1-12月自动站观测的小时日照次数均高于人工观测到的次数;自动站观测的小时日照次数从1月起表现为明显、稳定的逐月上升趋势,并在在8月达到全年峰值;在观测小时日照时数时,人工与自动站的观测数值接近,误差小。总体来讲,光电式日照计比暗筒式日照计有着更好的感光能力,所以自动站的日照观测数据更为客观和准确,但二者之间的日照观测数值仍有着较强的相关性。     

地基热红外云高观测与云雷达及激光云高仪的相互对比

2008年5月至12月中美（美国能源部大气辐射测量（ARM）计划）联合利用ARM移动观测设施（AMF）在安徽省寿县进行了大气辐射综合观测试验,地基云参数观测仪器主要有:（1）云雷达（ARM W-band (95 GHz) Cloud Radar）,观测结果为反射率廓线,时间分辨率为2 s;（2）云高仪（Vaisala Ceilometer）,观测结果为云底高度和后向散射廓线,时间分辨率为15 s.两者均为天顶方向观测.扫描式全天空红外成像仪（SIRIS-1型）于11月27日～12月30日在寿县参加了观测,观测方式为全天空扫描,时间间隔为15分钟.三种云观测仪器共并行观测16天.利用全天空红外成像仪测得的天空红外亮温和同步观测的地面气象数据进行了等效云底高的反演.以全天空红外成像仪天顶方向观测时间前后15次云雷达反射率廓线的平均廓线,云高仪12次观测中有云时次云底高的平均值分别作为同步观测结果,利用平均反射率廓线进行了各层云的云底、云顶、回波峰值高度和回波积分值的提取和计算.三种观测仪器以10 km云底高为限,共同步观测1661次,其中云雷达、红外成像仪和云高仪分别观测到云:428,287,225次.本文分3种情况:（1）全部有云观测情况,（2）单层云,（3）双层及三层云,分别进行了三个仪器观测云高的对比.对比结果:情况（1）,云雷达与云高仪、云雷达与红外成像仪的相关系数分别为0.6和0.82;情况（2）,三者共同观测75次,云雷达与红外成像仪相关系数为0.85,与云高仪相关系数为0.53,标准差分别为0.88 和1.61 km;情况（3）,红外成像仪云底高绝大多数在云雷达观测的最上、最下层云之间,有时接近上层云,有时接近下层云.对比结果显示,地基热红外对于观测中低云高具有稳定、可靠、经济和便捷等优势,但观测结果较云雷达系统偏高.文中同时提出了初步的校正方法.     

结露自动化观测装置及试验研究

文章介绍了一套结露自动化观测装置,由CCD图像传感器、露采集器和处理器构成。露采集器由三层带有磨砂区域的玻璃片组成,CCD图像传感器获取玻璃片的图像传送给处理器,结露时磨砂区域与未磨砂区域亮度差值发生变化,处理器自动提取亮度差值及变化信息,识别结露是否发生,从而实现对结露的自动化观测。为了定量分析自动化结露观测装置的性能,设计了观测试验,利用温湿度计观测露采集器附近的温湿度,分析研究湿度与亮度差值及结露的关系,试验结果表明,相对湿度大于97．9％时开始结露,玻片亮度归一化差值迅速降低。结露的信息获取率百分之百,结露自动识别率大于85％。     

卫星云参数与飞机云物理探测对比研究和飞行方案设计

开展卫星反演云特性参数与飞机观测的对比研究,对于更好地发挥卫星遥感观测在天气、云物理和人工影响天气方面的探测优势具有重要意义。选取2012年9月21日一次层状云降水过程,对比分析FY-2与MODIS反演云参数及飞机观测结果,探索了飞机检验卫星云参数的飞行方案。结果表明:FY-2反演云参数演变趋势与飞机观测结果有较好的一致性;FY-2反演有效粒子半径(Effective Radius,Re)和光学厚度(τ)与MODIS反演的Re和τ间相关性较好,但此个例FY-2反演值普遍小于MODIS反演值;探测区域FY-2反演Re频率分布与飞机观测Re分布有一定差异,FY-2反演Re偏小,MODIS反演Re频率分布与飞机观测结果更为接近;飞机观测计算得到的τ和液水路径值(Liquid WaterPath,LWP)与卫星反演τ和LWP差异较大,FY-2反演值明显偏小。对于Re的检验,飞机最好在Re分布不大均匀的云顶作较长距离平飞观测;对于LWP和τ等垂直积分参量的检验,飞机最好选择在光学厚度较均匀的小区域内螺旋爬升至云顶之上,再自云顶向下至最低高度进行垂直观测。     

ASC200型地基双波段全天空云量自动观测仪云量比对分析

采用ASC200型地基双波段全天空云量自动观测仪2019年2—5月在中国气象局长沙国家综合气象观测试验基地和上海宝山国家基本气象站的连续观测数据,分别与人工观测云量及器测云量参考标准进行比对,从综合云量、可见光云量及红外云量3方面初步探究其云量观测能力。比对结果显示：该设备长沙站和宝山站综合云量样本与人工云量参考标准差值在±20%以内的样本分别占总量的92.2%和79.4%,长沙站综合云量样本与器测云量参考标准差值在±20%以内的占样本总量的90.5%,差值在±10%以内的占样本总量的86%。结论如下：①ASC200综合云量样本与人工及器测云量参考标准一致性良好;②验证了可见光云量观测系统在雾霾等天气条件下观测能力较弱,红外云量观测系统对卷云的观测能力较弱;③在能见度良好的观测条件下,双波段云量观测系统的云量观测能力优于单一波段云量观测系统。     

云底高度的地基毫米波云雷达观测及其对比

对2014年11月20日—12月31日中国气象局大气探测综合试验基地Ka波段毫米波云雷达、Vaisala CL51激光云高仪、L波段高空探测系统观测的云底高度进行对比分析。结果表明:在低能见度条件下,毫米波云雷达对云的探测能力明显优于激光云高仪,随着能见度的增加,两设备云探测能力差距在减小;毫米波云雷达与激光云高仪同时观测到有云时,二者观测的云底高度相关系数为0.92;毫米波云雷达与探空观测云底、云顶高度的相关系数分别为0.93和0.78;云雷达观测的云底高度均略低于激光云高仪和探空,云雷达观测的云顶高度略高于探空。     

祁连山夏季西南气流背景下地形云形成和演化的观测研究

利用2007年祁连山地形云的观测试验资料,分析了祁连山夏季西南气流背景下地形云的演化过程,得到了祁连山地形云发展和演变的概念模型。(1)祁连山地形云的水汽主要分布在3500～6500m的范围内,对流层中层的西南气流将水汽由南向北输送到祁连山区。(2)祁连山区水汽比较丰沛,凝结高度和自由对流高度均较低,当湿气团抬升到凝结高度以上时对流有效位能很容易释放,形成有利于产生降水的云系。(3)祁连山每个山峰南北侧昼间的谷风会在山峰辐合抬升,众多山峰形成的祁连山群谷风的抬升作用下容易形成沿山脊排列的中β对流云带,在高空西南气流的推动下移到北侧,是造成北侧降水比南侧大的原因之一。     

毫米波测云雷达系统及其外场试验结果初步分析

观测云宏观信息及其辐射特性的工具一直都很缺乏。利用毫米波测云雷达连续观测大气中的云能够获得有重要意义的参数,这些参数包括宏观上的云厚、云高、云层数,微观上云粒子的大小、滴谱分布、冰与液态水的含量等,它们不仅决定了云的上行、下行辐射的影响效果,也是研究自然降水过程的重要参数。文章介绍了2007年中国气象科学研究院研发的应用于探测云、雾和沙尘暴垂直结构的机动式8.6 mm毫米波雷达系统(HMBQ),重点介绍测云雷达在2008~2009年主要参加的外场试验情况,最后给出了探测得到的各种类型云(包括非降水云、弱降水云以及降雪云等)的雷达回波图,并作了初步分析。     

一次秋季暖云微物理结构探测试验

针对2008年10月24日四川盆地上空未形成降水的低层暖云,利用夏延ⅢA飞机搭载的PMS系列探头进行了探测试验,分析了云的微物理结构.分析结果表明:云体构成以小云滴为主,大云滴浓度较低,降水粒子很少.云中小云滴的液态含水量、数浓度、直径在水平方向上分布不均.小云滴的液态含水量和小云滴的体积平均直径正相关.相对云上部,云...     

Analysis of Short-term Cloud Feedback in East Asia Using Cloud Radiative Kernels

Cloud radiative kernels were built by BCC_RAD(Beijing Climate Center radiative transfer model) radiative transfer code. Then, short-term cloud feedback and its mechanisms in East Asia(0.5°S-60.5°N, 69.5°-150.5°E) were analyzed quantitatively using the kernels combined with MODIS satellite data from July 2002 to June 2018. According to the surface and monsoon types, four subregions in East Asia—the Tibetan Plateau, northwest, temperate monsoon(TM), and subtropical monsoon(SM)—were selec...