提高探空气球探测高度的方法

高空气象要素的收集和整理对研究大气中各种物理过程及天气预报服务是非常重要的。尽可能地获取最大垂直范围内的探测资料,就必须提高气球的飞升高度。在此对影响气球上升高度的因素做了具体分析,并提出相应的处理方法。     

如何提高探空气球的施放高度

该文总结了施放探空气球过程中对气球施放高度造成影响的多个主要因素,并采取相应的措施,提高气球施放高度,以便获取更多更全的高空大气探测资料。     

探空气球升速的误差修正研究

为确保探空气球实际升速在合理的范围内,减少探空气球升速理论值与实测值之间的误差,分析了气球升速过快或过慢对资料准确性的影响,探讨了空气密度、空气阻力系数、重力加速度、净举力、球皮及附加物重量等5个与气球升速密切相关因素的影响原理、取值范围、变化规律及影响程度,分析了气球升速理论值与实测值之间存在相对误差的原因,并以衡阳气象台高空探测资料为例,提出采用无量纲的升速修正系数对探空气球升速理论值进行修正,升速修正系数的数值体现了空气阻力、层流或湍流、氢气渗漏等暂时不能定量描述的因素对气球升速的影响程度。研究结果表明:对气球理论升速影响较大的因素是空气密度和空气阻力系数,且空气阻力系数是雷诺数的函数,很难得出定量值;传统方法计算的气球理论值与实测值的平均相对偏差达到了25.5%,主要是由于设置了恒定的空气阻力系数,致使理论升速远大于实际升速;修正后的气球升速理论值与实测值之间相对误差减小到了6.0%,因此修正后的气球升速理论值可以为高空气象探测业务中净举力的确定提供依据。     

气溶胶激光雷达和无线电探空观测边界层高度的对比分析

利用北京地区2017年11月至2018年1月连续3个月的激光雷达资料和无线电探空数据,按照清洁天、污染天和多云天3种天气条件,对大气边界层高度的计算方法和结果进行对比分析。结果表明,基于激光雷达消光系数的梯度法、标准差法和小波法都能够较好地提取边界层高度。清洁天标准差法计算的边界层高度高于梯度法和小波法,08:00（当地时间,下同）和20:00由无线电探空得到的清洁天边界层高度平均值分别为1176 m和1224 m。污染天标准差法的计算结果要低于梯度法和小波法,污染天无线电探空得到的边界层高度平均值约为956 m,和清洁天相比降低了两百多米,重污染时最低降低至562 m,逆温层高度和PM2.5浓度具有明显的反相关关系。有云时,梯度法和小波法确定的边界层高度和云高非常接近,标准差法计算的结果略低。总体而言,气溶胶激光雷达计算的边界层高度随着污染等级的提高没有明显的降低趋势,相反在重度污染情况下反而有所增加,这可能是由于污染物的不断堆积导致的。梯度法确定的边界层高度易受到污染物传输过程的影响,略高于逆温层高度。另外,激光雷达确定的边界层高度受到残留层影响时,也会高于逆温层。     

探空观测的边界层高度时空变化特征

基于2010—2018年我国119个站点L波段探空秒级资料,通过对位温廓线法所得边界层高度进行Kmeans聚类,将我国分为青藏地区、西北地区、中部地区和东部地区4个分区,分析我国边界层高度及边界层状态（对流、中性和稳定边界层）发生频率的变化特征。结果表明：2010—2018年08：00我国年平均边界层高度均为200~600 m,以稳定边界层为主,20：00年平均边界层高度从青藏地区、西北地区、中部地区到东部地区逐渐减小,其中青藏地区和西北地区全年以对流和中性边界层状态为主,中部地区和东部地区以中性边界层为主;4个分区的月平均边界层高度在08：00逐月变化不明显,且各分区间差异不大,而4个分区20：00月平均边界层高度随时间呈单峰结构,最大值出现在春夏季,最小值出现在秋冬季,从青藏地区、西北地区、中部地区到东部地区变化幅度逐渐减小;青藏地区、西北地区和中部地区的边界层高度日变化幅度春夏季大、秋冬季小,而东部地区边界层高度日变化在不同季节特征相近。     

提高探空施放高度的技巧

探空施放高度是高空气象探测业务质量考核的重要技术指标之一，施放高度的高低将直接影响着高空气象探测资料获取的完整性和全面性。因此，在实际业务工作中力争提高施放高度显得尤为重要。本就如何有效地提高探空施放高度，谈几点技巧。     

利用探空资料估算青藏高原及下游地区大气边界层高度

利用三个时段的探空加密试验资料,分别采用气块法和Richardson数法来估算青藏高原及下游地区的对流边界层和稳定边界层的高度特征。结果显示:(1)高原中部对流边界层结构的出现概率高于高原东侧及下游地区,而四川盆地稳定边界层结构的出现概率远高于高原和长江中游。(2)高原中部和东侧的对流边界层高度春季高而夏季低,其中高原中部的对流边界层高度高于高原东侧;四川盆地和长江中游的对流边界层高度冬季低、夏季高,而高原东侧的对流边界层高度的变化趋势则相反;四川盆地的对流边界层高度低于长江中游。(3)高原的稳定边界层高度春季高而夏季低;冬季四川盆地的稳定边界层高度高于高原东侧和长江中游,而夏季长江中游的稳定边界层高度高于高原东侧和四川盆地,冬夏差异导致的稳定边界层高度的变化幅度在长江中游最明显,四川盆地次之,而高原东侧最小。(4)高原东侧及下游地区的平均边界层高度的日变化具有相似的演变特征,平均边界层高度在白天高夜间低,而高原中部的平均边界层高度在日出左右较低,之后随时间逐渐增高,并在晚上达到最大值;高原的平均边界层高度的日变化振幅大于下游地区,且其日变化振幅随站点海拔高度的增加而增大。     

临河2016年夏季探空资料高度异常分析

临河高空站是内蒙古10个非GCOS探空站中唯一使用南京大桥机器有限公司探空仪的台站,针对2016年6—8月探空高度异常情况,进行数据分析,并参照气象气球行业标准中的最大气球爆破直径,计算气球升空高度,得出,临河站存在探空高度普遍偏高的情况,2016年6—8月>36km的探空高度占比为47.2%,全月>38km的探空高度占比为23.4%;探空终止瞬间气压高度和计算所得雷达观测高度相比较,在30km以上,存在平均>3502m的高度差,也存在差值异常偏大的情况。     

如何提高探空气球的飞升高度

1引言 大气中各高度上气压、温度、湿度随时间和空间分布的资料，对于研究大气中的各种物理过程，以及天气分析和预报等气象服务工作是十分重要的。目前，国内高空探测主要采用由探空气球携带无线电探空仪升空进行压、温、湿的测量。在探空观测中，气球飞升的高度越高，越能取得更大高度范围内的探空资料。所以，如何提高气球的上升高度，获得更完整的气象资料，进一步提高我省的探空业务质量，是每个探空业务人员必须面对和致力研究解决的问题。笔者试图通过对影响气球上升高度因素的分析以及实际工作经验的阐述，供广大探空业务人员参考借鉴，希望能够有所启迪和帮助。     

敦煌夏末大气垂直结构和边界层高度特征

本文利用西北干旱区陆-气相互作用野外观测试验 (NWC－ALIEX) 2008年8月11～18日的探空试验资料, 分析了中国西北干旱区敦煌地区的大气垂直结构和边界层高度特征。结果表明, 对流层顶大约在距地15000 m高度左右, 为第二 (副热带) 对流层顶; 水汽主要集中在距地6500 m以下对流层, 0℃层在距地3000～4000 m高度波动, 逆湿层高度在0℃层左右摆动; 在距地5000 m以上的对流层基本被西北风或偏西风统治, 在距地9000～13000 m左右的对流层高层, 存在一个风速为25～50 m/s的西北风或偏西风极大值; 敦煌夏末存在特厚边界层, 对流边界层高度可达4200 m, 稳定边界层高度可达1300 m。     

敦煌绿洲夏季边界层特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3．6非静力平衡模式,采用三重嵌套方法,模拟研究了沙漠绿洲的环流及边界层特征。并且与无绿洲试验进行了比较。结果表明：沙漠中的绿洲在夏季是一个冷源,地面感热通量和潜热通量与周围的沙漠地区存在较大差异。在绿洲区,感热通量小,潜热通量大;在沙漠区,感热通量大,潜热通量小。绿洲边界层顶低,沙漠边界层顶高。绿洲可以改变沙漠地区的大气稳定度,使得原来大气层结不稳定的沙漠地区出现较稳定的大气层结。沙漠绿洲改变了原有沙漠地区的环流结构及温、湿场的分布,使得在绿洲上空大气下沉,沙漠上空大气上升,从而产生了绿洲上空大气干冷,沙漠上空大气暖湿的边界特征。绿洲边缘的沙漠形成的较大的湿气柱围绕着绿洲,起到了保护绿洲的作用。沙漠绿洲低空呈现辐散气流,使得绿洲上风方的沙漠地区风速减小,绿洲下风方的沙漠地区风速增大。     

提高探空气球施放高度的再探讨

对影响高空气象探测高度的因素进行分析,提出提高气球施放高度的相应对策。     

初夏敦煌荒漠戈壁大气边界结构特征的一次观测研究

利用"西北干旱区陆气相互作用野外观测实验"加强期在甘肃省敦煌市气象站进行的风、温、湿探空观测资料,分析了西北典型干旱区大气边界层的结构特征和变化规律。结果表明,大气边界层厚度总体而言明显偏高,对流边界最高层厚度可超过4000m,稳定边界层也在1000m左右的高度;2750m附近为风向转变高度,其下全为偏东风,其上全为偏西风,这个风向转变高度有一定日变化,在观测的9天内每天的日变化规律保持了很好的一致性;边界层风速切变较大,大多数时候有低空东风急流出现,急流最强可达到近20m·s-1,急流高度在500m左右;边界层内比湿廓线有时在大约500m高处出现逆湿,一般以夜间更为显著。     

Nomogram for the Height of the Daytime Mixed Layer

A method to construct a nomogram of the daytime mixed-layer-height evolution is presented. The nomogram will be specific for a given location and land surface type and is intended to be an easy tool to achieve a general understanding of mixed-layer behaviour. Also it is a pedagogical graphical one-pager that displays the bulk of data that controls the evolution of the mixed layer. Nomograms from northern, central and southern Europe are presented and discussed. Comparison with data from two sites shows good agreement although the nomograms overestimated the mixing height when it was low.     

利用激光雷达结合数值模式估算兰州远郊榆中地区夏季边界层高度

用激光雷达资料,采用小波变化法反演兰州远郊榆中地区兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)的边界层高度,并利用WRF中尺度数值模式,选取两种不同边界层参数化方案(YSU、MYJ)模拟了该地区边界层及其高度.分析表明激光雷达反演边界层高度与WRF模拟边界层高度结果基本一致;WRF选用YSU方案能较好反映热对流边界层,而MYJ方案对于动力作用边界层模拟较好.日出后08:00(北京时间,下同)SACOL不稳定边界层开始发展,17:00达到最大高度.热对流边界层可以达到2 km;动力作用边界层可达到1.5 km,之后热对流边界层下降速度明显高于动力作用边界层.     

Height Variation in the Summer Quasi-Zero Wind Layer over Dunhuang,Northwest China:A Diagnostic Study

This study investigates the variation in the stratospheric quasi-zero wind layer(QZWL) over Dunhuang, Gansu Province, China, on 9 August 2020 using sounding observations from the Dunhuang national reference station and the fifth generation of ECMWF atmospheric reanalysis data(ERA5). The QZWL over Dunhuang was located between 18.6 and 20.4 km on 9 August 2020. The South Asian high(SAH) and subtropical westerly jet jointly affected the QZWL. As the SAH retreated westward, the upper-level westerly ...     

Observations of the Daytime Boundary Layer in Deep Alpine Valleys

Mixing depth structure and its evolution have been diagnosed from radar wind profiler data in the Chamonix and the Maurienne valleys (France) during summer 2003. The behaviour of refractive index structure parameter C _n ² peaks coupled with the vertical velocity variance σ _w ² was used to estimate the height of the mixed layer. Tethersonde vertical profiles were carried out to investigate the lower layers of the atmosphere in the range of approximately 400–500 m above ground level. The tethersonde device was especially useful to study the reversal of the valley wind system during the morning transition period. Specific features such as wind reversal and the convective mixed layer up to approximately the altitude of the surrounding mountains were documented. The wind reversal was observed to be much more sudden in the Maurienne valley than in the Chamonix valley     

Determination of the Atmospheric Boundary Layer Height from Radiosonde and Lidar Backscatter

The height of the atmospheric boundary layer is derived with the help of two different measuring systems and methods. From radiosoundings the boundary layer height is determined by the parcel method and by temperature and humidity gradients. From lidar backscatter measurements a combination of the averaging variance method and the high-resolution gradient method is used to determine boundary layer heights. In this paper lidar-derived boundary layer heights on a 10 min basis are presented. Datasets from four experiments – two over land and two over the sea – are used to compare boundary layer heights from both methods. Only the daytime boundary layer is investigated because the height of the nighttime stable boundary layer is below the range of the lidar. In many situations the boundary layer heights from both systems coincide within ±200 m. This corresponds to the standard deviation of lidar-derived 10-min values within a 1-h interval and is due to the time and space variability of the boundary layer height. Deviations appear for certain situations and depend on which radiosonde method is applied. The parcel method fails over land surfaces in the afternoon when the boundary layer stabilizes and over the ocean when the boundary layer is slightly stable. An automatic radiosonde gradient method sometimes fails when multiple layers are present, e.g. a residual layer above the growing convective boundary layer. The lidar method has the advantage of continuous tracing and thus avoids confusion with elevated layers. On the other hand, it mostly fails in situations with boundary layer clouds     

Analysis of Atmospheric Boundary Layer Height Characteristics over the Arctic Ocean Using the Aircraft and GPS Soundings

Utilizing aircraft sounding data collected from the Surface Heat Budget of the Arctic Ocean (SHEBA, 1998) campaign, the authors evaluated commonly-used profile methods for Arctic ABL height estimation by validating against the’true’ABL height from aircraft sounding profiles, where ABL height is defined as the top of the layer with significant turbulence. Furthermore, the best performing method was used to estimate ABL height from the one-year GPS soundings obtained during SHEBA (October 1997-October 1998). It was found that the temperature gradient method produces a reliable estimate of ABL height. Additionally, the authors determined optimal threshold values of temperature gradient for stable boundary layer (SBL) and convective boundary layer (CBL) to be 6.5 K/100 m and 1.0 K/100 m, respectively. The maximum ABL height during the year was 1150 m occurred in May. Median values of Arctic ABL height in May, June, July, and August were 400 m, 430 m, 180 m, and 320 m, respectively. Arctic ABL heights are clearly higher in the spring than in the summer.