可业务化运行的L波段探空系统高空风改进算法

为进一步挖掘L波段高空气象探测业务系统原始资料潜力、优化改进现行测风业务算法,本文基于新疆博湖东岸L波段系统机动站累积的两年探空原始资料,提出了可业务化运行的高空风改进算法。该算法首先对雷达原始秒点坐标进行严格的质量控制,采用低通滤波、加权最小二乘法、线性补缺等方法去除探空仪摆动、雷达测量误差等对秒点坐标造成的扰动;然后采用逐秒点坐标滑动计算矢量平均风,通过与同球施放的GPS探空做比对分析得出,在全程使用50-60s计算时间窗口或前50分钟使用30-40s时间窗口、50分钟以后使用50-60s时间窗口条件下,雷达矢量平均风廓线与GPS矢量平均风廓线吻合较好;规定高度层风和固定垂直分辨率高度层风采用查找表方法确定,其结果不仅能在风场结构上与现行业务算法一致,同时能呈现出明显的风层脉动信息。     

可业务化应用的L波段探空系统高空风改进算法

为进一步挖掘L波段高空气象探测业务系统原始资料潜力、优化改进现行测风业务算法,本文基于新疆博斯腾湖东岸L波段系统机动站累积的2 a探空原始资料,提出了可业务化运行的高空风改进算法。该算法首先对雷达原始秒点坐标进行严格的质量控制,采用低通滤波、加权最小二乘法、线性补缺等方法去除探空仪摆动、雷达测量误差等对秒点坐标造成的扰动;然后采用逐秒点坐标滑动计算矢量平均风,通过与同球施放的GPS探空做比对分析得出,在全程使用50~60 s计算时间窗口或前50 min使用30~40 s时间窗口、50 min以后使用50~60 s时间窗口条件下,雷达矢量平均风廓线与GPS矢量平均风廓线吻合较好;规定高度层风和固定垂直分辨率高度层风采用查找表方法确定,其结果不仅能在风场结构上与现行业务算法一致,同时能呈现出明显的风层中小尺度扰动信息。     

L波段探空系统高空风平滑计算方法探讨

在分析现行业务L波段探空系统测风原理的基础上,提出改进高空测风数据的平滑计算方法.首先比较了业务分钟风与滑动平均风两种高空测风数据的平滑计算办法,并与GPS RS92测风数据进行了对比分析和批统计处理,特别是对业务L波段雷达在1～21、22～42和43分钟及以后采取不同的时间隔计算风的规定给出了分时段以及低仰角、远距离和小风速的统计分析.结果显示,滑动平均法在选取合适的滑动平均窗口的条件下,其计算的高空风与GPS RS92测风结果一致性更好且动态误差小.建议未来改进业务L波段探空系统的高空风平滑计算方法时,采用窗口为1分钟的滑动平均方式或者前20分钟采用30秒,以后采用1分钟的分段滑动平均方法.     

利用GPS定位资料分析L波段雷达测风性能

新研制的GPS探空仪是在我国高空站网上普遍使用的L波段雷达-数字探空仪系统中增加GPS定位模块,高空风数据不但可以通过GPS定位数据计算获得,同时还可以通过L波段雷达单测风方式进行计算,这样使其自身获得了多方面的动态比对试验。通过对23份对比施放记录分析发现:在一般情况下,经过同等的适当滑动平滑后,从L波段雷达和GPS定位两个独立系统得出的高空风廓线基本一致,说明L波段雷达的测风精度基本可以达到GPS测风水平。但在探空仪上升到高空小风速区且远离测站时,雷达测风精度明显较GPS测风精度低,需要对原始数据进行更大范围的平滑。对照分析表明:目前高空站的L波段雷达观测业务还有较大发展潜力。     

基于地心坐标系的卫星导航测风平滑算法

本文从高空风探测原理出发,提出可业务化运行的卫星导航探空系统高空风平滑计算方法。该算法首先根据北斗〖CD*2〗GPS（Global Positioning System）双模式探空仪提供的大地坐标秒间隔数据,基于地心坐标系计算原始高空风;然后,采用矢量滑动平均法对原始数据进行平滑处理。通过与同球施放的芬兰RS92探空系统做比对分析得出,滑动平均窗口在0～32 km高度范围内设置为34 s、在32 km高度以上设置为60 s条件下,卫星导航探空系统与RS92探空系统高空风测量结果吻合较好。该算法计算结果同基于站心坐标系计算的30 s滑动平均风基本相同,但其风速分量误差范围在32 km高度以下略优、在32 km高度以上减小明显,升空全程误差范围更为稳定。     

高空气象观测规范改进及雷达元数据应用

对我国高空气象观测业务规范存在的纰漏和现行业务软件算法对观测秒数据利用率不高,导致计算结果精度不足等问题进行了分析,并就如何扩展应用L波段雷达〖CD*2〗GTS1电子探空仪系统元数据来解决相关问题进行了探讨。结果表明：测风秒数据的最大利用价值在于优化和调整量得风层的计算厚度（时间间隔）,可将L波段系统测风精度提高到与RS92 GPS探空系统同一数量级,基本满足业务部门对高空风的观测精度要求;通过对气球下沉记录处理流程的调整改进可实现相关记录数据段的妥善保存;引入探空和测风秒数据的野值综合判别、自动剔除和拟合补缺算法,可在提高秒数据利用率的同时进一步提升业务系统的智能化、自动化水平。上述新技术、新方法的采用,都须以对现行高空气象观测规范中的相关业务规定进行调整、改进作为前提。     

L波段高空探测系统的时差及其测量不确定度

通过分析L波段高空探测系统的时序设计原理,进行GTS1型探空仪与RS92型探空仪的同球比对施放试验验证,确定了由L波段高空探测系统的时序设计造成的测量元件感应气象要素至地面设备计算机软件赋时之间的时间差,会造成测量结果的随机波动。L波段探空系统总体时差对气压测量影响较大,对温度的影响较小,对湿度的影响较为复杂;由此造成的气压不确定性,将影响探空应用文件的准确性。相对于测量元件的感应时间总是延迟的,其总体散布中心为测量元件感应气象要素后1.2s,时差散布的扩展不确定度为0.98s,气压误差最大可达0.86hPa。北斗-GPS双模式导航测风探空仪的设计中采用了消除时差的方法,大大减小了测量结果的随机误差,并且在2013年12月中国气象局阳江试验中效果良好,为该问题提出了改进方法。     

北斗探空系统研发及其测风性能初步分析

高空气象观测是综合气象观测系统的重要组成部分,对天气预报、气候变化等业务科研具有重要的作用。基于北斗卫星导航系统研发了北斗探空仪及地面接收系统,目前试验样机生产已初步完成。北斗探空仪可采取单北斗、单GPS、北斗与GPS混合定位测风等3种测风模式,试验结果表明:北斗探空仪采用混合定位测速方式测风与GPS标准探空仪相比, 北向速度标准差为0.05 m·s-1,平均偏差为-0.05 m·s-1; 东向速度标准偏差为0.03 m·s-1, 平均偏差为-0.01 m·s-1; 高度标准偏差为6.88 m,平均偏差为7.48 m。北斗探空仪测风性能与GPS探空仪相当。     

改进高空测风算法的试验

通过L波段系统与GPS同步比对,分析了我国现行高空测风算法在一般情况下造成的误差、在特殊情况下对风的变化可能产生的错误判断或无法判断。目前高空探测系统实现了自动化,秒尺度坐标数据采样密度和计算机完成计算的条件下,计算方法应该也可以作相应的改进。本文以WMO的相关技术要求为标准,探讨了提高高空风探测的空间分辨率、计算精度和精细化描述风垂直变化的可能与具体实施的途径,进一步提高高空风测量结果的准确度。     

对400MHz电子探空仪-701C测风雷达探测技术实现的探讨

目前我国的高空气象探测系统是由测风雷达和气球携带的探空仪两部分组成。测风雷达测定气球的空间位置，探空仪提供大气的温度、气压和湿度数据。全国120多个高空站中，除少数台站使用“GTS数字探空仪—GFE型L波段二次测风雷达”和“TK-2电子探空仪—707型C波段一次测风雷达”外，     

基于ERA Interim的L波段探空秒级风速算法检验

本文基于L波段探空雷达高垂直分辨率方位数据,通过在不同探空高度处选取不同尺度的时间窗口,设计了计算秒级风速的3种方案。通过比较3种计算方案得到的秒级风速与ERA-Interim再分析资料在平均偏差Bias和均方根误差RMSE等指标上的差异,给出了计算秒级风速的最优算法。结果表明:由于雷达的定位存在系统偏差,窗口选取过大或过小均会引入较大的秒级风速误差,选取适当尺度的时间窗口是准确计算秒级风速的必要条件。另外,基于ERA-Interim再分析资料具备良好的时空一致性,本文提出了1种检验L波段秒级风速算法优劣的新方案。     

基于自动气象站和风廓线雷达资料的大理机场风切变分析与应用

根据2016—2017年大理机场航空器报告的风切变事件,利用同时段的自动气象观测资料、风廓线雷达资料对大理机场风切变进行了统计和分析。结果表明:①风切变均发生在每年的11月至次年4月,1月、2月最多;主要发生于07:00—13:00,一半出现在晴天;发生在350m以下占83%。②100m以下的风切变,地面均有阵性风,最大最小风速差6m/s;发生在15～91m的6次风切变,5次报告风切变的一端风向变化超过180°,南北两端地面风出现对头风,风速差异明显。AWOS(Automated Weather Observation System)捕捉到风向风速的明显变化可为近地层风切变预警提供参考。③发生在高度较高的风切变,雷达资料在遭遇风切变高度的上下层存在≥8m/s风速差,能确定上下层风不连续的准确高度、开始时间和结束时间。④机场区域常出现地面风速大而上空风速小或地面风速小而上空风速大的情况,结合地面风和风廓线雷达资料可为今后低高度风切变的初步预警提供参考。     

An approach to the mapping of the statistical properties of gradient winds (over Canada)

This paper describes the preparation of a preliminary set of maps of gradient‐level wind climate over Canada and some neighbouring regions of the United States. The data for this study were drawn from twice‐daily records of radiosonde ascents at a network of ten Canadian upper air stations. The period covered by the data was 1960–69, and this was supplemented by statistical information on upper level winds at fourteen points in the United States.

The analysis and subsequent mapping were carried out for 300 and 500 m above ground level and were based on a number of statistical models: the bivariate Gaussian distribution of wind velocities characterized by the vector mean and standard vector deviation, monthly Weibull distributions of wind speed and a new model of extreme annual wind occurrences developed from a consideration of wind as a stochastic process.     

基于北斗一号的高空风探测方法研究

我国自2000年建立北斗一号导航系统,2003年开放民用,北斗系统在气象领域的应用广受关注。分析研究北斗一号应用于高空风探测的可行性并进行了试验和验证。利用探空仪实时探测的高精度温、压、湿数据,实时确定探空仪高度,注入北斗定位单元,通过无源定位方式确定探空仪位置,获取计算层风。通过与GPS测风系统进行双施放比对,风速偏差约为0.5m/s,初步满足业务应用要求。