利用风云二号卫星信号进行电离层闪烁监测的方法

利用风云二号卫星业务遥测信号进行电离层闪烁监测,根据其信号特点研究开发了监测仪。该监测仪用于实时监测分析风云二号卫星信号因电离层不规则结构引起的幅度闪烁和相位闪烁。风云二号业务遥测信号是一个1.7 GHz的调相信号,其发射振幅稳定,负载的信号精确可知,在中国及周边地区可以被用来进行电离层闪烁监测研究。由于风云二号是静止卫星,其监测结果将不存在卫星运动所附带的变化,容易将时间和空间变化分离开,因而比GPS闪烁监测更具优越性。该仪器将基于目前遍布全国的风云卫星展宽云图接收设备,在使用风云卫星展宽云图接收机天线、高频及第一中频通道的情况下进行设计,因此有利于未来的在全国范围内进行推广和组网监测。另外,风云二号已经实现双星、组网观测,其提供的两个不同方向的同频信号源将大大提高监测仪的应用价值。该仪器与GPS双频闪烁监测配合,还将能获得电离层闪烁特性的谱特征。     

如何解决电视天气预报节目中文字及图像闪烁问题

分析了电视天气预报节目中文字及图形闪烁产生的原因，提出了避免此类问题的一般措施以及解决方法。     

不同下垫面大孔径闪烁仪观测数据处理与分析

大孔径闪烁仪是近年兴起的测量大尺度（500 m~10 km）地表通量的仪器。北京师范大学等单位分别于2002年、2004年在北京昌平小汤山开展了大孔径闪烁仪短期观测实验, 2006年6月又在北京密云建立了长期观测站。利用这些数据, 对大孔径闪烁仪观测数据进行处理与分析, 结果表明:闪烁仪光径高度和风速是影响观测显热通量的关键因子。当地表粗糙元的高度变化相对于光径高度不可忽略时, 零平面位移需要精确确定。波文比在湿润地表需要准确确定, 而气温、气压和动力学粗糙度则为不敏感因子。计算中所需的大气稳定度可用理查孙数判断, 也可借助日出日落时间或净辐射观测值确定。稳定条件下的普适函数目前无统一表达式, 可采用仪器说明书推荐的函数。通过几个站点闪烁仪观测显热通量与涡动相关仪测量值的比较表明:大孔径闪烁仪在均匀和非均匀地表都能得到合理的显热通量观测值。     

乾安地区盐碱地显热通量的测量

文中给出了用大孔径闪烁仪在 2 0 0 0年生长季观测到的盐碱地区显热通量的主要结果 ,并初步计算了当地的水热平衡状况。结果表明 :乾安盐碱地区显热通量占净辐射量的百分比在干旱、非生长季达到 6 5 % ,在多雨、植被生长季仅为 11% ;显热通量因降水而明显降低 ,幅度与降水强度有关 ,反映了当地的气候和土壤特征。文中还把LAS的测量结果与传统的梯度法作了比较 ,结果基本一致。     

关于风力发电场风机光影影响防护距离的研究

风力发电场的建设,极大地推动了地方经济的发展;但如果风机布置不科学,极有可能对周围民宅产生光影闪烁影响。关于风力发电场风机的光影闪烁影响预测,国家目前尚无相应的标准和规范,也无可借鉴资料。综合分析了辽宁省环境工程评估审核中心所评估的个例环评报告,初步探讨了风机产生的光影闪烁影响的各种情况,提出了风机光影影响防护距离的概念和计算方法。     

如何解决电视天气预报节目中文字及图像闪烁问题

分析了电视天气预报节目中文字及图形闪烁产生的原因,提出了避免此类问题的一般措施以及解决方法。     

四川盆地丘陵区地表显热通量分析

利用2000~2007年四川省乐至县大口径闪烁仪(Large Aperture Scintillometer,LAS)观测资料,对比分析了降水日与非降水日、干旱日与非干旱日地表热量通量的时间变化特征。分析结果表明:非降水日显热通量具有明显的日变化特征,最大值出现在13:00左右,降水日显热通量的日变化受降水影响,降水使显热通量减小;非降水日的月平均显热通量有2个峰值,分别出现在5月和8月,最小值在1月;降水日也有2个明显的月平均显热通量峰值,它们是4月和7月,12月最小;夏秋交替的9月非降水日与降水日的显热通量差异最大;干旱日和非干旱日的显热通量都是1月最小,干旱日8月显热通量最大,非干旱日是4月最大;6~10月干旱与非干旱日的显热通量具有明显差异;干旱越严重的月份,月平均显热通量越偏大;相同时次的显热通量平均值,干旱日较非干旱日的明显偏大。      

大口径闪烁仪及其在地表能量平衡监测中的应用

介绍了LAS仪器的测量原理及数据处理方法, 并利用中荷合作项目CEWBMS中获得的河南郑州LAS测站2000年的观测资料, 同时结合其它辅助资料, 对观测点附近地区的能量平衡状况进行了分析。分析结果表明, 由LAS测值得到的显热通量值, 以及结合净辐射资料间接得到的潜热通量值, 合理地反映出了当地能量平衡状况的季节变化, 显示出一年之中当地大部分的净辐射能用于潜热通量的释放。其数据结果所表征的当地下垫面干湿程度的变化与同期的降水及土壤相对湿度相比, 表现出了相当好的一致性, 这为拓展LAS在局地地表能量平衡监测中的应用提供了物理依据。     

四川盆地丘陵地区地气相互作用的遥感监测研究

通过对近两年大口径闪烁仪（Large Aperture Scintillometer)LAS观测资料的分析，揭示了乐至县丘陵地区感热通量的气候变化特点，并探讨了感热能量与其它气象要素的关系。初步分析了当地陆气相互作用。     

涡动相关仪和大孔径闪烁仪观测通量的空间代表性

在对涡动相关仪和大孔径闪烁仪足迹模型进行敏感性分析的基础上,利用北京密云站2006年8月至2007年12月期间的观测资料,应用足迹模型对观测通量的空间代表性做了初步的分析.结果表明:涡动相关仪和大孔径闪烁仪的源区对风向、Monin-Obukhov长度,空气动力学粗糙度和观测高度/有效高度等因子比较敏感.密云站涡动相关仪的源区白天主要分布在仪器的西南与南面,而夜间则在东北与北面.大孔径闪烁仪的源区为西南一东北向分布.涡动相关仪各月源区形状不同,但大致分布在南北长1000 m、东两宽850 m的范嗣内,而LAS各月源区为西南一东北向分布,长约2060 m,最宽处约为620 m.对涡动相关仪通量有贡献的下垫面主要为园地(67%)和耕地(19%).其中园地的通量贡献比例在夏、秋季比较大,冬、春季稍小,而耕地则相反.大孔径闪烁仪的主要通量贡献源区为园地、耕地和居民地,通量贡献比例分别为49%,28%和11%.其中园地和耕地通量贡献率的变化趋势与涡动相关仪的观测结果一致,但没有涡动相关仪的变化明显.     

电视中一些动画效果的制作

在电视广告中,三维动画,适型的运用十分广泛,而三维动画中必不可少的就是文字的旋转、缩放等各种各样的变化及无尽的变化组合。而在电视天气预报中,其应用也十分广泛。根据工作经验,笔者就几种动画效果的制作技术初步总结,供同行参考。首先进入3DS工作界面,用专业工具或描红法做好中文矢量图形,用导角放样制作物体,OBJECTNAME为HZ,设2个泛光灯放于对角线上,亮度设在120～180之间。另外用聚光灯来调整造型的光线及效果,建立摄像机,并点击SURFACE／CHOOSE选择带金属质感的材质赋予汉字造型,存为HZ3DS。　　（1）…     

大孔径闪烁仪观测中的相似理论适用性分析

利用2009年馆陶站(1-12月)和阿柔站(1-6月和10-11月)的大孔径闪烁仪LAS相关数据,分析了LAS观测中莫宁—奥布霍夫相似理论MOST理论的适用性,并探讨了MOST理论适用性的定量判断方法.结果表明:(1)在不稳定条件下,大尺度涡旋运动、大气湍流发展状况和温度尺度都能对MOST理论适用性产生显著影响;(2)确立了两种新的MOST理论适用性判断方法,即因子分析法和温度结构参数法,并验证了这两种判断方法是合理、可靠的.     

黄土高原大孔径闪烁仪观测特征量T*的研究

基于黄土高原定西站2009年9月大孔L径闪烁仪(LAS)的观测数据,结合涡动相关系统(EC)和梯度塔的同步观测资料,分析了LAS和EC在测量感热通量过程中的温度特征尺度T*及其差异与近地层气象要素风向、位温梯度和稳定度等的关系.结果表明,黄土高原下垫面LAS测量的T*LAS和EC测量的T*EC有很好的相关性,相关系数达到0.955,拟合的线性趋势系数是1.482.对9月进行风向统计,主风向为NNE和SE,NNE风向上T*LAS和T*EC的相关系数是0.960,拟合的线性趋势系数是1.349,SE风向上T* LAS和T*EC的相关系数是0.968,拟合的线性趋势系数是1.619,风向对T*有显著影响.位温梯度与T*呈很好的线性相关关系,T*LAS相较于T*EC与位温梯度有更好的相关性.当稳定度z/L＜1.5时,T*LAS/T*EC随着z/L的增大雨减小;当z/L＞1.5时,T*LAS/T*EC随着z/L的增大而增大.T* LAS/T*EC的变化范围随着z/L的增大逐渐变小,当z/L增大到4后,T*LAS/T*EC开始保持较小的变化范围.     

非均匀下垫面湍流通量观测的印痕分析

利用2005年在北京昌平区小汤山开展的非均匀下垫面观测实验的观测数据,分别处理了涡旋相关法和大孔径闪烁仪LAS测得的感热通量,并运用印痕模型对数据进行“源区”分析。分析结果表明:在复杂地表上,涡旋相关的测量值由于混杂了其他下垫面的通量信息,不能真实地反映其观测区域的湍流特征,存在着观测误差。而LAS观测出现的低估问题则与掺混高度和“源区”有关。通过用印痕方法进行数据订正后,以上问题均得到很好的改善,订正结果与LAS观测通量的线性关系良好,两者的相关系数达到0.9。实验结果验证了印痕模型在非均匀下垫面的适用性。     

黄土高原影响LAS观测感热通量的物理因素分析

利用2010年1月和6月黄土高原定西和庆阳两站大孔径闪烁仪(LAS)的观测数据,结合涡动相关系统(EC)、辐射观测、梯度塔等观测系统的同步观测资料,分析了不同下垫面LAS和EC观测感热通量的时空差异及其与下垫面净辐射、风向、风速和稳定度等物理量的关系。结果表明,LAS和EC观测感热通量值之间的差异(HLAS-HEC)大小与下垫面的不均匀性有关,相对复杂的下垫面HLAS-HEC较大。净辐射Rn是感热通量的主要驱动因子,HLAS-HEC在生长季大于非生长季,并与Rn成正相关。风向对LAS和EC观测感热通量值有显著影响。对流边界层低频涡旋的存在导致EC通量统计值偏低,HLAS/HEC随着风速的增大而减小,随着稳定度z/L的增大而增大。     

LAS在西北干旱区荒漠均匀下垫面的观测研究

利用“古浪非均匀近地层观测试验”的仪器平行对比观测部分试验数据,首先分析荒漠均匀下垫面大孔径闪烁仪(Large Aperture Scintillometer,LAS)光径线上等间距架设的4台涡动相关仪(Eddy Covariance System,EC)观测的摩擦速度和感热通量的一致性.然后,基于4种不同下垫面建立稳定度普适函数分析,利用4台EC观测摩擦速度平均值,计算了LAS观测区域的感热通量,进而比较了LAS和EC两者观测值的差异.结果表明,4台EC观测的摩擦速度与感热通量一致性好,摩擦速度的差别＜10％,感热通量的差别在10％左右.4种稳定度普适函数计算的LAS区域感热通量在白天、夜晚与EC观测平均值变化趋势一致,但计算值偏大;TAG (Thiermann and Grassl)稳定度普适函数计算值与EC观测平均值较接近.其主要原因除不同下垫面试验所得稳定度普适函数的差异外,Kipp&Zonen LAS所测感热通量的系统性偏高不可忽视.     

大孔径闪烁仪测量戈壁地区感热通量

利用2008年6月11～30日在金塔开展的"绿洲系统非均匀下垫面能量水分交换和边界层过程观测与理论研究"期间第一阶段戈壁下垫面大孔径闪烁仪(LAS)的观测资料,用混合对流方法和自由对流方法分别计算了戈壁感热通量。结果表明,对于利用LAS资料计算地表感热通量的方法中,混合对流方法相对于自由对流方法更加适用,且混合对流方法中Andreas给出的参数相对于DeBruin的参数更加适用于戈壁下垫面。此外,LAS测得的感热通量相对涡动相关方法的值较大,提高了地表能量闭合度。     

AN INTEGRATION METHOD WITH FITTING CUBIC SPLINE FUNCTIONS TO A NUMERICAL MODEL OF 2ND-ORDER SPACE-TIME DIFFERENTIAL REMAINDER——FOR AN IDEAL GLOBAL SIMULATION CASE WITH PRIMITIVE ATMOSPHERIC EQUATIONS

In this paper,the forecasting equations of a 2nd-order space-time differential remainder are deduced from the Navier-Stokes primitive equations and Eulerian operator by Taylor-series expansion.Here we introduce a cubic spline numerical model(Spline Model for short),which is with a quasi-Lagrangian time-split integration scheme of fitting cubic spline/bicubic surface to all physical variable fields in the atmospheric equations on spherical discrete latitude-longitude mesh.A new algorithm of"fitting cubic spline—time step integration—fitting cubic spline—……"is developed to determine their first-and2nd-order derivatives and their upstream points for time discrete integral to the governing equations in Spline Model.And the cubic spline function and its mathematical polarities are also discussed to understand the Spline Model’s mathematical foundation of numerical analysis.It is pointed out that the Spline Model has mathematical laws of"convergence"of the cubic spline functions contracting to the original functions as well as its 1st-order and 2nd-order derivatives.The"optimality"of the 2nd-order derivative of the cubic spline functions is optimal approximation to that of the original functions.In addition,a Hermite bicubic patch is equivalent to operate on a grid for a 2nd-order derivative variable field.Besides,the slopes and curvatures of a central difference are identified respectively,with a smoothing coefficient of 1/3,three-point smoothing of that of a cubic spline.Then the slopes and curvatures of a central difference are calculated from the smoothing coefficient 1/3 and three-point smoothing of that of a cubic spline,respectively.Furthermore,a global simulation case of adiabatic,non-frictional and"incompressible"model atmosphere is shown with the quasi-Lagrangian time integration by using a global Spline Model,whose initial condition comes from the NCEP reanalysis data,along with quasi-uniform latitude-longitude grids and the so-called"shallow atmosphere"Navier-Stokes primitive equations in the spherical coordinates.The Spline Model,which adopted the Navier-Stokes primitive equations and quasi-Lagrangian time-split integration scheme,provides an initial ideal case of global atmospheric circulation.In addition,considering the essentially non-linear atmospheric motions,the Spline Model could judge reasonably well simple points of any smoothed variable field according to its fitting spline curvatures that must conform to its physical interpretation.     

Classification of Northeast China Cold Vortex Activity Paths in Early Summer Based on K-means Clustering and Their Climate Impact

The classification of the Northeast China Cold Vortex(NCCV)activity paths is an important way to analyze its characteristics in detail.Based on the daily precipitation data of the northeastern China(NEC)region,and the atmospheric circulation field and temperature field data of ERA-Interim for every six hours,the NCCV processes during the early summer(June)seasons from 1979 to 2018 were objectively identified.Then,the NCCV processes were classified using a machine learning method(k-means)according to the characteristic parameters of the activity path information.The rationality of the classification results was verified from two aspects,as follows:(1)the atmospheric circulation configuration of the NCCV on various paths;and(2)its influences on the climate conditions in the NEC.The obtained results showed that the activity paths of the NCCV could be divided into four types according to such characteristics as the generation origin,movement direction,and movement velocity of the NCCV.These included the generation-eastward movement type in the east of the Mongolia Plateau(eastward movement type or type A);generation-southeast longdistance movement type in the upstream of the Lena River(southeast long-distance movement type or type B);generationeastward less-movement type near Lake Baikal(eastward less-movement type or type C);and the generation-southward less-movement type in eastern Siberia(southward less-movement type or type D).There were obvious differences observed in the atmospheric circulation configuration and the climate impact of the NCCV on the four above-mentioned types of paths,which indicated that the classification results were reasonable.     

Phase Two of the Integrative Monsoon Frontal Rainfall Experiment (IMFRE-II) over the Middle and Lower Reaches of the Yangtze River in 2020

Phase Two of the Integrative Monsoon Frontal Rainfall Experiment(IMFRE-II)was conducted over the middle and lower reaches of the Yangtze River during the period 16 June to 19 July 2020.This paper provides a brief overview of the IMFRE-II field campaign,including the multiple ground-based remote sensors,aircraft probes,and their corresponding measurements during the 2020 mei-yu period,as well as how to use these numerous datasets to answer scientific questions.The highlights of IMFRE-II are:(1)to the best of our knowledge,IMFRE-II is the first field campaign in China to use ground-based,airborne,and spaceborne platforms to conduct comprehensive observations over the middle and lower reaches of the Yangtze River;and(2)seven aircraft flights were successfully carried out,and the spectra of ice particles,cloud droplets,and raindrops at different altitudes were obtained.These in-situ measurements will provide a“cloud truth”to validate the ground-based and satellite-retrieved cloud and precipitation properties and quantitatively estimate their retrieval uncertainties.They are also crucial for the development of a warm(and/or cold)rain conceptual model in order to better understand the cloud-to-rain conversion and accretion processes in mei-yu precipitation events.Through an integrative analysis of ground-based,aircraft,and satellite observations and model simulations,we can significantly improve our cloud and precipitation retrieval algorithms,investigate the microphysical properties of cloud and precipitation,understand in-depth the formation and dissipation mechanisms of mei-yu frontal systems,and improve cloud microphysics parameterization schemes and model simulations.