适应性观测及其策略问题

从适应性观测(目标观测)概念提出后,确定进行适应性观测的时间、敏感区域的方法,即适应性观测策略得到不断发展,本文介绍了目前最主要的几种适应性观测策略,其中包括奇异矢量、繁殖矢量、伴随敏感性、集合转换Kalman滤波等适应性观测策略,以及用于台风的适应性观测策略.总结了适应性观测及其策略的相关理论问题,以及各种适应性观测策略之间的相关关系和不同,讨论了适应性观测对预报改进的影响因素,如观测误差、同化方案、模式误差等.为了实施适应性观测的业务应用、比较不同的适应性策略的适用性,国际上针对不同的高影响天气过程,在不同地区开展了一系列适应性观测外场试验.本文总结了近几年来开展的适应性观测外场试验.这些试验结果表明,平均而言适应性观测可有效地改进高影响天气过程的数值天气预报,但实施高影响性天气的适应性观测业务仍然是一个挑战性任务.     

基于集合的观测资料影响性评价——简单AGCM的理想试验

在Liu and Kalnay (2008) 的研究基础上, 将基于集合的观测资料影响性评价方法(简称LK08法)运用到一个简单的大气环流模式中, 对模拟探空资料的预报影响性进行了综合评价, 考察了LK08法在真实大气环流模式上的适用性。研究结果表明, 应用基于集合的评价方法可以一次性计算出同化系统中每个观测的影响性, 然后按观测手段、观测区域等进行影响性数值的简单累加, 以此可以比较不同类型观测的相对影响性。比较结果显示, 不同半球的模拟探空观测对预报的总影响性相差不大, 但由于南半球资料个数要远远少于北半球, 因此, 南半球单个观测的影响性要大于北半球的单个观测。不同观测类型对预报的总影响性也不相同。有效性验证分析表明, 按LK08法计算得到的总体观测影响性能解释实际影响性的70%～80%, 且很好地抓住了其变化和走势。     

红外与铂电阻地表温度测值分析对比

介绍了红外与铂电阻观测地表温度的方法和原理及影响因素。通过2007年1月至2008年2月锡林浩特国家气候观象台红外与铂电阻地表温度对比观测试验获取数据对比,分析不同典型天气条件下(高温、低温、降雨、降雪覆盖等)观测差值的变化情况。结果表明,观测结果差异的大小主要受太阳辐射和下垫面状况影响。夏季高温时,铂电阻地表温度传感器受太阳辐射影响较大,两者的观测差值在白天较大,夜晚较小;冬季低温时,两者的观测差值日变化较小,且观测资料具有很好的可比性;降雨时,下垫面状况发生变化,同时不受太阳辐射影响,两者的观测差值会减小;降雪覆盖时,两者的观测值由于下垫面状况发生变化,观测对象发生变化而不再一致,红外观测值高于铂电阻观测值,随着积雪的融化,差值逐渐变小。     

黄淮海平原地区中尺度环境对气温观测的影响

随着城市化的迅猛发展,气象台站观测环境受到不同程度影响,有些台站甚至已经处于城市中心,影响了台站观测资料的代表性和准确性。本文利用2007年黄淮海渭河区199个气象台站20 km环境调查资料以及2005—2007年气温观测资料,对比分析了居民区台站和农田区台站气温观测值的差异。结果表明:居民区台站气温平均高于农田区台站0.662℃;台站周围建筑物对最低气温观测影响最大,对最高气温观测影响最小;不同季节的影响程度从大到小依次为冬季、春季、秋季、夏季;观测场周围建筑物对不同时刻气温观测的影响程度从大到小依次为02:00,20:00,08:00,14:00;随着下垫面比例的增大,两类台站的气温差不断加大。     

内蒙古区域数值预报对探空和地面观测资料的敏感性试验研究

基于内蒙古睿图预报系统的低分辨率版本和WRFDA-FSO诊断工具,评估2021年7月现有探空和地面观测对内蒙古睿图预报系统预报的影响。该方法计算代价相对低廉,并允许根据观测变量、观测类型、气压层次、地理区域等观测的子集对观测影响进行划分。代价函数为以干总能量为度量的背景场和分析场的预报误差之间的差异。结果表明:观测影响的总体总和为负,观测对预报起正贡献作用。对12 h预报误差减小贡献最大的观测来自探空观测的动力变量(U、V风分量)。而单时次单位数量平均观测影响,探空观测的贡献约为地面观测的1/2。探空观测对12 h预报误差减小从近地面层至模式层顶均保持正贡献作用,并在对流层中低层和对流层高空急流层存在两个极大值区域;地面观测在850 hPa以下低层正贡献占比明显。探空观测在被同化系统同化时均总体具有有利的影响,也反映出探空观测数据稳定、质量较高的特征;地面观测对12 h预报误差减小起正贡献作用次数最多的区域在河套地区尤为显著。同时,探讨了需进一步提高地面观测资料同化率的问题。     

双套自动站地面温度观测数据差异分析

通过对陕西省7个国家气象站2014年新、旧双套自动站逐小时地面温度对比差值进行分析,发现利用现有观测方法和观测设备,地面温度观测值误差较大,数据一致率仅有93.67%,而超差率高达35.70%,且白天误差更为明显。通过对可能影响地面温度观测值的因素进行深入分析,并结合试验结果,得出太阳辐射强度对地面温度观测差值的影响不大,而观测场土质、观测方法、传感器维护以及设备型号与其有密切关系。建议采用采样面积更大的观测设备或观测方法替代现有单支铂电阻直埋观测法。     

适应性观测研究现状和展望

适应性观测是指为了有针对性地提高高影响天气数值预报的质量,在已有观测系统基础上对特定敏感区域/特定时段进行补充性加强观测。十多年来,这种旨在提高数值预报质量的新策略在国际上引起高度重视,成功开展了多个系列外场观测试验,并在适应性观测敏感区识别方法的发展和适应性观测资料同化后对数值预报质量影响的定量评估等方面均取得了重要的研究成果。文中简述了适应性观测问题及其目的,着重分析和总结了目标敏感区识别方法及其特点和适应性观测对数值预报质量的影响等方面的研究进展,并讨论了适应性观测资料改进未来数值预报质量需要解决的关键科学问题。     

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。     

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。     

铂电阻地表温度与玻璃液体地表温度分析对比

通过2010年不同天气条件下铂电阻地温传感器与玻璃液体地温表对比观测获取数据分析,不同典型天气条件下（无云、降水、低温阴天等）,观测差值的变化情况。结果表明：观测结果差值大小,主要受太阳辐射和下垫面状况影响。无云时两者受太阳辐射影响较大,观测值在早上（或夜间）至12时之前较小,12时至16时较大,低温阴天覆盖时两者的观测差值日变化较小。降雨时下垫面状况发生变化,不受太阳辐射影响,两者的观测差值会逐渐减小。     

桃仙机场低能见度的观测

综合几年来各种天气现象对桃仙机场能见度的影响 ,并结合实际工作经验 ,分析影响能见度的天气现象以及影响能见度观测的因子 ,以期对实际观测工作有所借鉴     

风廓线雷达大气风场观测误差分析

依据风廓线雷达工作原理和风的计算公式,分析影响大气风场观测误差的主要因素,重点分析了雷达回波SNR对风的观测精度影响和GPS探空对比试验。结果表明:①风速观测精度主要取决于波束倾角、雷达技术参数和大气折射率结构常数C2n的垂直分布;风速及风速观测精度越大,风向观测精度越大。②在同种观测模式下,波束倾角与C2n越大,风场观测精度越高。③同一观测模式的SNR越大,风速观测误差越小;不同模式间的大气风场观测精度相差较大。④对比试验的风速风向相关性较好,但相对偏差较大,尤其低空更为明显。     

观测环境对气温变化的影响

引言 地面观测环境的代表性和稳定性是获取代表性气象资料,做好业务服务工作的基础。随着经济振兴和城镇发展,使气象台站地面观测环境发生改变,对观测环境资料的代表性产生影响。观测环境的改变可对气温、降水量、空气湿度、蒸发量、日照时数,甚至风向风速等气象要素产生影响。本文以盐城市不同县站气温变化差异为例,分析观测环境变化对气象要素产生的影响,说明加强观测环境维护的重要性。     

变分方法估算西北半干旱区地表热通量的适用性研究

利用2009年6-8月兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)的地表辐射观测资料,近地层大气温度、湿度和水平风速的三层梯度观测资料,以及热通量的涡动相关观测,比较了变分法估算的地表热通量与涡动相关观测值间差异,评估了不同相似函数对变分法估算地表热通量的影响.结果表明,变分法估算的地表热通量在时间变化趋势上与涡动相关观测值一致,但在中午前后时段还存在数值大小差异.不同相似函数对变分法估算热通量的影响不一样:当层结不稳定时,其对热通量估算的影响较大;当层结不稳定变弱时,影响会显著变小;当层结稳定时,影响非常小,与观测误差相比可以忽略.     

影响土壤水分观测精确度的原因及观测注意事项探讨

该文利用汇川基本气象站的人工、自动土壤水分观测资料,通过对人工、自动土壤水分观测方法及资料的对比分析,得出可能影响土壤水分观测精确度的原因及观测注意事项。对提高土壤水分观测质量及土壤水分自动站的推广和应用有一定的指导意义。     

平原气象站观测资料序列分析

平原气象站为拟迁站,按照中国气象局的要求,对平原气象站资料进行观测资料序列区域一致性和均一性分析,表明：受城市化综合影响,1981年后相对湿度和风速区域一致性较差;2005年开始的人工站改自动站观测和环境变化对观测资料的均一性无影响,观测资料的均一性较好。     

自动观测与人工观测地面温度的差异及其分析

使用我国在人工观测向自动观测转变时原基本 (准) 站的平行对比观测及2005年基准站平行观测的地面温度资料, 进行了自动站观测与人工观测地面温度资料在日、月、年不同时间尺度上的差异分析。用最大似然率检验方法检验地面温度月值的均一性, 对自动观测影响地面温度均一性的程度进行了初步研究。分析结果表明:全国自动观测地面温度日平均值比人工观测高0.54 ℃。地面温度、地面最高温度、地面最低温度年对比差值大于0.0 ℃以上的比例分别为80.3%, 58.2%, 92.2%, 绝大多数站自动观测地面温度的年平均值比人工观测值高。自动与人工观测地面温度日差值从北到南逐渐减少, 45°N以北的黑龙江及内蒙古北部、新疆大部地区是自动与人工观测地面温度日差值平均最大的地区。自动观测与人工观测地面温度的差异在日、月、年的时间尺度上均表现为冷时段比暖时段的差异大, 北方冬季差异最为明显。其主要原因是在北方冬季有积雪时, 自动观测的地面温度是雪下温度, 比原人工观测的雪上温度明显偏高, 如果无积雪影响, 两种仪器观测的差异并不明显, 差值来源于两种仪器和场地差异的共同结果。非均一性检验表明:在北方地区地面温度产生非均一性的主要原因是自动站观测的变化; 而在南方地区, 自动观测的改变对地面温度非均一性影响不大。北方有积雪时, 观测的地面温度不能表现真实的地面温度, 因此, 在使用时要特别注意。     

江西省地面气象台站沿革及其对观测资料序列均一性的影响

介绍了江西省地面气象台站沿革情况,通过资料对比,分析了观测仪器、仪器安装高度和观测方法等的变化对观测资料序列均一性的影响。结果表明,气象台站历史沿革,特别是台站迁移以及观测仪器类型、仪器安装高度、观测时制的改变,直接影响观测记录的连续性和气候资料序列的均一性。研究认为,气象台站历史沿革信息,在检验、订正、分析气候资料序列时不可忽略。在使用历史资料时,应分析和判断台站沿革对气候资料序列均一性的影响。     

基于伴随敏感性的风廓线雷达和地基微波辐射计观测对模式预报的影响评估研究

同化大量观测资料可以有效地改进模式预报结果,但不同观测对预报的影响有着显著差异,合理评估观测对预报的贡献是数值模式中最具挑战性的诊断之一。本文采用基于伴随的预报对观测的敏感性（Forecast Sensitivity to Observation,简称FSO）方法,构建WRFDA（Weather Research and Forecasting model’s Data Assimilation）框架下的WRFDA-FSO系统。基于2019年9月超大城市项目在北京地区获取的风廓线雷达（Wind Profile Radar,简称WPR）和地基微波辐射计（Microwave Radiometer,简称MWR）观测数据,利用WRFDA-FSO系统,开展观测对WRF模式12 h预报的影响试验,并分析风温湿观测对预报的贡献。结果表明:（1）同化的观测资料（MWR、WPR、Sound、Synop和Geoamv）均减小了WRF模式12 h预报误差,对预报为正贡献,其中MWR观测对预报的影响最大,WPR风场观测对预报的改进效果优于Sound的风场观测。（2）WPR的U、V观测和MWR的T、Q观测中,V观测和T观测对预报的正贡献值更高,对预报的改进效果更优。（3）WPR和MWR多数高度层的观测均减小了预报误差,对预报为正贡献,其中MWR的T观测对预报的正贡献主要位于近地面800 hPa以下。     

人工站与自动站观测数据差异原因分析

通过对织金县气象局平行观测期间人工站和自动站观测资料的对比分析,找出造成2种观测结果差异的原因及影响气象要素变化的部分因素。