L波段探空雷达测风质量控制方法研究

以美国NCEP的FNL再分析场和我国GRAPES初估场为参考对北京探空雷达测风从平均偏差、标准偏差、概率密度分布、峰度系数、偏度系数、相关系数和均方根差等多参数进行评估。基于评估结果对雷达测风资料进行质量控制,并再次求解参数进一步评估质量控制效果。结果表明：L波段探空雷达测风质量较高,平均偏差基本在±1 m/s内,其与参考标准一致性随气压减小而减小;风的东西分量和南北分量的一致性基本保持一致;四个季节中夏季数据一致性最高;基于FNL的评估结果优于GRAPES,即基于FNL的所有参数相对于GRAPES的参数更接近最优值。基于评估结果质控后的测风一致性得到提升,保留了原有特征。该质量控制方法能够有效地消除季节性差异,且质控后两个背景场的评估结果差距缩小。     

四川探空秒级数据质量控制

基于L波段探空综合观测的逐秒数据制定了秒数据质量控制方法,对每次探空综合观测结束后的秒级数据文件进行大段数据缺失检查、瞬时值检查、施放点订正检查、放球时间订正检查、高度差检查、气温变率检查、气压变率检查、相对湿度变率检查、仰角变率检查、方位角变率检查、斜距变率检查、升速检查、终止点检查和僵值检查。通过该方法对四川2016年探空秒级数据文件进行质量控制,发现该质量控制方法可以很好地检查出L波段探空综合观测秒数据的错误。质控结果表明:通过高度差检查的放球次数仅有1105次,通过斜距变率检查的放球次数有2221次,方位角变率检查、气温变率检查、仰角变率检查有六至七成的通过率,施放点订正检查、放球时间订正检查、湿度变率检查有近九成的通过率,剩余检查通过率在九成以上。综合总的可疑信息数量和全年平均至1次放球提出的疑误数量,探空秒数据中不正常斜距出现频率较高,雷达计算高度与压高公式计算高度超阈值情况较多,其它检查发现的疑误相对较少。     

济南边界层风廓线雷达与L波段雷达探空测风资料对比研究

采用统计、相关分析等方法,对2014年济南站边界层风廓线雷达观测资料和L波段雷达探空资料进行了长期时空变化规律的对比,进而研究了地面无降雨、有降雨时段两者的风向、风速数据的相关关系及差值。结果得出全年有降雨、无降雨时段两者的风向、风速总体一致性较好,相关性较高,并具有较好可比性和互补性的结论,对了解固定式边界层风廓线雷达探测的准确性,改进观测资料质量控制方法等具有很好的参考价值。     

基于FNL和GRAPES分析场的探空温度数据的误差分析

分别以美国NCEP的FNL分析场和我国GRAPES的分析场为参考对北京探空站的温度数据从观测余差、平均偏差、标准偏差、概率密度分布、峰度系数、偏度系数、相关系数和均方根误差多个角度进行评估。根据评估结果对探空温度数据进行质量控制,并分析质量控制效果。结果显示:探空温度数据质量较高,误差基本在±1℃以内。基于FNL分析场的评估结果与GRAPES的评估结果有略微差异。单个时刻选取的可疑值和错误值的阈值具有根据基于分析场余差的分布特征自适应确定的特点。根据评估进行质量控制后的探空温度质量得到改善,且数据保留了原有的特征。该质量控制方法能够有效地消除季节性差异,且质量控制后两个参考标准的评估结果基本一致。     

微型探空飞机解析测风方法

介绍一种利用微型无人驾驶飞机为探测平台,GPS接收机为测量装置的解析测风方法。它基于飞机盘旋飞行与大气运动有十分显著的差别,建立运动方程组,用解析的方法求算大气运动。理论分析和与小球及雷达测风的比较都表明,解析测风方法是一种精度较高的测风方法。     

威宁边界层风廓线雷达与探空系统的风向风速一致性初探

利用2019年6—12月威宁县边界层风廓线雷达数据和威宁探空数据,预设二者风速偏差≤3 m·s^-1、风向偏差≤20°为有效数据样本,对两者在不同风速、风向范围和不同高度、时次、降水条件下风向、风速数据进行对比及相关性分析。结果表明：(1)风廓线雷达和探空的风速、风向均具有较好的正向相关性;(2)在不同高度下,无论有无降水或任意时次,风速有效样本比率大体上高于风向有效样本比率,500 m左右高度以下有效样本比率总是最小(<50%),而中高层较大;(3)不同时次对风速、风向数据有效性影响不大;(4)有降水时风速、风向有效样本比率比无降水时偏小且变化剧烈;(5)除东北(20°～40°)和西南(200°～260°)风向外,其他方位风向数据一致性较差;(6)除>24 m·s^-1的风速外其他大小风速均具有较好的一致性。     

贵州山区测风数据质量控制方法

贵州冬季凝冻天气严重,易造成测风塔测风仪器出现故障,观测数据不能真实反映风能资源可利用区域风况特征,需对测风数据进行严格的质量控制,剔除无效数据。该文根据贵州省山区测风数据的气象特征,结合贵州多年风电场风能资源评估工作实践与相关国家标准、行业标准,制定了适合贵州风电场风能资源评估的"僵值"数据质量控制办法。     

测风激光雷达与风廓线雷达的探测性能评估及数据融合

测风激光雷达和风廓线雷达作为L波段探空测风的有效补充,均可以提供高时空分辨率的大气风场信息,然而由于工作原理和适用条件存在明显差异,在探测性能上各有优缺点,单一设备的探测数据已不能满足精细化预报的要求。本研究使用2020年1—5月北京南郊观象台的L波段探空资料对同址观测的测风激光雷达和风廓线雷达进行了数据质量评估,结果表明测风激光雷达与探空的一致性较高,U、V分量的相关系数分别为0.97和0.98,均方根误差分别为1.1和0.95 m·s-1,然而在2 km以上数据获取率较低且偏差较大;风廓线雷达与探空相比,U、V分量的相关系数分别为0.94和0.93,均方根误差分别为2.94和2.91 m·s-1,风廓线雷达的探测距离虽然更远,但在0.5 km以下和6 km以上的测量偏差较大。考虑到两种测风雷达在不同探测高度上的性能优缺点,提出分段曲面拟合法对两者的水平风资料进行融合处理,并选取个例对融合效果进行验证,结果表明,融合后的风廓线与融合前相比,风向和风速的一致性均得到明显提升。     

往返式探空观测资料的质量控制及不确定性分析

为了推动新型探测资料在数值预报模式中的应用,本文进行了往返式探空资料同化应用前重要的基础性研究工作。基于国内首次往返式探空观测资料,首先建立了面向业务化应用的往返式探空资料质量控制方案,通过对比和分析质量控制前后观测样本的统计特征,论证了质量控制方案的合理性,质量控制后探测要素抽样分布更为合理,要素间一致性得到提高。进而以数值天气预报高时间分辨率的模式预报场和同站址业务常规探空观测资料为参考,分析质量控制后资料的不确定性,结果表明往返探空探测精度达到了世界气象组织WMO（World Meteorological Center）规定的突破目标,部分探测要素甚至实现了理想目标,探测资料具有可用性。最后结合数值模式背景场探讨往返探空资料的可同化性,研究表明往返探空的风场观测和夜间温度观测满足变分同化系统的高斯、无偏假定,可直接同化;气压、湿度和日间温度观测在资料同化前需要开展偏差订正工作,从而更有效的发挥资料价值。本文的研究工作为今后往返探空资料在模式中的同化应用奠定了基础。     

高频探空温度和风速的质量控制方法研究

针对中国高分辨率探空资料,本文提出了一种计算气候学界限值的方法以满足业务中对资料进行质量控制的需求.首先在垂直方向上将整个大气划分为64层,将落在每层范围内的观测数据都收集到一起进行排序并计算百分位,在此基础上通过比较不同百分位廓线值来获得气候学界限值.除了业务台站,本文还使用了TIPEX-Ⅲ的探空数据来验证本方法在科...     

探空温度资料质量控制技术研究

探空资料质量控制是探空资料在数值模式同化应用取得较好效果的重要保障,随着模式分辨率不断提高,探空资料飘移信息越来越需要应用到同化算子。本文通过全球谱模式T639L60(简称T639)分析场和掩星探测系统COSMIC资料对2011年7月我国119个探空站温度资料进行分析,同时结合探空气球随高度飘移信息以及温度残余误差等因素,开展探空温度质量控制技术研究。研究结果表明：探空气球飘移距离随高度而增大,在300~100 hPa之间飘移速率较大;基于探空温度资料残余误差和飘移因素建立的双权重标准质量控制方法能有效保障资料质量,是否考虑温度残余误差和飘移信息对质量控制结果有明显影响。当考虑温度残余误差时,300 hPa以上离群资料量显著减少;考虑飘移信息时,高层飘移速率较大区间离群资料量明显减少;模式地形与测站地形的高度差异对质量控制结果有明显影响,当测站地形高度低于模式地形时,易出现离群点,且两种地形差异大小与离群点呈正相关,即地形差异越大,低层离群资料越多。     

贵州威宁边界层风廓线雷达与L波段探空雷达的风向风速一致性初探

利用2019年6月至12月威宁县边界层风廓线雷达数据和威宁探空数据,预设二者风速偏差<=3m/s、风向偏差<=20°为有效数据样本,研究两者在不同风速、风向范围和不同高度、时次、降水条件下风向、风速数据对比及相关性分析。结果表明：（1）风廓线雷达和探空的风速、风向均具有较好的正向相关性;（2）在不同高度下,且无论有无降水或任意时次,风速有效样本比率大体上高于风向有效样本比率,500米左右高度以下有效样本比率总是最小（不足50%）,而中高层较大;（3）不同时次对风速、风向数据有效性影响不大;（4）有降水时风速、风向有效样本比率比无降水时偏小且变化剧烈;（5）除东北（20°-40°）和西南（200°-260°）风向外,其他方位风向数据一致性较差;（6）除大于24m/s的风速外其他大小风速均具有较好的一致性。     

探空资料同化应用研究:（Ⅰ）两种质量控制方法对比

本文以探空温度资料和T639模式资料为基础,对比双权重质量控制方法与传统标准差法质量控制的差异,结果表明:传统法得出的平均值、标准差均偏大。离群点的判断对标准差敏感度高,受平均值的影响小。两种质量控制方法得出的平均值相差较小,标准差相差较大,质量控制后,传统法对平均值和标准差的改变较大,而双权重法使平均值、标准差略有变化,因此双权重标准差法的稳定性好。质量控制结果显示:双权重法能全部剔除由传统法确定的离群点,还能检查出传统法不识别的离群点。两种方法在探空高层离群点判断上存在较大有差异,虽然双权重标准差法使得离群点增加很多,但提高了观测增量的精确度,有效保障了探空资料质量。双权重质量控制结果使探空观测与T639模式的温度增量的相关系数与标准差均有改进,尤其在西藏东部改进较大。      

基于探空风资料的大气边界层不同高度风速变化研究

利用1981—2014年我国资料齐全的93个高空气象观测站(距离雷达300、600、900 m高度)的探空风资料,按照气象地理区划,借助GIS分析了边界层内不同高度风速及其趋势的时空变化,得到以下结论:300～900 m,东北和华北地区累年平均风速较大,西南和西北地区累年平均风速较小;边界层内各高度同一地区平均风速的月变化趋势基本一致,但各地区季节风速变化不同,同一地区月平均风速的年较差随高度上升而增大;300 m.各地区年平均风速均显著减小:在600和900 m.华北、西北、华中地区年平均风速呈增加趋势,东北地区年平均风速呈减小趋势,但均未通过显著性水平检验;各高度年平均风速空间分布均为东北地区较大,尤其大兴安岭和东北平原地带;从沿海到内陆,由东至西风速逐渐减小;在300 m.全国年平均风速以减小趋势为主;在600 m,全国大部分地区年平均风速呈增加趋势,尤其是中部、西北和华东沿海地区;在900 m高度,全国年平均风速变化趋势呈现由边界向内部的包围态势,中心地区呈增加趋势,边界地区均呈减小趋势,但是通过显著性水平检验的地区不多。     

基于三次样条插值的探空气温质量控制研究

利用上海地区2016年11月份探空气温观测资料,把观测资料分为五个高度段,采用平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)对气温观测资料进行质量控制分析。对每个高度段气温观测资料进行三次样条插值,结合交叉检验的思想对探空质量控制进行研究。结果表明:三次样条插值的质量控制算法在低空天气状况良好的条件下,对探空气温观测资料的质量控制效果显著,能更有效地标记出气温观测数据中的可疑值。     

面向同化的探空温度数据质控参数优化及误差特性分析

针对双权重标准差法对探空温度质量控制中阈值参数不确定的问题,提出了以正态波形指标偏度和峰度为判定依据的阈值Z参数优化算法。利用2017年福建3部探空温度资料和ERA5模式再分析温度数据,对探空温度增量数据进行不同数据集质控前后对比分析总结出：峰偏值C_KS随阈值Z的分布曲线表明阈值Z偏大则会造成质控不完全,阈值Z偏小则会造成过度质控;以峰偏值C_KS所确定的最优阈值Z双权重标准差法比固定阈值的更符合模式同化系统正态分布要求,为探空温度数据在模式同化的应用提供了更好的质控方法。在质控前后温度增量分布特征上,温度观测增量总是以某一固定增量值在整个气压高度上剔除离群值,其中57.15%的离群点主要分布在0～100 hPa范围内,42.85%的离群点均匀分布在100～1000 hPa范围内,其中0～100 hPa范围内温度增量绝对值大于10℃的异常点是由于温度传感器受太阳辐射等因素影响超出了正常探测误差范围,这些异常点可以在质控前提前剔除,进一步提升探空温度数据质量。     

探空资料质量控制及可视化处理系统(HBTK)的研究与应用

介绍了“探空资料质量控制及可视化处理系统 ( HBTK)”的基本功能、设计技术和应用效果 ,实践证明该系统不受测站个体差异的影响 ,具有很好的实用性。     

高空气象探测中测风数据的检查程序

1999年的探空处理程序中 ,测风记录只计算显示每分钟的量得风层 ,经过实践发现 ,雷达传输给计算机的数据经常有误 ,主要是仰角 ,斜距。有的及时发现并改正 ,有的则必须借助计算器算出每分钟的测风高度加以分析才能看出 ,遇到时间长一些的记录 ,很容易造成错报、迟发。为了减少工作量 ,提高时效 ,根据测风气球的升速特点 ,我们用 VB6.0编写了高度检查程序。程序共分为两个窗口 ,第 1个窗口是控制窗口 ,根据需要随意选择年、月、日、时 ,默认时次是最近一次的测风记录。确定之后打开第 2个数据窗口。窗口内显示的是时间、仰角、斜距、高度、…