探空温度传感器受太阳辐射影响的仿真分析

随着高空温度探测精度要求的日益提高,如何减小温度传感器测量误差已成为亟需解决的问题,而太阳辐射作为影响温度传感器探测性能的重要因素已成为该领域研究的热点.利用计算机仿真技术,引入太阳高度角、引线夹角2个影响因子,根据流体动力学模型模拟分析探空温度传感器从海平面上升到32 km高空时所受太阳辐射的影响,最终得到辐射误差与海拔高度的关系曲线族,仿真结果将为开展高空温度传感器误差分析提供基础依据,从而提高传感器测量准确度.     

强制通风温度传感器的计算流体动力学分析

本文利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法对基于076B型强制通风防辐射罩的温度传感器进行流固耦合传热分析,计算不同太阳辐射强度、下垫面反射率、强制通风速度、气象站海拔高度和下垫面长波辐射强度等影响因子条件下温度传感器的辐射误差。为实现影响因子连续变化时能提供准确修正数据的目标,采用神经网络算法仿真值计算结果进行拟合,获得辐射误差订正方程。结果表明,辐射误差订正方程的修正误差在0.005℃以内。订正后的气温观测数据有望用于气候变化研究和高精度天气预报。     

探空高度的稳定性分析

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国产珠状温度传感器对比分析

通过比对试验,采取同球比对施放方式,选择德国GRAW探空仪作为比对标准,使用总共12次同球比对数据,对中国长峰、华云和大桥3种型号探空仪的珠状电阻温度传感器开展比对分析.经典型个例分析与统计分析表明:3个型号国产探空仪高空温度廓线与德国GRAW探空仪具有较好的整体一致性,温度测量夜间性能均好于白天;长峰探空仪温度探测性能随高度变化比较稳定,而华云探空仪与大桥探空仪性能相仿,均随高度性能下降,尤其是30km以上高空;长峰探空仪温度探测整体性能最好,相对系统误差在0.2℃左右;而华云探空仪与大桥探空仪误差可达1℃,且均表现为整体上温度测值偏低.体积较小的珠状温度传感器将是未来高空温度探测的一个好的选择,下一步需要改善华云探空仪与大桥探空仪温度传感器表面涂层工艺,两者的温度辐射订正算法也需要进一步完善.     

基于数据融合降低气温测量辐射误差的仿真分析与试验研究

地表气温上升速度约为0.1℃/(10 a),然而受太阳辐射影响,地面气象站观测到的气温会高于真实大气温度,存在1℃量级的辐射误差.因此,本文提出了一种基于数据融合的铝壳温度传感器设计.首先,利用流体动力学方法计算温度传感器在不同环境条件下的辐射误差.其次,为获得连续辐射误差结果,利用神经网络算法对辐射误差数值计算结果进...     

山东省太阳辐射的计算及其分布

通过对国内外太阳总辐射气候学计算方法的分析对比,确定Q=Q0(a bS)为山东省太阳辐射最佳计算公式。根据济南、福山、莒县1961~2000年历年各月的总辐射和日照百分率,采用最小二乘法拟合出公式中各月的经验系数,并计算了山东省各地的月太阳总辐射。结果表明:山东省太阳总辐射年变化都表现为5月最大,12月最小。年太阳总辐射在4488~5692 MJ.m-2之间,北部多,南部少,其中年总辐射最大值出现在鲁北的庆云,其值高达5692 MJ.m-2,最低值出现在鲁西南的曹县,其值为4488 MJ.m-2。     

太原市太阳辐射突变的诊断分析

基于1960年～2003年太阳辐射资料,采用Mann-kendall方法、并结合累积距平曲线对太原市年和四季的太阳辐射的突变情况进行了分析。结果表明,太原市年和四季的太阳辐射都存在一次减少突变,但突变点略有不同,年太阳辐射的减少突变主要是与夏季和冬季太阳辐射的减少突变有关,秋季的影响最小。     

探空仪器故障原因的分析

根据平时检查GTS1和59型探空仪的各感应元件,查出故障并提供解决的方法,为今后能快速、正确处理此类情况提供借鉴.     

气球携带探空仪上升和降落伞携带探空仪下降的全程探空对比分析

开展气球携带探空仪上升和降落伞携带探空仪下降的探空仪观测试验,建立针对下投式的温度、湿度和气压试验评估方法。试验结果表明上升段的北斗温度、气压测量准确度与RS92基本相当,湿度差于RS92双加热湿度传感器;下降段的北斗温度测量准确度与下降段的RS92基本相当,气压由于快速下降对定位有一定影响从而导致气压误差较大,相对湿度误差基本上在5%以内,符合WMO的测量要求;与风廓线雷达进行时空匹配,上升段北斗风向测量准确度差于RS92,风速测量准确度明显优于RS92。试验同时还验证了气球携带探空仪上升和降落伞携带探空仪下降全程2次探空观测模式具有很好的应用前景,可以实现高空站网的时空加密。     

阳江国际探空试验的GPS、探空、微波辐射计水汽资料对比分析

GPS/MET水汽资料因其建设维护成本低、时间分辨率高、可全天候、无人、自动观测等优点,已经成为获取大气水汽资料新的重要手段。以阳江第八届国际探空比对试验资料为基础,对比分析了GPS/MET与4种探空仪和微波辐射计获取的水汽资料。探空与GPS/MET测量的水汽值有较强的相关性,相关系数在0.57~0.74之间,但探空水汽值比GPS/MET偏高0.71~1.47mm,方差在3.48~3.96之间。其中RS92探空仪测量的水汽变幅与GPS/MET基本相当,但国内探空仪水汽测量值的变幅明显高于GPS/MET,偏高近1.6~1.8倍。微波辐射计在天气较好时,测量精度较高,基本上以3个国产探空仪数据相当;但微波辐射计在雨天受罩子上的雨水影响,误差较大,与GPS/MET的测量值不相关。     

南宁市太阳能日辐射估算方法探讨

根据南宁市1995～2003年9a的逐日太阳总辐射资料，建立了用其他气象要素估算不同季节太阳总辐射量的经验公式，并对其进行了验证。     

南宁市太阳能日辐射估算方法探讨

根据南宁市1995~2003年9a的逐日太阳总辐射资料,建立了用其他气象要素估算不同季节太阳总辐射量的经验公式,并对其进行了验证。     

济南、福山太阳辐射的气候学特征分析

利用济南、福山地面太阳辐射资料，分析了太阳辐射的气候变化特征。结果表明，60到90年代，济南地面太阳总辐射量、直接辐射量呈显著减少趋势，福山变化趋势不明显；90年代以后，济南地面太阳总辐射呈增多趋势。     

中国近30年太阳辐射状况研究

该文统计了中国地区1961～1990年近30年地面总辐射、直接辐射和散射辐射的变化。结果表明,中国大部地区近年来太阳总辐射和直接辐射呈减少趋势。在排除了大部分云的影响后,对太阳辐射的统计也给出了类似结果。对云量和地面能见度近30年变化规律的统计分析发现,中国大部分地区的能见度呈下降趋势,但云量的变化并不明显。初步认为,近年来大气混浊度和大气中悬浮粒子浓度的增加是引起中国某些地区直接辐射量下降的可能原因之一。     

基于WRF模式的太阳辐射预报初步试验研究

采用中尺度气象模式WRF(Weather Research Forecast)对北京地区的太阳辐射进行了4个典型月的逐时预报试验,用南郊观象台的辐射观测数据对预报结果进行了对比分析和初步订正试验。结果表明:在现有模式条件下,5 km分辨率的短波辐射预报结果和1 km分辨率预报结果无明显差别;WRF模式对太阳辐射的预报性能在晴天较好,多云天次之,在满云或阴雨天最差;通过误差分解发现,位相偏差、系统偏差及振幅偏差在各月对均方根误差的贡献有明显差异;针对模式预报结果的系统偏差和振幅偏差。经过简单的线性订正可以较明显地改进模式预报结果;双偏订正(DBC)法比线性回归(LR)法对预报误差的改进效果略明显;仅通过简单的线性订正,位相差很难消除,需要针对位相差研究新的订正方法。     

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。     

邯郸太阳辐射时空分布特征

利用邯郸1980—2017年气象观测资料和河北乐亭太阳辐射观测资料,基于Hybrid radiation模型,估算邯郸近38 a太阳辐射,采用线性倾向率、突变检验、复小波分解等方法,分析邯郸太阳辐射的空间特征、线性趋势、突变和周期。结果表明:邯郸年辐射值为5 000～5 300 MJ/m2,春、夏季太阳辐射约是秋、冬季的2倍,大部分县太阳辐射资源很丰富。邯郸太阳辐射总体呈下降趋势,期间经历了连续减少、稳定维持和缓慢增长3个阶段,近10 a太阳辐射的缓慢增长主要是由春、夏季太阳辐射增加引起的。邯郸春季没有突变点,夏、秋、冬季和年序列的突变点分别为1995、1999、2001和1996年,突变年之后,下降趋势减缓。除春季外,邯郸太阳辐射存在2～4 a显著的短震荡周期。     

基于数字高程模型的环青海湖地区可能太阳直接辐射的计算

建立了环青海湖地区的数字高程模型（Digital Elevation Model,简称DEM），在此基础上，应用山地气候学理论研究了坡度，坡向，高度，地理位置等对该地区一年内不同季节可能太阳直接辐射（Q）空间分布的影响，结果表明，该地区平均Q值，春季为323KJ.cm^-2，夏季为378．7kJ.cm^-2，秋季为225KJ.cm^-2，冬季为166KJ.cm^2，在研究区域较小时，太阳辐射随高度、纬度的变化不明显，其影响可以忽略不计，而坡度和坡向对Q空间分布的影响是非常明显的，其影响的大小随着一年内时间的不同而不同，对于环青海湖地区而言，冬季影响最大，其次分别为秋季，夏季和春季，区内最大值与最小值的差异冬季达170U.cm^-2，而夏季仅为19KJ.cm^-2，环青海湖地区Q分布特征是，湖南山地小于平均值，湖北山地大于平均值，而湖边平址草地等于平均值。     

基于卫星资料同化和LAPS-WRF模式系统的云天太阳辐射数值模拟改进方法

太阳能光伏发电已成为仅次于水电和风能的第三大可再生能源,光伏发电受云量时空变化的影响较大,因此准确模拟云天太阳辐射的时空变化对电网安全运行至关重要。围绕如何减小中尺度气象模式的云初始场误差,进而改进云天的太阳辐射模拟这一关键科学问题,本文通过研究基于卫星资料同化的LAPS（Local Analysis Prediction System）多时间层三维云分析同化方法,改进三维云结构,并将LAPS模式输出结果作为WRF（Weather Research and Forecasting）模式的初始场,模拟了2008年1月及夏季（6～8月）北京地区的总云量和总辐射的时空分布,重点分析了多云和有降水天气过程总辐射的模拟改进效果及其原因。结果表明,同化前后的总云量模拟值与观测值的时间变化趋势基本一致,但大部分时次总云量的模拟值低于观测值;大部分多云及降水时段同化后总云量模拟值较接近于实测值。1月晴天、多云天以及夏季晴天同化前后总辐射模拟值与实测值的时间变化趋势较一致,但同化前后两者的相关性差异不明显;晴天条件下同化前后总辐射模拟值均低于实测值,1月多云条件下多数时段同化后总辐射模拟误差减小不明显,与总云量的改进效果不显著有关。夏季多云、有降水及6月典型降水三种天气条件下同化前后总辐射模拟值与观测值的相关性稍差,同化后两者的相关性较同化前有所改进,尤其是6月典型降水过程改进效果较明显;同化前总辐射模拟误差较大,而同化后误差显著减小,尤其是6月典型降水过程同化后均方根误差和平均相对误差较同化前分别减小了102.6 W m-2和355.9%,最大相对误差减小更显著;同化后总辐射模拟误差小于同化前的比例高达75%,即大部分时刻同化后模拟误差小于同化前。多云和有降水天气过程总辐射模拟效果的显著改进与总云量的改进密切相关,即同化后总云量模拟值增加,云的反射和散射作用增强,导致模拟总辐射减小,即更接近于实测总辐射值。研究结果对于多云和降水天气条件下太阳辐射的模拟效果改进、太阳能资源客观评估以及光伏电站的发电量预测具有一定的科学和实际应用价值。     

上甸子大气本底站太阳辐射观测数据的质量评价

采用了基准地面辐射观测网络(BSRN)推荐的辐射观测数据质量评价方法,对2005年上甸子大气本底站太阳辐射观测数据进行了质量评价,并通过分析晴空地面太阳总辐射观测值与计算值之间的均方根误差和变差系数来替换BSRN质量评价方法中的辐射观测值序列的目视检验步骤.结果表明,通过前3步检验的直接、散射和地面太阳总辐射数据的百分比,除7月和8月外其他月份均在95%以上;地面向上辐射除3、4、7、8和11月在74.7%～85.5%之间外,其他月份均在91%以上.通过前3步检验的晴空地面太阳总辐射观测值与计算值之间的均方根误差均在23.5 W·m-2以下,除11月和12月外其他月份的变差系数均在0.05以下.