新疆气候“湿干转折”的信号和影响探讨

新疆是对全球变化响应最敏感地区之一,分析全球变暖背景下新疆干湿气候变化及其影响,对应对和适应未来气候变化带来的影响具有重要意义。基于气象水文观测资料,对新疆区域干湿气候变化及其影响评估进行了探讨。结果表明：① 20世纪80年代中后期以来新疆气温升高,降水量增加,呈“暖湿化”特征;但1997年之后,干旱变化趋势、干旱频率、干旱发生月份等均有明显增加,导致70%以上的区域变干,新疆气候出现了从“暖湿化”向“暖干化”转折的强烈信号,即发生了“湿干转折”;② 新疆气候转折对区域生态和水资源造成明显的影响,归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）经历了先增后减的变化过程,1982—1997年植被趋于“变绿”,但1997年之后植被长势迟滞,土壤水分明显下降,生态逆转,生态负效应凸显;③ 新疆河流径流变化出现明显的区域差异,对干湿气候转折响应复杂,受冰雪融水对径流补给比例的影响,发源于天山的河流径流对区域干湿变化有正响应,但发源于昆仑山的河流径流响应不明显。研究结果表明气候“湿干转折”和极端气候事件加剧背景下新疆干旱化急剧增加,水循环系统和生态系统不稳定性加剧,相关成果可为区域干旱灾害防灾减灾和风险管理提供有价值的决策参考。     

川东北一次西北气流型强冰雹天气的成因分析

利用常规气象资料和NCEP／NCAR 1°×1° 6h再分析资料,从大气环流形势、物理量场等方面对2007年4月29日发生在川东北地区的一次强冰雹天气过程的成因进行了分析。结果表明：此次西北气流型冰雹天气是在低能量环境场条件下发生的;冰雹天气发生前12h内降雹区的对流有效位能激增、午后下垫面强烈加热对大气不稳定性增强的作用显著;大气层结对流不稳定、湿对称不稳定、充足的水汽以及干线（露点锋）的存在为此过程提供了有利条件。     

利用射线追踪法分析三种典型对流层映射函数在中国区域的精度

基于中国区域内8个气象站点2012年全年的探空数据,采用射线追踪法计算了各个站天顶方向至4°高度角区间内18个方向的对流层流体静力学和非流体静力学延迟量,将天顶延迟通过NMF、GMF和VMF1三种映射函数投影到各个高度角方向,与射线追踪法得出的延迟量进行比较,结果显示:①NMF有明显的季节性偏差,且精度与纬度存在强相关性;②VMF1的精度最高、稳定性最好,但在武汉、长沙等站点存在一定的季节性偏差;③GMF的精度介于NMF和VMF1之间。     

GPS单双频混合方法在地表形变监测中的应用

在地表形变监测中,若全采用双频GPS则费用过高,若全采用单频GPS则因电离层误差得不到较好消除而导致精度下降。针对这一问题,本文采用GPS单双频混合模式,即通过解算监测区域外围的双频GPS数据获取该区域大气延迟误差残余量,将其用于改正内部单频监测站点数据,从而在降低硬件成本的同时改善监测精度。利用研发的软件对实测数据进行处理分析,结果表明,改正后的高程分量精度优于1.24 cm,三维位置精度优于1.59 cm,较单频方法提高24%;且当单频站点位于双频站点组成的区域内部时改正效果更好,高程分量精度优于0.95 cm,三维位置精度优于1.2 cm,精度改善比例达到30%,最高可达58%。     

基于北斗卫星的水汽探测性能分析

本文利用北斗试验网的数据,结合探空观测,对北斗系统与GPS系统,北斗、GPS与探空系统之间进行详细的比较分析,对北斗水汽探测性能及精度给出初步分析结果。北斗系统与GPS系统及探空系统大气可降水量的探测结果较一致,很好地反映了大气可降水量的变化情况;北斗系统解算出的大气可降水量大于GPS系统,两个系统间存在2~3.3 mm的系统误差,水汽含量较低时,一致性更好;北斗系统与探空的系统误差和标准偏差较大,定位定轨模型有待优化,系统稳定性有待提高。     

利用区域GPS网进行高海拔流动站的对流层延迟量内插

对流层延迟是全球导航卫星系统（GNSS）计算的主要误差之一,其模型精度对测站坐标解算有较大影响,在高程方向尤为明显。因此,有必要对不同的对流层延迟改正模型的适用性进行评估。采用SHA解算了中国陆态网GNSS跟踪站的对流层天顶延迟数据,对常用的对流层改正模型EGNOS/UNB3m/GPT/GPT2的天顶延迟量在中国不同区域、不同季节的适用性进行了分析。结果显示,4种模型的RMS均为4~5 cm,各模型RMS之差小于1 cm,其中GPT2模型的RMS最小;4种模型的平均偏差（BIAS）为1 cm左右,GPT2模型的BIAS最大,为1.5 cm;时间上,各个模型在夏季精度普遍较低,这是因为夏季水汽丰富,对流层湿延迟变化较大;空间上,各模型在东南沿海精度较低,因为东南沿海气候湿润,湿延迟变化较大;各模型精度对测站高程不敏感,精度在比较高的测站并无明显降低。通过对不同模型在中国区域的精度分析,验证该改正模型可以为中国区域用户的对流层模型的选择提供一定的参考。     

利用精密单点定位求解电离层延迟

利用非组合精密单点定位(PPP)可以提取高精度的电离层延迟。测站多径误差会影响伪距和相位测量精度,影响实时PPP电离层延迟提取的精度以及收敛速度。对于静态观测站,利用对GPS卫星地面跟踪的时间重复性进行恒星日滤波可以消除多径误差的影响。通过事后处理提取前几日的码和载波相位残差序列,利用恒星日滤波建立多径误差改正模型,修正实时观测数据,可以改善实时电离层延迟估计性能。对IGS观测站的实测数据分析表明,应用恒星日滤波多径误差修正后,实时电离层延迟提取的精度由0.185 m提高到0.028 m,新进卫星的电离层参数估计收敛时间由80 min减少为35 min。     

利用三频数据最优组合求解电离层延迟的方法

目的 针对利用双频观测值估计双差电离层延迟量时间长、精度低等问题,基于三频载波观测值,提出了一种适用于长距离双差电离层延迟量实时估计的方法。首先,根据不同观测值线性组合的误差特性,选择求解电离层延迟量的最优组合观测值;然后,在准确获取最优组合观测值对应模糊度的基础上求解电离层延迟量初值;最后,引入平滑思想,通过Hatch滤波进一步优化电离层延迟量初值。算例分析表明,只要利用几十甚至十几个历元,双差电离层延迟量估值精度即可有效控制在2cm之内,实现了长距离双差电离层延迟量实时、高精度估计。     

2020年初内蒙古一次暴雪天气过程的成因分析

利用常规观测资料和NCEP（1°x1°）再分析资料,对2020年2月发生在内蒙古的一次地面回流与倒槽共同作用下的暴雪天气过程进行详细分析。结果表明：本次暴雪过程的主要影响系统是高空槽、700hPa切变线、高低空急流、地面冷高压、倒槽和冷锋。在高空下沉气流及1000~800hPa上东北急流的共同作用下,干冷气流形成“冷垫”,迫使暖湿空气沿冷垫抬升,同时不断的有干冷空气向中低层暖湿气流下方入侵,与中高层的西南急流形成深厚的锋生区和锋面次级环流,二者的正反馈作用为暴雪提供增幅作用。700hPa西南急流不断输送水汽,暴雪区位于比湿、水汽通量和水汽通量散度辐合的大值区。低层辐合高层辐散,配合显著的上升气流,有利于水汽积聚与输送和上升运动。强锋生落区与暴雪区域相对应,其中水平变形作用项对锋生的贡献最大,垂直运动项对锋生的贡献最小。湿位涡在强降雪落区内MPV1>0, MPV2<0,有利于本次暴雪过程的发生,高空下传的正MPV1会引起低层冷空气加强,冷暖空气对比度加大,有利于锋生,同时湿斜压性增强,诱发气旋式环流,进一步增强降雪。     

亚暴期间等离子体对流速度及热层纬向风速度变化的统计学分析

本文利用2001年至2005年间CHAMP卫星及DMSP(F13,F15)卫星观测数据,对亚暴发生前后,亚暴初始位置所在磁地方时(Magnetic Local Time, MLT)东侧2 h(+2 h,MLT)至西侧4 h(-4 h,MLT)范围内等离子体对流速度(Vy)及热层纬向风速度(Uy)的变化进行了统计学分析.研究发现在亚暴发生后的1.5 h内,所有MLT区间的Vy均明显增大,且峰值位置的地磁纬度向赤道侧移动,1.5 h后,Vy减小,峰值的纬度向极区移动,表明亚暴的发生能显著增强等离子体对流速度;在亚暴发生位置的西侧0~2 h内,Vy增幅最大,这表明亚暴对热层的影响主要在西侧,影响最大的区域是西侧0~2 h MLT区间;Uy在亚暴发生后3 h持续增大,其对亚暴的响应相较于Vy有1.5 h的延迟.