GPS技术在大气探测中的应用

介绍了GPS遥感大气水汽含量技术的类型、实时GPS遥感水汽技术的研究现状以及地基GPS大气探测的基本原理.提出了用非差精密单点定位模式进行实时GPS遥感水汽探测的基本构想和需要解决的关键问题,并对非差精密单点定位的主要误差源进行了简要分析和评述.     

2011年台风“纳沙”和“尼格”移动路径和强度对比分析

从环流背景入手,分析“纳沙”和“尼格”移动路径发生改变的主要原因,再从冷空气、水汽输送、海温、风垂直切变、高空散度等物理量进行分析,发现可以作为台风强度预报的重要参考因子,结合云系特征,也可初步判定台风移动路径和强度演变的趋势.     

地基GPS遥感观测安徽地区水汽特征

对2002年6～7月安徽地区肥西、桐城、寿县、无为、芜湖、滁州6个GPS观测站的数据，结合相应的地面温度、气压等气象数据反演了时间间隔为30min连续变化的水汽总量。这一解算结果由解算方法分析达到1～2mm量级精度，达到了数值天气预报和气候研究的要求。利用这些资料，分析了上述地区水汽变化特征。单站水汽的持续积累和源源不断的水汽输送是强降水系统发生发展的必要条件，为了研究水汽来源及水汽量的大小，结合NCEP资料计算了一次强降雨过程中水汽通量值。     

地基GPS遥感观测北京地区水汽变化特征

利用2004—2007年SA34（北京大学）站的GPS观测数据,运用GAMIT软件解算反演了间隔30min的连续变化大气水汽总量（PW）。与北京南郊观测场得到的探空结果作比较,均方根误差（RMSE）在2~3mm之间。通过对大气水汽作月平均,得到每月的大气水汽总量口变化曲线,并初步分析了夏季水汽日变化与地面比湿、降水、地面气温以及地面风矢量的关系。结果表明:北京地区夏季7月大气水汽总量最小值出现在08:00（北京时）左右,8月大气水汽总量最小值出现在08:00到12:00左右（各年表现出一定的差异）,夏季大气水汽总量的最大值出现在01:00到03:00;7月和8月的日变化在夜间变化趋势有所不同;大气水汽总量最大值出现时刻与地面小时降水有一定相关性,且大气水汽总量的日变化明显受风矢量日变化的影响。通过对大气水汽总量的时间序列进行小波分析,得到1年大部分时间里,水汽变化存在大约12d的周期。采用前期的大气水汽总量平均值和短时大气水汽总量增量两个条件进行降水的判断,认为夏季降水的出现时刻与差值的高值区有比较好的对应。     

辽宁东南半岛两次北上台风暴雨特征及成因对比分析

利用常规观测资料、NCEP FNL再分析资料、卫星和雷达资料等对2012年台风“达维”（过程1）和2017年台风“海棠”（过程2）导致的辽宁东南半岛两次极端暴雨过程的降水特征及成因进行对比分析。结果表明: 两次过程的降水特征存在差异,过程1是大范围的稳定持续性暴雨,受台风倒槽触发的多个中尺度云团造成的列车效应影响,持续时间长达30 h; 而过程2的小时雨强更大,最强达到113 mm·h^-1,小尺度积云不断新生并涌入到中尺度云团中,雷达图存在后向传播特征,强风暴基本反射率达到50—60 dBz,中尺度辐合风场伸展高度达到9 km,对流云发展更旺盛,过程2的对流性降水特征更明显。过程1暴雨在台风倒槽里发展,过程2在台风输送的暖湿空气与对流层干冷空气的相互作用中产生。两次过程中,台风残涡与副热带高压间均形成了横跨10个纬距的水汽输送带,850 hPa水汽通量均达到20—25 g^-1·cm^-1·hPa^-1·s^-1,比湿和水汽通量散度达到辽宁登陆台风暴雨物理量的预报阈值; 远距离台风对阻挡副热带高压南落和建立北上台风引导气流起到关键作用。过程1受“达维”残涡倒槽影响,辐合层由地面伸展到500 hPa,动力抬升条件更强; 过程2中850 hPa假相当位温达到354 K,由于中层干空气侵入,位势不稳定较强,在大尺度辐合和地形强迫抬升作用下,形成更为深厚对流云,对流性降水特征明显。     

新疆夏季降水的水汽特征

对新疆夏季降水天气过程的水汽特征做了合成分析。结果表明：新疆地区发生大降水时，大气中所含水汽仅与我国湿润地区一般条件下大气中所含水汽相当。新疆降水所需水汽主要是靠一定的天气系统以接力输送方式输送到一定地区，然后在合适的环流作用下，向降水发生区逐步输送。西南季风对新疆夏季降水有间接影响。区域水汽收支计算表明，该区降水天气维持所需水汽主要由纬向西风气流输送提供。低层偏东风所输送的水汽对维持南疆降水是不够的。     

数值预报环流形势场在一次强降水天气过程中的应用

主要利用ECWMF及T213数值预报产品的形势预报场对2002年6月17－20日连续性强降水天气过程的影响系统的演变情况作一个简单的分析，考察这两种数值预报产品对这次过程的预报能力，可知它们对夏季强的降雨天气过程的形势预报很有参考意义。     

新疆“96.7”特大暴雨水汽场特征综合研究

对新疆“９６．７”特大暴雨水汽场的分析表明,低层阿拉伯海东岸,孟加拉湾北岸,中南半岛西部和南海北部是水汽源地,水汽按“接力”方式由源地输送到次源地四川盆地,巴尔喀什湖再进入新疆。高层水汽由源地青藏高原直接输送到新疆。中低层增湿占总增 ８０％,高层增湿占总增湿的２０％。     

东台沟实验流域降水氧同位素特征与水汽来源

运用环境同位素技术研究水循环中水分子组成发生的微观变化,是兴起于20世纪中期研究宏观、微观水文过程机理的新技术。研究流域降水同位素时间和空间变化规律以及与降水要素的相关关系,对于研究流域水资源属性具有重要的理论与实践意义。本文以北京市怀柔区汤河口镇东台沟实验流域为研究对象,研究了该流域2003年7月至10月降水氧同位素含量及降水的时空变化,分析了降水δ¹⁸O与降水量、高程及空气湿度的关系,评估了雨量、高程及空气湿度等因子对降水过程的影响及作用,阐明了其间实验流域降水δ¹⁸O的时空分布规律,并得出实验流域在实验期间降水的主要水汽来源为由东南向西北方向。     

不同下垫面水分与能量传输模式

首先从简单生物圈模式（Simple Biosphere Model） 的物理模型出发,对其控制方程进行了修改。土壤温度使用求解热传导方程得到,土壤湿度使用了水汽扩散方程、Darcy的水流方程同时求解得到,目的是使简单生物圈模式既能在有植被下垫面使用,又能扩展到考虑水汽运动的沙漠地区使用。为了检验修改后的模式能适用于计算不同下垫面的地气之间水分和能量交换,选择了草原、森林和沙漠三种类型,在4个不同的实验点得到的资料,进行了单点模式（OFF LINE）检验。结果表明,修改后的简单生物圈模式模式可使用于不同下垫面地气之间水分和能量交换,尤其是解决了沙漠地区水热传输的模拟问题。