EnSRF雷达资料同化对一次强对流天气模拟的影响研究

利用ARPS(Advanced Regional Prediction System)模式和具有流依赖背景误差协方差的集合均方根滤波(Ensemble Square Root Filter,简称En SRF)方法,通过同化多部多普勒雷达资料,对2013年6月23日的强对流天气过程进行了研究。首先对比同化试验和观测的组合反射率因子,检验了同化效果。通过计算均方根误差和离散度,进一步定量评估了同化结果。再对比模式变量,综合分析了En SRF雷达资料同化对模式热力、动力、湿度和微物理量等变量的影响。最后对集合平均场进行1 km的高分辨率数值模拟。结果表明:En SRF能够同化出与观测类似的对流系统,且减弱了南北部的虚假回波。径向风和反射率因子的均方根误差明显减少。En SRF雷达同化能够明显优化模式的初始场,同化试验的回波在垂直方向上范围增加,强度偏弱。在强对流区域,低层的冷池温度最多降低6 K,相对湿度最多增加30%。对流区域的雨水、冰晶和雪的混合比均有明显增加。模拟发现同化试验能够较好地模拟出对流系统的结构和位置。     

基于ASCAT风场数据的中国近海风能资源评估

卫星反演海面风场资料能够弥补海上气象测风资料缺乏的不足,对近海风能资源评估具有重要意义。通过ASCAT(Advanced Scatterometer)风速数据与美国及中国近海岸浮标测风资料的对比分析,结果表明,ASCAT风速的均方根误差为1.27 m·s-1。比较利用近海岸浮标逐小时风速及与其相匹配ASCAT瞬时风速计算的各项风能参数,得出ASCAT与浮标的平均风速和风功率密度的残差分别在±0.5 m·s-1和±50 W·m-2以内,该残差占浮标计算结果的比例分别在±8%和±12%以内。使用ASCAT风速资料拟合的Weibull分布函数与浮标的结果较吻合。因此,ASCAT风速资料也能够为海上风能资源评估提供有用的风能参数信息。最后使用ASCAT瞬时风速数据分析了中国近海10 m及70 m高度处的风能资源的空间分布特征,结果表明,台湾海峡平均风速和风功率密度最大。     

乌鲁木齐市边界层日变化特征

利用乌鲁木齐市晴天CFL-03型风廓线雷达观测资料,分析了边界层日变化特征。得出结论如下:边界层结构季节变化明显。冬、春季300~600m以下风速较小,小于3m/s,且愈近地面风速愈小;以上风速大、风向恒定,基本为东南大风。夏季和秋季风速比冬季和春季小,流场特征较复杂,水平风速和风向变化较活跃,存在明显的风切变。折射率结构常数春、秋和冬季比夏季分别小1个、3个和1~3个量级;夏季最大,集中在10~(-16)~10~(-13) m~(-2/3)之间。春、夏和秋季晴天湍流动能耗散率量级分别在10~(-6)~10~(-2) m~2·s~(-3)、10~(-4)~10~(-3) m~2·s~(-3)、10~(-6)~10~(-3) m~2·s~(-3)之间;白天比夜间约大1个量级。晴天折射率结构常数和湍流动能耗散率日变化特征与风场日变化特征有较好地对应关系,即湍流发展旺盛的区域与风速较大的区域相一致。风廓线雷达资料反演的湍流动能耗散率对春季和夏季边界层结构日变化演变特征的监测较好。夏季夜间稳定边界层约400~500m,残余层可达到约1800m,对流边界层可发展到约2500m,混合层约2200m,夹卷层约300~400m。     

中国雷达强天气预警信息质量控制与集成应用

冰雹和龙卷等强对流天气容易产生严重气象灾害,而雷达可以为强对流天气提供高时效的监测信息。针对当前雷达业务系统仅提供单站预警,且强天气识别算法缺乏本地优化等问题,研究了全国雷达预警信息组网集成技术,为大范围监测中小尺度强对流天气提供及时高效的参考信息;通过对全国高空站3年0℃层高度资料的统计分析表明,雷达监测冰雹等算法的0℃层高度应在3~6km范围动态调整,提出了雷达强天气预警动态本地化等综合质量控制方法。通过质控前后统计分析表明,质量控制可以有效降低雷达预警的虚警率,虚警剔除率可达到95%以上;与雷电观测资料的检验结果显示,质控后的雷达预警信息与雷电分布具有较好的契合度。将基于上述组网集成与质量控制的综合技术应用于2016年6月23日盐城龙卷强天气监测,取得了较好的应用效果。     

双雷达反演闽南地区一次暴雨过程三维风场结构特征研究

前汛期暴雨是华南地区最常见且预测难度较大的灾害性天气之一,而造成暴雨最直接的系统是中尺度对流系统。利用区域自动站资料,NCEP再分析资料,厦门、泉州新一代天气雷达(CINRAD/SA)基数据,采用地球坐标系下的双雷达三维风场反演技术,分析了2015年5月20日闽南地区一次暴雨过程中尺度对流系统的三维风场结构特征。结果表明:此次暴雨过程是由低层的冷暖空气在闽南沿海地区交汇形成的切变线引起的,风场反演方法能够清晰地再现低层切变线的移动过程、处于不同生命阶段对流单体的三维风场结构。强回波区跟随切变线向南移动并分布于其两侧。当切变线过境、风向较为一致时,不利于强回波的进一步发展,降水开始减弱。如果对流单体中存在一致的上升气流,低层有明显的辐合,表明此单体仍处于发展状态,回波将会继续增强;若已经出现了一致的下沉运动且没有明显的入流,则回波处于消散阶段。相比于传统方法,"基于动态地球坐标系的双雷达反演风场方法"实现了对雷达径向数据的定量化应用,能够更直观地揭示中尺度对流系统的三维风场结构,并通过对垂直速度的计算及显示,可以快速判断回波未来的演变趋势,对快速预测回波的强度变化有非常好的参考意义。     

风廓线雷达在一次短时暴雨过程中的应用

利用2014年8月24日天津地区一次短时暴雨天气的3部风廓线雷达资料和降水实况资料,对比分析降水发生、维持和消亡期间风廓线雷达资料的变化特征,以探讨风廓线雷达对降水天气的监测能力。结果表明:1)风廓线雷达不仅能够反映大气层结上冷下暖的结构,并且能够探测到切变线的存在,对风的垂直结构有较强的探测能力。2)当降水出现时,垂直速度和大气折射率结构常数明显增大。4 m·s~(-1)的垂直速度出现和消失时刻,对应降水的开始和结束时刻;降水期间,4000 m高度以下的垂直速度越大降水越强。西青、静海站的折射率结构常数与降水强度之间有很好的对应关系,但不同地区的大气折射率结构常数值对降水强度的指示标准并不一致。3)在降水最强阶段,风廓线雷达数据获取率明显下降,因此低的数据获取率对强降水有一定的指示意义。     

深空探测科学仪器研究进展

深空探测是对宇宙中地球以外的行星、卫星、小行星和彗星等星体或空间环境的探测活动.合理选择深空探测科学仪器,了解被测星体的物理及化学性质、地表地貌、动态特性以及有机物和水的存在,对人类了解地外水和生命信息、认识太阳系的起源和演化有着重要意义,是深空探测的重要任务.本文总结了深空探测的科学目标,介绍了近50年来典型深空探测任务中探测器所搭载的科学仪器及其特点,包括质谱仪、光谱仪、探地雷达和磁力计等,整理了其性能参数及面向的探测功能任务,最后讨论了深空探测科学仪器目前呈现出的小型化、低功耗、更强的环境适应能力和多仪器联合使用的发展趋势.     

含平流双温吸积盘的振荡不稳定性研究

从流体动力学方程出发,用微扰法得出含平流双温吸积盘的径向,环向不稳定性的色散方程,并对平流和径向粘滞力对双温吸积盘的影响进行了较详细的讨论。结果表明：平流和径向粘滞力对声模有较大的影响,且不改变粘滞模和热模的稳定性质。而环向扰动对吸积盘的各种模有着较明显的作用,这一模型有利于解释活动天体的周期和准周期光变现象。     

地球大气边界层结构和天文视宁度

依据声雷达资料和其他边界层资料讨论了大气边界层结构、地形等对视宁度的影响和有关选址问题．     

含平流双温吸积盘的振荡不稳定性研究

从流体动力学方程出发,用微扰法得出含平流双温吸积盘的径向、环向不稳定性的色散方程．并对平流和径向粘滞力对双温吸积盘的影响进行了较详细的讨论．结果表明：平流和径向粘滞力对声模有较大的影响,且不改变粘滞模和热模的稳定性质．而环向扰动对吸积盘的各种模有着较明显的作用．这一模型有利于解释活动天体的周期和准周期光变现象．