利用GPS技术遥感北极黄河站可降水量的研究

利用地基GPS的手段对北极黄河站可降水量进行了研究,分析了影响可降水量计算的三个因素:天顶总延迟、天顶干延迟和大气加权平均温度,验证了天顶总延迟和天顶干延迟的可靠性,得到了适合北极黄河站区的大气加权平均温度模型,并且将GPS可降水量与无线电探空的结果进行了比较,得到两者差值的标准差优于2 mm。     

探空气球漂移特征及对三角形法计算散度的影响

利用2006—2013年南京站、安庆站和杭州站探空资料,讨论华东地区探空气球的漂移特征。设计不考虑气球漂移、考虑全部气球漂移和考虑部分气球漂移3个试验,比较3种情况下三角形法计算的散度差异。结果表明:气球漂移主要受大气环流及其变化影响,纬向上7月和8月气球随高度增加,先向东漂移、后向西漂移,其他月份以向东漂移为主,冬季漂移距离大;经向上受季风影响明显。考虑全部和部分气球漂移与不考虑气球漂移的散度对比表明,平均绝对偏差各月在对流层顶附近均有极大值;相对偏差季节分布明显,前者在6—9月较大,极大值略大于7%,后者冬季大,1月在200 hPa达到25%,在50 hPa超过50%。因此,利用三角形法计算散度所在层次较高或所使用资料中传统探空和特种探空并存时,均需考虑气球漂移影响。     

A 7-Year Lidar Temperature Climatology of the Mid-Latitude Upper Troposphere and Stratosphere

Abstract

The Purple Crow Lidar (PCL) is a large power-aperture product monostatic laser radar which until 2010 was located at the Delaware Observatory (42°52′N, 81°23′W, 225 m elevation above sea level) near the campus of the University of Western Ontario. It is capable of measuring temperature from 10 to 110 km altitude, as well as water vapour in the troposphere and stratosphere. We use upper tropospheric and stratospheric vibrational Raman N₂ backscatter-derived temperatures to form a climatology for the years 1999 to 2007 from 10 to 40 km attitude. The lidar temperatures are validated using nearby radiosonde measurements from Detroit and Buffalo. The measured temperatures show good agreement with the radiosonde soundings. An agreement of ±1 K is found during the summer months and ±2.5 K during the winter months, validating the calibration of the lidar to within the geophysical variability of the measurements. Comparison between the PCL measurements and the Committee on Space Research International Reference Atmosphere, 1986 (CIRA-86) and the Mass Spectrometer Incoherent Scatter-90 (MSIS-90) models show the models are as much as 5 K warmer below 25 km and 2 to 4 K colder above 25 km during the summer months, in large part because the measured tropopause height is consistently lower than in the models.     

DISTRIBUTION OF AEROSOL EXTINCTION IN THE LOWER TROPOSPHERE BY MICRO-PULSE LIDAR OBSERVATION

The profiles of aerosol extinction coefficients are investigated by micro-pulse lidar(MPL)combined with the meteorological data in the lower troposphere at Meteorological ResearchInstitute(MRI).Japan.Larger extinction values of aerosol are demonstrated in the nocturnalstable air layer with larger Richardson number,and light wind velocities are favorable for aerosolconcentrating in the planetary boundary layer(PBL).But aerosol extinction coefficients showlarger values over the altitudes of 2.0 to 5.0km where correspond to higher relative humidity(RH).The tops of PBL identified by the aerosol extinction profiles almost agree with ones byradiosonde data.The diurnal variations of aerosol extinction profiles are clearly displayed,intensive aerosol layers usually are formed over the period of mid-morning to 1400 Loeal Time(LT).then elapse in the cloudless late afternoon and nighttime.Thermal eonvection or turbulenttransport from the surfaee probably dominates these temporal and spatial changes of aerosoldistribution.     

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。     

FY-3C VIRR大气可降水产品生成和检验

风云三号C星(FY-3C)可见光红外扫描辐射计(VIRR)两个红外分裂窗通道数据生成的晴空大气可降水(TPW)产品已投入业务使用。本文介绍了该产品的生成方法,并从产品精度和稳定性两个方面评价产品质量。与MODIS Terra TPW的月平均数据对比,FY-3C VIRR TPW能正确反应大气可降水的全球分布。与2015年3月—4月的全球探空数据对比,FY-3C VIRR TPW均方根误差为5.36 mm,相对误差在水汽值大于30 mm时在20%以内,并且夜间产品精度优于白天。相比于MODIS红外TPW产品与探空数据的误差,FY-3C TPW精度略好。计算2015年1月至2016年7月FY-3C VIRR TPW产品相对探空数据的月均方根误差,19个月均方根误差的标准差是0.54 mm,小于同期MODIS Terra TPW均方根误差的标准差,说明FY-3C VIRR TPW产品在检验时期内更稳定。FY-3C VIRR TPW产品精度较高且质量稳定,具备广泛应用能力。     

地面GPS探测大气可降水量的初步结果

地面全球定位系统（GPS）探测大气可降水量时空分布的可行性和可靠性研究，对地面GPS用于提高预报降水和恶劣天气的准确性和气候变化的研究具有重要作用。收集了覆盖于全国的23个站和我国周边的6个国际GPS服务（IGS）基准站为期6 d的GPS观测资料，组成了一个GPS气象学的区域性地面实验网，进行了我国首次GPS气象学试验。归算用的软件是在美国麻省理工学院GPS分析软件GAMIT基础上发展起来的上海天文台GPS精密定轨定位软件SHAGAP。为了提高对流层天顶延迟的监测精度和分辨率，我们采用了分段的参数估计和随机过程相结合的估算方法来处理对流层延迟，由此获得了分辨率分别为2 h和30 min，精度好于1 cm的天顶延迟量。通过天顶干延迟和天顶湿延迟的分离和天顶湿延迟到可降水量的转换，得到了精度为1～2 mm的可降水量的计算结果。将这些结果与实测探空仪资料计算的结果相比较，两者基本符合。试验的结果初步验证了地面GPS观测为气象服务的可行性和可靠性。同时指出了今后地面GPS在气象上应用的现实性。     

北极大气波导时空分布研究

在北极地区,有接通北美洲、欧洲北部和亚洲北部国家之间距离最短的直线路线,所以北极地区的战略位置日益重要。大气波导是重要的电波环境,利用大气波导可实现超短波、微波频段的超视距探测和通信应用。因此,研究北极大气波导有重要的意义。本文利用2007年1月—2016年12月十年的气象探空数据,统计分析了北极16个站点大气波导的时空分布,给出了大气波导出现概率与其波导层厚度、强度特征量的统计特征,并从天气和气候学角度初步探讨了其成因。统计结果显示:1.北极地区大气波导平均出现概率低于50%,且表面波导出现概率高于悬空波导; 2.表面波导层厚度、强度分别在30 m以下和10 M以下,悬空波导层厚度在40—80 m,强度小于10 M; 3.北欧海区和格陵兰岛为北极波导高发区,欧亚大陆的北部边缘为无波导区; 4.表面波导高发区在北欧海区和格陵兰岛,北大西洋暖流、格陵兰冷高压及极夜期的辐射逆温是表面波导形成的可能原因; 5.悬空波导高发区在北欧海区和白令海峡东北部区域,且在7—8月份的暖季极昼期间为其高发季,北欧海区暖季海雾、白令海峡东北部区域暖季受北极锋影响是悬空波导形成的可能原因。     

基于水汽密度比例因子的三维水汽层析算法

针对传统水汽密度层析方法的缺点,设计并实现了一种基于水汽密度比例因子的三维水汽层析算法,提高了观测数据的利用率。利用香港CORS网的实测GPS和气象数据,并结合研究区域内45004探空站的探空数据,验证了该算法用于实测数据的可行性及精度,并分析了不同天气对层析新算法的影响。试验结果表明:该算法在观测数据的利用率上远大于传统层析方法,以探空数据为参考基准,RMS、水汽廓线相关系数和误差分布均优于传统方法。此外,降水天气对层析结果影响要比无降水天气的影响大。     

Synoptic meteorological observations and weather conditions during MONTBLEX-90

In the present paper a review of meteorological observations conducted by India Meteorological Department during MONTBLEX-90, including intensive observation periods, has been made. Also, an exhaustive weather summary, discussing the special weather features that occurred during the MONTBLEX observational period, is presented. The paper has been prepared to provide a ready reference of the synoptic features to research workers who are utilizing MONTBLEX data for their studies.