基于探空和SSMI/S资料的AMSR-2海上大气可降水产品检验与评估

利用海岛探空资料和SSMI/S(special sensor microwave imager/sounder)–F16海上大气可降水量产品对AMER-2(advanced microwave scanning radiometer-2)2012年7月—2016年6月的海洋上空大气可降水量产品进行比对检验。结果表明:AMSR-2反演的海上大气可降水量与利用海岛探空资料计算所得值比对的一致性较好,两者之间平均偏差为0.35 mm;2012—2016年AMSR-2与SSMI/S-F16可降水月平均值的分布情况在热带辐合带、南太平洋辐合带和南大西洋辐合带可观测到相似的结构和特征,两者平均偏差为–0.04 mm,标准偏差为1.21 mm。检验的结果证明了AMSR-2反演的大气可降水产品精度满足产品设计指标,而误差分析的相应结论对于未来优化水汽反演算法具有重要意义。     

基于探空资料的湖南地区加权平均温度

利用湖南地区长沙、怀化、郴州3个探空站数据,将数值积分法计算的Tm作为参考值,并基于最小二乘法建立湖南地区Tm本地化模型。研究结果表明,Bevis模型计算的Tm值在湖南地区存在2.51 K的系统偏差;湖南本地化模型Tm值与地面温度Ts之间的相关系数达到0.942 5,模型平均偏差1.60 K,内符合精度1.41 K;基于本地化Tm模型计算的GPS PWV与利用探空数据计算的PWV相比,平均偏差为0.52 mm,标准差为2.21 mm,RMS为2.45 mm。总体而言,本地化Tm模型的精度优于Bevis模型,更适用于湖南地区的GPS气象研究及业务应用。     

GPS气象的可靠性检核研究

本文通过对GPS湿延迟和水汽辐射计、GPS可降水量与无线电探空资料的比较,进行了GPS气象可靠性检核研究。得出如下结论:GPS可降水量序列与无线电探空的相关性可达0.94;差值均值为-0.24mm;均方根4.0mm。文中对用精密星历及快速预报星历计算所得的GPS湿延迟和水汽辐射计数据进行了比较,在发展趋势上水汽辐射计观测数据与快速预报/精密星历解算出的对流层湿延迟相近,且经过精密星历与快速预报星历反演所得出的的对流层延迟与水汽辐射计数据的差值的均方根分别为1.51cm、1.52cm。     

准实时地基GPS可降水量的解算方案与可靠性研究

对准实时地基GPS可降水量的解算方案与可靠性的探讨,围绕三个方面展开:准实时GPS对流层延迟解算的最佳方案的确定;GPS可降水量与无线电探空资料的比较;GPS可降水量与水汽辐射计数据的比较。为了实时应用于气象领域,准实时对流层延迟的最佳方案为快速预报星历松弛解。在快速预报星历松弛解GPS可降水量与无线电探空数据的比较中,两者的相关性为0.88,绝对值均值为5.4 mm。GPS可降水量与水汽辐射计资料比较得到两者差值的均方根为1.68 mm。最后得到了最佳的准实时地基GPS可降水量的解算方案和在气象领域可降水量的反演的可行性的结论。     

L波段秒级探空资料在GRAPES同化系统中的应用研究

我国探空站的探空系统升级为L波段探空系统后,可以获取全国120个站点连续自动测定的高空温、压、湿、风等高垂直分辨率秒级和分钟级探空廓线数据。为了分析高垂直分辨率探空秒级资料水平和垂直结构特征,并将其应用于区域GRAPES-3DVAR变分同化预报系统中,文章比较秒/分钟级探空与传统探空资料使用对资料同化预报带来的影响。试验中使用2011年6—7月资料进行分析,结果发现:秒级探空资料具有水平分布均匀,垂直结构非常密集的特点;在850、500 hPa等层次上高度分析比传统探空分析更接近NCEP分析,显示出对分析场的改进效果;同时风场在200 hPa以上的高层分析中改进显著,表现出高分辨率资料使用在高层分析中对系统模拟更加准确的特征。由于模式预报初值的改进,降水预报评分有所提高,预报偏差明显变小。因此高垂直分辨率秒级探空资料的使用对数值模式分析初值及预报的改进有着积极的意义,这为进一步开发利用秒级探空资料打下基础。     

利用探空资料估算青藏高原及下游地区大气边界层高度

利用三个时段的探空加密试验资料,分别采用气块法和Richardson数法来估算青藏高原及下游地区的对流边界层和稳定边界层的高度特征。结果显示:(1)高原中部对流边界层结构的出现概率高于高原东侧及下游地区,而四川盆地稳定边界层结构的出现概率远高于高原和长江中游。(2)高原中部和东侧的对流边界层高度春季高而夏季低,其中高原中部的对流边界层高度高于高原东侧;四川盆地和长江中游的对流边界层高度冬季低、夏季高,而高原东侧的对流边界层高度的变化趋势则相反;四川盆地的对流边界层高度低于长江中游。(3)高原的稳定边界层高度春季高而夏季低;冬季四川盆地的稳定边界层高度高于高原东侧和长江中游,而夏季长江中游的稳定边界层高度高于高原东侧和四川盆地,冬夏差异导致的稳定边界层高度的变化幅度在长江中游最明显,四川盆地次之,而高原东侧最小。(4)高原东侧及下游地区的平均边界层高度的日变化具有相似的演变特征,平均边界层高度在白天高夜间低,而高原中部的平均边界层高度在日出左右较低,之后随时间逐渐增高,并在晚上达到最大值;高原的平均边界层高度的日变化振幅大于下游地区,且其日变化振幅随站点海拔高度的增加而增大。     

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BJ-RUC系统对北京夏季边界层的预报性能评估

以北京市观象台2010年8月、2011年8月每日3次 (08:00, 14:00, 20:00,北京时,下同) L波段探空秒间隔数据为实况,对BJ-RUC系统 (rapid updated cycle system for the Beijing area) 分析和预报边界层性能进行了初步评估。结果表明:BJ-RUC系统对北京地区夏季白天边界层的细致特征具有较好的预报能力,但也存在明显的系统性误差。08:00边界层偏冷; 14:00和20:00 1 km以下的边界层则显著偏暖, 边界层内明显偏湿。整体上模式对边界层内温度、湿度的预报误差均高于自由大气。该系统对北京地区边界层内早晨 (08:00) 从夜间山风向白天谷风环流过渡、午后 (14:00) 到日落后 (20:00)1500 m以下盛行西南偏南气流的日变化特征具有较强的预报能力。系统预报的14:00边界层顶高度与评估时段内实际对流边界层高度的变化趋势一致。但预报的对流边界层顶偏高,这与BJ-RUC系统采用YSU边界层参数化方案的垂直混合更强有关。     

PMP估算中大气可降水量计算方法的探讨

可降水量是估算可能最大降水(PMP)的一个重要中间量。为验证不同方法推求可降水量的准确性,利用1998~2010年东南沿海五省(自治区)及香港地区共13个探空站和地面露点资料,分别采用3种不同方法(探空法、经验公式法和假绝热法)计算各站的大气可降水量,并对三种估算方法的结果进行比较。结果表明:经验公式法求得可降水量最小,探空法次之,假绝热法求得结果最大,偏差随着纬度变化。纬度越低,假绝热法推求的可降水量相对误差越大,且在有降水日时的偏差更为明显;经验公式法和假绝热法得到的结果均与探空法的可降水量相关性较强;三种求算方法得到的大气可降水量年内变化基本一致。建议在PMP估算中,利用地面最大12 h持续露点温度通过假绝热法推求可降水量时,应考虑纬度校正。     

ERA5再分析数据在微波辐射计数据反演中的初步应用

为了研究ERA5再分析资料在微波辐射计数据反演中的应用效果,利用探空和ERA5作为训练样本分别训练得到两个神经网络,对微波辐射计观测数据进行反演。并以探空资料作为参考分别统计基于探空和ERA5再分析资料反演得到的数据的相关系数、绝对偏差和均方根误差,用于评估ERA5再分析资料在微波辐射计数据反演中的应用效果。结果表明：基于ERA5和探空反演的温度廓线与探空的相关系数分别为0.988、0.99,绝对偏差分别为2.402 ℃、2.607 ℃。反演水汽与探空的相关系数分别为0.975、0.979,绝对偏差分别为0.412 g/m3、0.369 g/m3。反演的相对湿度相关系数分别为0.663、0.696,绝对偏差分别为15.587%、13.976%。反演的积分水汽总量相关系数分别为0.959、0.968,绝对偏差分别为0.258 cm、0.227 cm。从结果来看,基于ERA5资料反演的温度、水汽资料与利用探空反演的结果相差较小,温度廓线反演效果优于相对湿度廓线。