云南探空仪换型温度和位势高度观测数据对比分析

基于云南探空仪换型平行观测期间各标准等压面上的温度和位势高度观测数据以及对应的ECMWF模式预报场数据,利用偏差、标准差、均方根误差和相关系数等对新、旧探空仪观测数据进行对比分析和评估。结果表明:新、旧探空仪观测数据一致性较好,在100 hPa以下两者温度绝对偏差小于1.0℃,位势高度绝对偏差小于30 gpm,100 hPa以上温度和位势高度最大绝对偏差分别为3.9℃和151.0 gpm。除高层个别等压面外,新、旧探空仪观测数据离散性基本一致或新探空仪离散性相对较小。新探空仪观测数据与模式数据更为一致,在中高层表现更为明显;相对于模式数据,新、旧探空仪温度偏差分别集中在±0.7℃、±0.9℃左右,最大均方根误差分别为3.0℃、4.5℃,平均相关系数分别约为0.78、0.73;新、旧探空仪位势高度最大偏差分别为28.5 gpm、130.9 gpm,最大均方根误差分别为87.6 gpm、136.9 gpm,平均相关系数分别约为0.86、0.78。     

An Analysis of the Discontinuity in Chinese Radiosonde Temperature Data Using Satellite Observation as a Reference

Reconciling upper-air temperature trends derived from radiosonde and satellite observations is a necessary step to confidently determine the global warming rate. This study examines the raw and homogenized radiosonde observations over China and compares them with layer-mean atmospheric temperatures derived from satellite microwave observations for the lower-troposphere(TLT), mid-troposphere(TMT), upper-troposphere(TUT), and lower-stratosphere(TLS) by three research groups. Comparisons are for averages over China, excluding the Tibetan Plateau, and at individual stations where metadata contain information on radiosonde instrument changes. It is found that major differences between the satellite and radiosonde observations are related to artificial systematic changes. The radiosonde system updates in the early 2000 s over China caused significant discontinuities and led the radiosonde temperature trends to exhibit less warming in the middle and upper troposphere and more cooling in the lower stratosphere than satellite temperatures. Homogenized radiosonde data have been further adjusted by using the shift-point adjustment approaches to match with satellite products for China averages. The obtained trends during 1979–2015 from the re-adjusted radiosonde observation are respectively 0.203 ± 0.066, 0.128 ± 0.044, 0.034 ± 0.039, and –0.329 ± 0.135 K decade^–1 for TLT, TMT, TUT, and TLS equivalents. Compared to satellite trends, the re-adjusted radiosonde trends are within 0.01 K decade^–1 for TMT and TUT, 0.054 K decade^–1 warmer for TLT, and 0.051 K decade^–1 cooler for TLS. The results suggest that the use of satellite data as a reference is helpful in identifying and removing inhomogeneities of radiosonde temperatures over China and reconciling their trends to satellite microwave observations. Future efforts are to homogenize radiosonde temperatures at individual stations over China by using similar approaches.     

全球大气再分析资料的研究现状与进展

在过去十多年,利用资料同化技术再分析过去的气象观测资料,重建高时空分辨率的格点历史气候数据集取得了长足发展。再分析资料的问世为人们深入了解大气运动的方式、认识不同时空尺度内气候变化和变率提供了强有力的、甚至不可替代的研究工具。就当前国际上一些主要的全球大气再分析资料研究计划及其产品的概况、再分析资料在大气科学及其相关研究领域中的应用、再分析资料的评估及其在气候变化研究中存在的一些主要质量问题做了回顾与介绍,并就未来大气再分析资料研究计划的一些发展趋势予以展望。     

往返平飘式探空在CMA-MESO三维变分中的同化及对模式预报的影响

往返平飘式探空通过一次探空气球施放实现“上升段-平飘段-下降段”三段观测,其下降段能实现在06时(世界时,下同)和18时自动垂直加密观测大气,具备提升区域高分辨率快速同化循环预报系统在06时和18时的预报技巧潜力。为了实现往返平飘式探空在区域高分辨率模式中的同化,分析其对预报的影响,初步提出了“选取模式层最接近观测”的垂直稀疏化方法来预处理资料,深入分析了稀疏化对同化效果的影响,论证了资料垂直稀疏化对于同化应用的必要性;在此基础上,开展了为期1个月的批量同化影响试验,着重分析了往返平飘式探空在长江中下游区域的组网观测对CMA-MESO模式预报技巧的影响。稀疏化敏感性试验结果表明,同化不稀疏化的往返平飘式探空相比同化传统业务探空,分析和预报误差显著增加,降水预报评分也显著降低,相反,“选取最接近模式层”数据的垂直稀疏化方案能提高模式的分析和预报技巧,表明往返平飘式探空同化前必须进行垂直稀疏化。批量同化试验结果表明,在冷启动时刻(00时和12时,为常规探空释放时刻),同化往返平飘式探空(上升段)相对同化传统业务探空,分析误差和预报误差变化较小。但在暖启动时刻(03、06、09、15、18、...     

GNSS空间环境学研究进展和展望

全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）水汽层析技术凭借高精度、低成本、全天候等优点成为获取高时空分辨率水汽三维分布的重要手段之一。引入遥感卫星提供的高分辨率水汽信息,首次提出附加高水平分辨率大气可降水量（precipitable water vapor, PWV）约束的GNSS水汽层析算法,对现有水汽层析算法的约束条件进行补充和改进。首先对高分辨率PWV观测值进行校正,然后基于二次加密划分的层析体素块构造PWV约束方程,通过将PWV约束方程融合到GNSS层析模型来改善模型的约束条件,进而优化层析结果质量。利用徐州地区2017-08的GNSS观测数据和风云三号A星（Fengyun-3A, FY-3A）遥感水汽数据对该算法的可行性及精度进行验证,分别以高精度的探空水汽廓线和ERA5三维水汽密度场为参考值对层析结果进行评估。实验结果表明,所提算法反演的水汽廓线和三维水汽分布均优于传统层析算法,各类精度指标都有了显著改善,其中平均均方根误差由2.73 g/m³减小为1.78 g/m³,反演精度提高了34.80%,进一步表明所提算法可有效改善层析结果质量,有助于获取高精度和高可靠性的三维大气水汽分布。     

利用GPS的倾斜路径观测暴雨过程中的水汽空间分布

利用青藏高原地区COSMIC掩星资料反演的大气湿廓线WetPrf数据和8个站点的探空数据,分析了COSMIC反演大气廓线和可降水量与探空观测的偏差,并考查了偏差随高度的变化特征。结果显示：(1) COSMIC反演的温度、压强和水汽压廓线与探空观测具有很好的正相关;与探空观测相比,COSMIC的温度、压强和水汽压的偏差为-0.2 ℃、1.7 hPa和0 hPa,均方差为1.8 ℃、1.6 hPa和0.4 hPa;COSMIC反演大气廓线与探空观测的偏差基本上在大气低层较大,然后随高度增加而减小。(2) COSMIC反演的可降水量与探空观测正相关较好;COSMIC反演的可降水量低于探空观测,两者的偏差为-5.0 mm,均方差为5.7 mm;两者的负偏差在大气低层最明显。(3)探空观测在近地层的不稳定性和COSMIC反演方法中背景模式在青藏高原地区描述大气状态的能力有限,是造成COSMIC反演大气廓线和探空观测的偏差在近地层较大的主要原因;COSMIC观测的折射率偏小导致其反演的可降水量偏低。

     

Effect of eutrophication on molluscan community composition in the Lake Dianchi (China, Yunnan)

In this paper, three historical biodiversity datasets (from 1940s, 1980–1999 and 2000–2004) and results from the recent inventory are used to trace the long-term changes of the mollusks in the eutrophic Lake Dianchi. Comparison of the obtained results with those of earlier investigations performed during the period of 1940s and 1980–1999 as well as 2000–2004 showed that changes have occurred in the interval. There were 31 species and 2 sub-species recorded prior to the 1940s, but the species richness decreased from a high level of 83 species and 7 sub-species to 16 species and one sub-species from 1990s to the early of 21st century in lake body. Species from the genera of Kunmingia, Fenouilia, Paraprygula, Erhaia, Assiminea, Galba, Rhombuniopsis, Unionea and Aforpareysia were not found in Dianchi basin after 2000. The species from the genera Lithoglyphopsis, Tricula, Bithynia, Semisulcospira and Corbicula were only found in the springs and upstream rivers. Anoxia and the changing of substrates and fish species composition could explain why molluscan community composition changed in eutrophic Lake Dianchi. Additionally, the different sampling methods and ignore of the specific groups in earlier studies are cause for Sphaerium and Pisidium first found in our study. This study is first time to enlarge the investigation region to the Dianchi basin. Although some endemic species disappeared in the lake body, they still distribute in the springs and upstream rivers. The springs and upstream rivers are important refuges for mollusks.     

一次暴雨过程中GPS三维层析水汽场的变化特征

在已有的全球导航卫星系统水汽反演技术中,能够利用的观测值是完整穿过整个层析区域的卫星射线。由于卫星、接收机几何位置分布以及层析区域选择的特定性,许多卫星射线是从层析区域侧面穿出,这些射线通常当作无效信息被剔除,降低了层析结果的精度。针对该缺点,提出并实现了一种附加辅助层析区域提高射线利用率的水汽反演方法,使从研究区域侧面穿出的信号信息也可以被利用。基于美国得克萨斯州（Texas）地区的连续运行参考站（Continuously Operation Reference Stations,CORS）网的实测数据,结合层析区域内的无线电探空仪数据进行实验,结果表明,该方法能够提高水汽反演结果的精度,其均方根误差的改善率为14.6%。     

L波段雷达-电子探空仪系统对比观测分析

利用酒泉高空站L波段雷达-GTS1电子探空仪系统与“59-701”系统1个月的同步观测资料,对该站使用L波段探空系统后高空探测资料变化情况进行分析评估。通过直接对比、与国家气象中心数值预报6 h初估场比较和相关性检验分析,得到各规定等压面上位势高度、温度、湿度、风向、风速等的偏差和均一性检验结果。结果表明,酒泉站使用L波段雷达系统后,温度、高度、风向、风速记录平均而言未产生跳变,对流层上层湿度记录离散性小,新老系统的相对湿度差随高度增加而增加,记录准确率有明显的改善。在温度较低的对流层上层,59型探空仪测定的相对湿度偏高,GTS1型电子探空仪测定的湿度数据更接近国际上比较先进的探空仪。     

通过训练样本采样处理改善小宗作物遥感识别精度

训练样本质量是决定农作物遥感识别精度的关键因素,虽然高空间分辨率卫星的发展有效地解决了农作物遥感识别过程中的混合像元问题,但是当区域内不同作物种植面积差异较大时,训练集中不同类别样本数量往往相差较大,这样的不均衡数据集影响分类器的训练,导致少数类别的识别精度不理想。为研究作物遥感识别过程中的不均衡样本问题,本文基于GF-2号卫星数据,首先挖掘了地物的光谱信息、纹理信息,用特征递归消除RFE (Recursive Feature Elimination)方法进行特征优选,然后从数据处理的角度采用了5种采样算法对不均衡训练集进行处理,最后使用采样后的均衡数据集训练分类器,对比数据采样前后决策树与Adaboost(Adaptive Boosting)两种分类器的识别结果,发现:(1)经过采样处理后两种分类算法明显提升了小宗作物的分类精度;(2)经过ADASYS (Adaptive synthetic sampling)采样处理后,分类器性能提升最多,决策树的Kappa系数提高了14.32%,Adaboost的Kappa系数提高了10.23%,达到最高值0.9336;(3)过采样的处理效果优于欠采样,过采样对分类器的性能提升更多。综上所述,选择合适的采样方法和分类方法是提高不均衡数据集遥感分类精度的有效途径。