风廓线雷达资料在暴雨天气过程特征分析中的应用

为了研究风廓线雷达在暴雨天气过程预报中的作用,对2008年6月1日至6月2日云南大理发生的一次暴雨过程进行研究。结果表明,降水前三维风的脉动变化较大,水平风在垂直方向上存在风速切变,最大探测高度明显升高;降水期间可以对降水性质进行判断;降水期间功率谱密度出现双峰谱,能测出垂直气流速度及下降粒子速度,通过这样的分析,便于开展更深层次的降水物理过程研究。     

冬、夏季热带及副热带穿透性对流气候特征分析

文中利用热带测雨卫星 (TRMM) 搭载的测雨雷达 (PR) 1998~2007年的探测结果, 就热带及副热带地区穿透性对流的频次、条件降水强度及垂直廓线等特征进行了分析。研究结果表明: 深对流和穿透性对流都主要发生在热带辐合带 ( ITCZ)、南太平洋辐合带 (SPCZ)、亚洲季风区、20°N以南的非洲以及美洲等地区, 它们的空间分布具有明显的地域性和季节变化特征, 而且陆地深对流更容易发展成为穿透性对流, 但绝大部分地区的穿透性对流频次不超过0.2%。对穿透性对流条件降水强度的分析表明, 热带及副热带大部分地区的穿透性对流条件降水强度在10 mm/h以上, 且洋面的条件降水强度要比陆地大, 但由于其频次较小导致其对总降水的贡献并不大。尽管深对流和穿透性对流降水廓线的外形比较相似, 但相同的高度, 深对流的降水强度要比穿透性对流偏小, 而且这种差异随海陆和纬度的不同而有所区别。此外, 热带地区 (15°S~15°N) 冬、夏季深对流和穿透性对流降水廓线都只存在较小差异, 并没有显示出明显的季节变化。     

雷达与雨量计联合估测降水的相关性分析

在对比分析质量控制前后雷达估测降水量与自动雨量计降水量之间相关性的基础上,采用雷达-雨量计联合校准方法,对14种不同密度雨量计校准雷达估测降水的效果进行分析。结果表明:在使用雷达资料和雨量计资料前有必要对资料的质量进行分析与控制。联合雨量计校准雷达能明显提高雷达对降水的估测能力;采用不同密度雨量计校准雷达,随着校准雨量计密度的加大,雷达估测降水的精度不断提高并趋于稳定。校准雷达的效果及所需雨量计密度与降水类型有关,当校准效果相同时,积云强降水过程需要的雨量计密度最大,积混对流性降水过程次之,层云稳定性降水过程需要的雨量计密度最小。不同方法的校准效果不同,卡尔曼滤波方法适合于对稳定性降水的校准,或在雨量计密度低的地区对雷达进行校准;变分校准法和最优插值法的校准效果相当,适合对积混对流性降水的校准,或在雨量计密度高的地区对雷达进行校准。     

综合一致性质量控制方法及其在气温中的应用

由于历史逐日气温资料在气候分析、气候变化研究中的基础性作用,其数据质量状况日益受到关注。利用邻近参考站日平均气温、最高气温和最低气温资料及线性回归模型,设计了基于线性回归数据估计方法的质量检查算法,该算法同时包含了时间一致性和空间一致性两种检查方法。通过数据植入误差检测以及与单一空间回归检查方法的比较,该算法的错误数据检测性能较高,可检测出与正确日气温数据相差3℃左右的可疑值。在该算法的基础上,研制了综合一致性数据质量控制方法,该方法具有以下特点:第一类错误发生率较低;保持了时间、内部和空间一致性的逻辑关系;参考了天气因素。因此,与一般的数据质量控制方法相比,综合一致性数据质量控制方法具有较高的错误数据检测性能。经过在华中区域湖北、湖南和河南三省251个站1961—2009年逐日气温资料的应用,取得了较好效果。各要素奇异值检出率平均气温为0.001%,最高气温为0.05%,最低气温为0.04%。     

2010年8月丹东连续两次副热带高压暴雨多普勒雷达回波对比分析

利用丹东多普勒雷达的基本反射率、基本径向速度和风廓线资料,对2010年8月19日和20日丹东地区大暴雨天气过程进行分析,探讨丹东短时强降水天气形势和多普勒雷达回波特征。结果表明：在丹东处于副热带高压内部或边缘时,南下的冷空气与副热带高压后部暖湿空气势力相当时,形成丹东地区较典型的暴雨模式。风廓线产品在强降水前期,会产生一个水汽累积的过程,两次过程中出现短时强降雨时段均表现为高空急流出现和高空动量下传。这种高空动量的下传使低空急流得到加强,低层进一步辐合,使雨强明显增大。两次过程中降水回波区均形成一条40 dBz以上的回波带,回波移动方向与回波带轴向一致,导致沿途站降水时间偏长,降水总量偏多。逆风区出现时间与强降雨时段有较好的配合,其位置与强回波区的对应关系揭示出逆风区厚度越大、对应的反射率因子强度越强,产生的降水强度也越大。     

大气本底站反应性气体观测数据处理系统功能设计及实现

基于反应性气体多年观测的较为成熟的数据处理和质量控制方法,采用模块化功能结构设计,通过应用Visual Studio开发平台并结合MAP WinGIS等空间和时间显示控件,对反应性气体观测数据处理系统进行了设计和开发.系统实现了观测数据在空间和时间上的可视化显示,实际业务应用表明,具有良好的人机交互和数据处理能力,具备一定的数据统计分析功能.实现了对大气本底站反应性气体观测数据的统一管理和综合处理,已成为大气成分观测数据质量控制业务系统的一个重要组成部分.     

两次降雪天气过程预报中边界层风廓线雷达资料的应用

通过分析2009年10月31日至11月1日和2009年11月9-10日北京两次不同类型降雪天气过程中海淀边界层风廓线仪数据发现:①降雪开始前2h内底层偏东气流建立,且该气流里均有风速突然加强的现象,这对短时临近预报中预报降雪的起始时间有一定参考价值;②700 hPa以上出现冷平流或者冷平流加强且高度降低,也是降雪即将开始的一个特征;③风廓线资料计算得到的温度平流廓线可以较好的反应大气稳定度情况,为判断降雪是否为对流性降雪提供可靠依据.在临近预报中加强风廓线和温度平流的监测,对临近转折性天气的预报有指示意义.     

利用风廓线雷达研究郑州机场低空急流特征及其对飞行的影响

利用2016、2017年郑州机场高分辨率边界层风廓线雷达半小时平均观测资料, 对机场上空低空急流时空分布特征进行统计研究, 结果表明:夏末、秋季低空急流出现次数相对较少, 春季、夏初是高发时期, 冬季易出现较强的超低空急流, 只有春季风速从低层到高层呈现先增大后减小、再增大的变化过程, 8月末可能是急流的时空转换期; 夜间和凌晨是高发时段, 白天降低30%~40%, 一般情况下, 00—12时(世界时, 下同)急流较弱, 12时后明显增强向上发展, 19时开始减弱, 持续至21时; 急流中心最大风速一半以上在12~18 m/s, 高度集中在60~180 m和300~900 m, 超低空急流占大部分, 夜间出现最大风速的概率远高于白天; 低空急流发生高度大部分在飞机起飞或着陆的范围内, 使飞机复飞概率增加, 对夜间航班影响更大。      

国产MWP967KV型地基微波辐射计探测精度

MWP967KV型地基微波辐射计是我国自主研发,拥有完整自主知识产权的新型大气微波遥感探测设备,为了实现国产设备在气象业务中的应用,需对设备的探测精度进行对比分析。利用2015年8月—2018年3月四川盆地南部山区的无线电探空数据和地基微波辐射计数据,分析晴空和有云天气条件下温度廓线、相对湿度廓线和水汽密度廓线及相关物理参数的精度。结果表明：晴空、层积云和高积云的微波辐射计与探空仪的温度、水汽密度和相对湿度相关系数整体上分别在0.9890,0.9665,0.5868以上,均达到0.01显著性水平。3种参数廓线的相关系数整体均呈地面大于高空,仅温度廓线相关系数达到0.01显著性水平,相对湿度廓线和水汽密度廓线在高空的相关系数未达到0.01显著性水平。3种参数的相关性整体上温度最高,水汽密度次之,相对湿度最低。温度、相对湿度和水汽密度的均方根误差平均值分别为2.8℃,22%和1.38 g·m-3,温度廓线和相对湿度廓线在层积云和高积云的云中及云上的精度明显降低,均方根误差较云层下温度升高1℃~2℃,相对湿度增大10%~20%。逆温层会影响廓线及物理参数的精度。晴天或云天等大范围相似天气条件下,探空气球飘移距离与温度廓线、相对湿度廓线和水汽密度廓线偏差的相关性较弱。     

高原地区基于微波辐射计反演大气廓线的神经网络算法研究

以2007~2018年西宁二十里铺气象站探空资料为模拟样本,利用MonoRTM模式模拟中心频率21.985~58.759GHz的35通道亮温,应用BP神经网络对模拟数据进行反复训练,构建最优反演模型,并以2019年探空资料为测试样本,对比分析了不同季节和不同天气条件下BP神经网络与微波辐射计的反演效果。结果表明：晴空条件下,BP神经网络与微波辐射计在温度反演上效果最佳,水汽密度次之,相对湿度最差,其中冬春季BP神经网络反演效果优于微波辐射计,夏秋季反之;有云条件下,BP神经网络温度反演效果在冬、春和夏季均优于微波辐射计,其水汽密度反演效果在四季均较微波辐射计有明显提升,其相对湿度反演效果在冬、春和夏季均较微波辐射计更佳。晴空和有云条件下,BP神经网络在不同季节反演温度、水汽密度和相对湿度的平均绝对误差和标准偏差均小于微波辐射计,尤其是相对湿度的反演精度提升最为明显。晴空条件下,BP神经网络反演温度廓线在春、夏和秋季效果最佳,反演水汽密度廓线在中低层精度较高,反演相对湿度廓线的精度较差,但基本和探空资料趋势一致;有云条件下,BP神经网络反演温度廓线与晴空时基本一致,较微波辐射计精度更高,反演水汽密度和相对湿度廓线在8km以上效果较好。