Validation of the “HY-2” altimeter wet tropospheric path delay correction based on radiosonde data

Wet tropospheric path delay （PD） is a highly variable term for the altimeter measurement of a sea surface height, caused by the refraction effect of atmospheric water vapor and cloud liquid water. In order to esti- mate PD values, the ＂HY-2＂ system includes a calibration microwave radiometer （CMR） operating at 18.7, 23.8 and 37 GHz. The PD data of the CMR were compared and validated by coincident radiosonde profiles from ten globally distributed radiosonde stations during October 2011 to August 2012. The temporal interval was 1 h. In order to avoid land contamination, different spatial intervals between these two data sets were tested. The empirical fit function of PD uncertainty and spatial interval was found and extrapolated to the ideal situation that the data of CMR and radiosonde were totally coincident. The stability of the brightness temperature of the CMR and its impact on the PD correction was also studied. Consequently, the uncertainty of the PD algorithm of the CMR was estimated to be 2.1 cm.     

基于秒级探空资料分析四川重力波统计特征

利用2014年6月-2017年9月的秒级探空资料,选取四川地区5个代表性站点研究重力波在对流层（2~10 km）和平流层（18~25 km）的时空特征。选取结果表明:重力波能量在四川地区各个高度均存在明显的季节变化,冬季强,夏季弱;在对流层由于地形影响,川西和川北高原地区的能量小于其他地区。垂直波长没有明显的时空变化,在对流层和平流层分别集中分布于1.5~3 km和1.5~3.5 km;水平波长则差别较大,分别分布于0~300 km和100~700 km,平均值分别为100 km和350 km。重力波固有频率在对流层有较大的区域差异,表现为在四川西北部的高原地区固有频率平均值为3f（f为地转参数）,其他地区则仅为2.4f;平流层则没有明显的差异存在,均约为2f。四川地区重力波的垂直传播方向特征基本相同,在对流层约有50%的波动向上传播,平流层则有90%以上的波动向上传播。水平传播则存在明显的不确定性,特别是对流层;平流层水平传播方向存在明显的季节变化,表现为夏季重力波多向偏东方向传播,而其他季节则向偏西方向传播。     

Increasing free-air 0°C isotherm height in Southwest China from 1960 to 2010

Based on the radiosonde data observed at 14 stations in Southwest China from 1960 to 2010, as well as the corresponding surface air temperature, the long-term change of free-air 0℃ isotherm height in Southwest China and the relationships between surface air temperature and 0℃ isotherm height are discussed. The results indicated that the spatial distribution of 0℃ isotherm height is generally related with latitude, but the huge massif or plateau may complicate the latitude pattern. The two main regimes influencing the spatial patterns of 0℃ isotherm height in Southwest China are latitude and huge massif. The annual 0℃ isotherm height has increased by 35 m per decade in the recent decades, which is statistically significant at the 0.001 level. Generally, the increasing trend can be examined for each seasonal series, especially in winter （53 m per decade）. The diversity of trend magnitudes for annual and seasonal series can also be detected at a spatial view, but generally 0℃ isotherm height correlated well with surface air temperature.     

地面报中高山站资料的应用分析

无线电探空仪观测和地面观测资料作为天气分析和数值预报最常用、最重要的两种资料数据源,两者时空分辨率有着明显的差异。如何利用地面观测资料的高时空分辨率特点来补充探空观测资料在一些地区的欠缺和不足,特别是地面高山站资料的使用对对流层底层环流场的影响及对精细化数值天气预报风场分析指示意义等都需要进一步的探究。文章通过对地面高山站资料在资料同化中不同的使用方式的分析,探索其作为探空资料的补充在资料同化中的贡献。个例试验选取2013年6月29日00时地面资料和探空观测资料进行资料同化,试验方法:分别将地面高山站资料作为探空资料和地面资料应用于同化分析中,结果表明:地面高山站资料当探空资料使用时对850和925 hPa风场同化分析有正效果。在地面高山站资料当探空资料使用和当地面资料使用的对比中,其24 h 850和700 hPa高度和风场预报试验差异不显著;但24 h降水预报结果显示:地面高山站资料当探空资料使用对降水强度和位置的预报都有弱的正贡献。连续试验的降水预报检验证明:在地面高山站较多的西南区,高山站资料当探空资料使用在小雨、中雨、暴雨等量级的预报评分要优于高山站资料当地面报使用,且其预报偏差也较小;在中国区降水预报检验高山站资料当探空资料和地面报使用差异不大。     

可降水份的误差分析

分析了由无线电探空数据计算可降水份中逼近误差和观测误差的影响,利用香港的无线电探空资料计算出逼近误差和观测误差的影响分别为 0.5mm和 1.2mm,两者的综合影响为 1.3mm。     

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。     

四川探空秒级数据质量控制

基于L波段探空综合观测的逐秒数据制定了秒数据质量控制方法,对每次探空综合观测结束后的秒级数据文件进行大段数据缺失检查、瞬时值检查、施放点订正检查、放球时间订正检查、高度差检查、气温变率检查、气压变率检查、相对湿度变率检查、仰角变率检查、方位角变率检查、斜距变率检查、升速检查、终止点检查和僵值检查。通过该方法对四川2016年探空秒级数据文件进行质量控制,发现该质量控制方法可以很好地检查出L波段探空综合观测秒数据的错误。质控结果表明:通过高度差检查的放球次数仅有1105次,通过斜距变率检查的放球次数有2221次,方位角变率检查、气温变率检查、仰角变率检查有六至七成的通过率,施放点订正检查、放球时间订正检查、湿度变率检查有近九成的通过率,剩余检查通过率在九成以上。综合总的可疑信息数量和全年平均至1次放球提出的疑误数量,探空秒数据中不正常斜距出现频率较高,雷达计算高度与压高公式计算高度超阈值情况较多,其它检查发现的疑误相对较少。     

探空温度资料质量控制技术研究

探空资料质量控制是探空资料在数值模式同化应用取得较好效果的重要保障,随着模式分辨率不断提高,探空资料飘移信息越来越需要应用到同化算子。本文通过全球谱模式T639L60(简称T639)分析场和掩星探测系统COSMIC资料对2011年7月我国119个探空站温度资料进行分析,同时结合探空气球随高度飘移信息以及温度残余误差等因素,开展探空温度质量控制技术研究。研究结果表明：探空气球飘移距离随高度而增大,在300~100 hPa之间飘移速率较大;基于探空温度资料残余误差和飘移因素建立的双权重标准质量控制方法能有效保障资料质量,是否考虑温度残余误差和飘移信息对质量控制结果有明显影响。当考虑温度残余误差时,300 hPa以上离群资料量显著减少;考虑飘移信息时,高层飘移速率较大区间离群资料量明显减少;模式地形与测站地形的高度差异对质量控制结果有明显影响,当测站地形高度低于模式地形时,易出现离群点,且两种地形差异大小与离群点呈正相关,即地形差异越大,低层离群资料越多。     

AMDAR气温资料和常规高空观测气温资料的对比分析

为了解飞机观测气象资料(AMDAR资料)的可用性,推进AMDAR资料在湖南气象预报业务中的应用,对2013年5月至2016年12月的AMDAR资料时空分布特征进行了分析,并参考美国国家环境预报中心(NCEP)提供的AMDAR资料质量控制方法,对AMDAR气温资料进行质量控制,并在此基础上对湖南范围内的AMDAR气温资料和常规高空观测气温资料(长沙、怀化、郴州)进行了对比分析。结果表明:我国AMDAR资料主要分布在100 h Pa气压层以下,起飞和降落阶段资料约占68. 75%。AMDAR气温资料数据质量稳定,气温疑误率低于0. 13%。在对比样本上,AMDAR观测气温(t_a)与常规高空观测气温(ts)存在非常显著相关性,相关系数为0. 9966,均方根误差为1. 065℃,AMDAR观测气温平均偏低0. 13℃,差值呈准正态分布,且73. 76%的差值在-1~1℃。AMDAR观测气温与常规高空观测气温的差值分布与飞行状态和飞行高度相关,上升状态AMDAR气温偏高,下降状态AMDAR气温偏低。500 h Pa高度以下,样本飞行状态多为下降,t_a较ts平均偏低0. 25℃; 500h Pa高度以上,样本飞行状态多为上升和平飞,t_a较ts平均偏高0. 03℃。     

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.