Precise orbit determination of BeiDou constellation: method comparison

Chinese BeiDou navigation satellite system is in official service as a regional constellation with five geostationary earth orbit (GEO) satellites, five inclined geosynchronous satellite orbit (IGSO) satellites and four medium earth orbit (MEO) satellites. There are mainly two methods for precise orbit determination of the BeiDou constellation found in the current literatures. One is the independent single-system method, where only BeiDou observations are used without help from other GNSS systems. The other is the two-step GPS-assisted method where in the first step, GPS data are used to resolve some common parameters, such as station coordinates, receiver clocks and zenith tropospheric delay parameters, which are then introduced as known quantities in BeiDou processing in the second step. We conduct a thorough performance comparison between the two methods. Observations from the BeiDou experimental tracking stations and the IGS Multi-GNSS Experiment network from January 1 to March 31, 2013, are processed with the Positioning and Navigation Data Analyst (PANDA) software. The results show that for BeiDou IGSO and MEO satellites, the two-step GPS-assisted method outperforms the independent single-system method in both internal orbit overlap precision and external satellite laser ranging validation. For BeiDou GEO satellites, the two methods show close performances. Zenith tropospheric delays estimated from the first method are very close to those estimated from GPS precise point positioning in the second method, with differences of several millimeters. Satellite clock estimates from the two methods show similar performances when assessing the stability of the BeiDou on board clocks.     

台风“摩羯”与“温比亚”环流中龙卷小尺度涡旋特征及可预警性分析

利用多普勒天气雷达探测资料,结合常规气象观测资料和天气实况及灾情调查,对2018年8月14日台风“摩羯”（1814）和8月19日台风“温比亚”（1818）产生龙卷的环境物理量及龙卷风暴强度结构特征进行了分析,对诱发龙卷和未诱发龙卷的小尺度气旋性涡旋特征进行了对比。结果表明：两次台风减弱低压东北象限是龙卷发生的关键区,低层高湿,强的低层垂直风切变和大的相对风暴螺旋度是关键物理量;龙卷出现时都伴有ΔV＞20.0 m·s-1的小尺度气旋性涡旋,且基本出现在2.0 km高度以下,但并不是所有这种低层小尺度气旋性涡旋都能诱发龙卷;以ΔV＞20.0 m·s-1为阈值,龙卷识别具有较高的命中率,识别准确率为31.8%,空报率为67.4%,漏报率为6.7%;约35.7%的龙卷没有识别时间提前量,半数龙卷几乎没有预警时间提前量。     

一次飑线过程多普勒雷达资料分析

利用济南CINRAD/SA多普勒雷达产品,针对2006年7月5日飑线天气过程,分析回波发展演变、流场结构,讨论外流边界、强下沉气流与大风的关系,分析组合反射率因子、垂直液态含水量、中气旋产品特征.结果发现,飑线过境时风速出现两个极大值,一个出现在外流边界影响时段,另一个发生在强回波下沉气流影响时段;在横槽南下过程中,飑线后部强入流不断补充,前侧暖湿气流沿着后部入流爬升,不断产生新的单体,使得风暴得以维持发展;在垂直流场结构上表现为前侧暖湿气流倾斜上升,然后主体部分向后倾斜,后部有冷空气注入,形成下沉气流,下沉气流在地面附近辐散,与前侧入流形成低层阵风锋,是造成地面破坏性大风的主要因素.在水平流场结构上表现为低层存在气流辐合上升运动,中层有气旋性旋转气流,风暴高层为辐散气流.飑线消散阶段后期中层出现MARC,带来大风天气,而同时伴有冰雹天气的风灾产生在飑线达到最强至开始减弱的时段.当回波强度≥50dBz,且垂直液态含水量≥35kg·m-2,当有中气旋时,有利于产生冰雹和大风天气;外流边界的出现,反映了强对流回波后部下沉气流较强,是灾害性大风的前兆.     

冷涡背景下山东省“5·17”极端强对流天气环境条件分析

2020年5月17日,山东省出现大范围强对流天气(简称“5·17”强对流),冰雹范围之广为近10年之首。对流风暴高度组织化,区域性的超级单体群以及一条长度超过500 km的强飑线造成此次极端强对流天气。利用ERA5再分析、加密自动气象观测站、多普勒天气雷达等资料,剖析了此次极端强对流天气的环境条件。结果表明:冷涡位于最有利于山东出现强对流的关键区,大尺度天气系统强迫强,对流层中层异常强的冷空气南下影响前期异常增暖的山东地区,造成“5·17”极端强对流。天气系统的异常程度更能代表动热力强迫的强度,异常程度达到2σ以上有可能造成极端强对流天气。当冷涡南下过程中强度减弱,但异常程度增加时,其东南象限仍能产生极端强对流天气。强的深层垂直风切变有利于对流风暴组织化发展,飑线的长轴走向与0～6 km垂直风切变矢量方向相同,新单体发生、发展、合并的区域位于风矢量差大值中心前沿。低层暖湿平流源源不断地向山东输送暖湿空气,是CAPE重建的机制,是超级单体群和长飑线得以长时间维持的主要能量来源。     

2020年5月17日和6月1日山东强冰雹风暴双极化特征分析

利用济南、青岛和烟台S波段双偏振多普勒天气雷达资料和常规观测资料以及天气实况,对2020年5月17日和6月1日两次强对流天气过程的关键环境物理量和风暴低层强冰雹区偏振量、三体散射、强冰雹衰减等偏振特征等进行了分析。结果表明:1)两次强对流天气都具有大的温差和强垂直风切变,中层较干。5月17日山东半岛0～6 km垂直风切变更强,低层湿度更大,湿球0 ℃层高度较低,是产生多个超级单体风暴并出现特大冰雹的关键物理量。2)5月17日城阳风暴低层强冰雹区具有适中的差分反射率（ZDR）和偏小的相关系数CC及偏大的差分相移率（KDP）。ZDR多在0.30～2.60 dB之间,平均为1.50 dB;CC多在0.900～0.965之间,平均为0.931;KDP多在2.0～6.3(°)·km-1之间,平均为4.1 (°)·km-1。少量融化的冰雹粒子和大的雨滴导致适中的ZDR和偏大的KDP。3)6月1日长清风暴低层强冰雹区具有偏小的ZDR和偏小的CC及大的KDP。ZDR多在-0.12～1.50 dB之间,平均为0.68 dB;CC多在0.925～0.970之间,平均为0.950;KDP多在4.0～7.6 (°)·km-1之间,平均为5.8 (°)·km-1。高浓度的液态雨滴和融化的小冰雹粒子导致大的KDP。4)三体散射、旁瓣回波、衰减及波束非均匀填充(nonuniform beam filling,NBF)等特征可作为冰雹识别判据。衰减特征在ZDR产品上表现较为明显,风暴核后侧较长径向上出现负值区,显著衰减可作为特大冰雹的判据。NBF仅在CC产品上有明显特征,风暴核后侧较长径向上CC明显较小。     

Developing a 2D vertical flow and sediment transport model for open channels using the Youngs-VOF method

A 2D vertical(2DV) numerical model,without σ-coordinate transformation in the vertical direction,is developed for the simulation of flow and sediment transport in open channels.In the model,time-averaged Reynolds equations are closed by the k-ε nonlinear turbulence model.The modified YoungsVOF method is introduced to capture free surface dynamics,and the free surface slope is simulated using the ELVIRA method.Based on the power-law scheme,the k-ε model and the suspended-load transport model are solved numerically with an implicit scheme applied in the vertical plane and an explicit scheme applied in the horizontal plane.Bedload transport is modeled using the Euler-WENO scheme,and the grid-closing skill is adopted to deal with the moving channel bed boundary.Verification of the model using laboratory data shows that the model is able to adequately simulate flow and sediment transport in open channels,and is a good starting point for the study of sediment transport dynamics in strong nonlinear flow scenarios.     

山东半岛冷流暴雪雷达回波特征

利用烟台多普勒雷达资料,结合天气形势,对2005年12月3-7日和2008年12月3-6日山东半岛北部的冷流暴雪过程进行了分析研究。结果表明：东北冷涡造成强冷空气频繁,在对流层低层山东半岛存在强冷平流,海面温度和低层大气温度的较大温差造成了低层大气不稳定;渤海和黄海北部海区为降水提供了丰富的水汽;冷流暴雪产生在对流层低...     

山东高唐EF3级龙卷S波段双偏振雷达探测特征

利用济南CINRAD/SA-D双偏振天气雷达的探测数据,结合龙卷实地调查资料,对2021年7月11日发生在山东聊城高唐的一次EF3级龙卷风暴的雷达回波演变过程、龙卷风暴单体的结构及龙卷风暴的中气旋(M)、龙卷涡旋特征(TVS)和龙卷碎片特征(TDS)进行分析。结果表明:(1)龙卷发生在高空冷涡及地面气旋共同作用天气形势下,龙卷位于地面气旋中心东偏北方向约200 km处;螺旋状对流云带中2个较强对流单体合并发展,演变成超级单体风暴,其后部下沉气流较强,与强的入流共同作用,诱发了强龙卷。(2)风暴中中气旋的顶高大多在5~7 km之间;龙卷发生前中气旋最大切变平均值为19×10^(-3)s^(-1),龙卷维持期间,中气旋最大切变平均值达到51×10^(-3)s^(-1)。(3)高唐龙卷涡旋底层双偏振参量主要特征是大的水平极化反射率因子,小的甚至负的差分反射率ZDR,小的相关系数CC;TDS时间及空间特征是,底层CC都小于0.7,CC低值区的面积在龙卷生成后随时间明显增大,CC值底层最小,随高度逐渐增大;CC低值区的面积低层和顶层较大,中间层较小;龙卷生成后TDS最大高度随时间逐渐增高,龙卷最强时TDS最高达到4.8 km,之后逐渐降低;龙卷消散后,1.5°以上TDS的特征很快消失,0.5°仰角TDS特征继续维持了大约11 min。     

山东省两次暴雪天气的对比分析

应用常规天气图资料、探空资料、加密自动站观测资料、地基GPS/MET遥感大气水汽观测资料、卫星云图、多普勒雷达观测资料和NCEP/NCAR 1。×1。再分析资料,采用诊断分析和对比分析方法,对山东省2009年11月11 12日和2010年2月28日两次暴雪天气的水汽、热力、动力条件和中尺度特征进行对比分析。结果表明,(1)两次暴雪都是受高空槽影响产生的,700hPa附近有较强的偏南气流向暴雪区输送暖湿空气,整层大气高湿近于饱和,中低层有逆温,整层温度≤0 C;暴雪产生在700～500 hPa槽前西南气流前部、850 hPa东北风与东南风辐合的区域,近地面层都为东北风。(2)不同点是,前次暴雪过程中低层先有冷空气影响,然后中高层暖湿气流北上,中低层能量低,以稳定性降雪为主,持续时间长;后次暴雪过程中,先是中低层暖湿气流北上,而后强冷空气从低层锲入,低层形成低涡,地面形成气旋,中低层对流不稳定,对流发展,降雪强度大,持续时间短。(3)暴雪期间GPS/MET水汽监测的可降水量在20 mm左右,对降雪量有一定的指示性。加密自动站观测中温度0C线是雨、雪的分界线,有助于判别降水的形态。