气球携带探空仪上升和降落伞携带探空仪下降的全程探空对比分析

开展气球携带探空仪上升和降落伞携带探空仪下降的探空仪观测试验,建立针对下投式的温度、湿度和气压试验评估方法。试验结果表明上升段的北斗温度、气压测量准确度与RS92基本相当,湿度差于RS92双加热湿度传感器;下降段的北斗温度测量准确度与下降段的RS92基本相当,气压由于快速下降对定位有一定影响从而导致气压误差较大,相对湿度误差基本上在5%以内,符合WMO的测量要求;与风廓线雷达进行时空匹配,上升段北斗风向测量准确度差于RS92,风速测量准确度明显优于RS92。试验同时还验证了气球携带探空仪上升和降落伞携带探空仪下降全程2次探空观测模式具有很好的应用前景,可以实现高空站网的时空加密。     

全程探空记录数据分析

文章通过分析探空仪上升和下降这两个阶段所得资料,发现下降段温度元件的长波辐射误差、太阳辐射误差均比上升段的相应误差小,下降段温度元件的滞后误差比上升段相应误差大,但下降段温度元件总体测温误差并没有增加。外界温度变化速率的大小对现用探空气压传感器影响不大,同时从上升和下降两段观测到的等压面和对流层顶气压看,下降段气压观测误差几乎没有出现,不影响观测的可用性。湿度滞后误差与环境温度密切相关,测湿误差虽然较大,但其观测误差仍然远远好于过去的59型探空仪。雷达测风数据与探空仪上升或下降状态没有关系,因此探空仪下降段的资料可用。     

国产GPS探空系统探测能力分析

实验室测试和外场比对试验表明,我国研制的GPS探空系统采用卫星导航测风体制进行测风,GPS高度反算气压取代气压传感器,较之雷达探空体制要更为准确和精确。其在电气性能和稳定性、可靠性方面满足CIMO的探空要求。实验室测试表明,在采用新型温、湿、压传感器和测试条件情况下,准确性误差分别在±0.1℃、±2%、±1hPa之内,满足WMO对常规高空探测要求。与RS92型探空系统相比,国产GPS探空仪的动态测量性能除相对湿度准确性方面由于技术和工艺水平仍有一定差距外,其余要素已接近RS92的水平,尤其与GPS定位相关的气压、位势高度、风向和风速,其一致性标准差已与RS92相当,达到了较高的水平。与我国现有高空探测业务使用的L波段探空系统相比,测量准确性方面已优于L波段探空系统。     

飞机下投探空在台风探测中的应用

在海洋探测方面,利用飞机进行下投探空拥有巨大的潜力去弥补全球高空探测网的空白。台风形成后,飞机飞入台风中心或绕台风飞行,下投配有全球卫星定位(GPS)装置的"探空仪",探空仪上安装有温度、气压、湿度传感器,通过GPS定位测风,对台风实施立体观测。多年来,飞机下投探空能够充分掌握台风的整体气象要素分布结构,从而提高对台风强度和移动路径等预报的准确性,飞机下投探空在国际上已经从科学试验转变成业务应用,并且形成新型的探测技术——目标观测。本文主要总结了国际上利用飞机搭载下投式探空仪进行台风探测的发展历程,为我国开展下投探空,特别是台风监测提供可借鉴的经验。     

基于地心坐标系的卫星导航测风平滑算法

本文从高空风探测原理出发，提出可业务化运行的卫星导航探空系统高空风平滑计算方法。该算法首先根据北斗〖CD*2〗GPS（Global Positioning System）双模式探空仪提供的大地坐标秒间隔数据，基于地心坐标系计算原始高空风；然后，采用矢量滑动平均法对原始数据进行平滑处理。通过与同球施放的芬兰RS92探空系统做比对分析得出，滑动平均窗口在0～32 km高度范围内设置为34 s、在32 km高度以上设置为60 s条件下，卫星导航探空系统与RS92探空系统高空风测量结果吻合较好。该算法计算结果同基于站心坐标系计算的30 s滑动平均风基本相同，但其风速分量误差范围在32 km高度以下略优、在32 km高度以上减小明显，升空全程误差范围更为稳定。     

两种探空仪判别云垂直结构的对比研究

利用广东省阳江地区2010年7—8月WMO组织的国际高性能探空系统对比试验数据,对Vaisala RS92型探空仪和国产长峰探空仪的测云性能进行对比分析,并利用同步观测的Vaisala云高计和毫米波雷达数据进行了分析和验证。结果表明:两种探空仪判别的云层垂直结构都能较好地反映阳江的实际的云层情况。对于低云,两种探空仪的探测结果比较接近;对于不密实的云层,两种探空仪都会误判为多层云;对于高云,两种探空仪的判别效果均不理想,长峰探空仪还容易漏判云层。RS92探空仪探测的高云的云底和云顶的平均高度要高于长峰探空仪的探测结果。     

VAISALA探空技术及中国探空技术的发展

VAISALA公司推出的数字化探空仪RS92标志着VAISALA探空技术有了全新的发展,探空系统和探空仪完全实现数字化.RS92采用了数字技术,在提高测量精度、提高信息传输的抗干扰能力上都将获益.RS92的发射机占用带宽大约是RS80的十分之一.测风采用GPS扩频技术,大幅度提高测风数据获取率.温、压、湿传感器都有明显改进.中国探空技术要加强传感器和探空仪传感器测量手段的发展.     

RS92型GPS探空仪的性能试验与分析

采用同球施放的方法,对芬兰维萨拉GPS探空仪的性能进行了试验。结果表明：气压和湿度的测量一致性符合RS92型GPS探空仪的探空整体非确定性的标称;温度除白天10hPa外,其它各规定层都能够满足RS92型GPS探空仪的探空整体非确定性的标称;湿度、风速能够满足WMO对全球气候观测系统（GCOS）探空的要求,高度能很好满足WMO对GCOS探空的要求。辐射特性分析表明,RS92型GPS探空仪在70hPa以下受辐射影响较小,20hPa以上温度受辐射影响相对较大。出、人云特性分析表明,RS92型GPS探空仪的湿度测量性能较好,能较灵敏地跟踪湿度变化,温湿度配合合理,数据丢失情况比RS80型探空仪明显减少,但产品在稳定性、检测和软件方面仍需要改进。     

下投探空资料在台风莫拉克路径预报的应用试验

2009年8月7日中国大陆举行了首次利用机载下投式探空仪观测台风的试验,飞机在台风莫拉克与天鹅之间的云带相对稀薄区释放11个下投式探空仪。基于下投探空观测资料、常规探空资料和1°×1°分辨率的NCEP再分析资料,分析下投探空资料的可用性,并以下投探空资料初步分析了两台风间南海上空的风场、湿度场等大气特性;分别进行了有无以同化下投探空为初始场的GRAPES模式的模拟试验,以了解下投探空资料对台风莫拉克预报的影响作用。初步结论表明,台风天鹅与莫拉克之间的南海上空对流层中低层为深厚的西南气流,对流层低层及高层湿度小,中间层大;同化下投探空资料后,观测地区(下投探空点及其附近)800 hPa以下西南风减弱,以上加强,湿度中低层减小;有无同化下投探空资料的初值场差异随模式积分向下游传播,影响台风的环境场,改变了台风的引导气流:同化后500 hPa台风引导气流偏东、偏北分量加强,使台风的路径更接近实况路径,48 h台风路径预报误差比原来减少18%。     

国产GTS1探空仪与VAISALA公司RS92探空仪对比分析

文章从静态指标与动态对比两个方面,对中国国产GTS1探空仪与芬兰Vaisala公司RS92探空仪的综合性能进行对比.对比结果表明,GTS1探空仪温度存在滞后误差,RS92探空仪湿度测量结果明显好于GTS1探空仪,200hPa以上RS92探空仪气压变化低于GTS1探空仪,测风精度方面RS92探空仪高于GTS1探空仪,850hPa以下和150hPa以上GTS1探空仪测风与RS92探空仪存在1m·s-1以内的系统差,RS92探空仪在整体性能上高于GTS1探空仪.     

L波段高空气象探测系统测风算法改进探讨

对我国高空气象观测业务中的平均风计算方法及其存在的问题进行了分析和探讨,提出了完全采用矢量平均风算法来求取高空规定层风的业务流程改进方案;用锡林浩特站和阳江站同球施放的RS92GPS探空仪与L波段雷达-GTS1探空仪的对比观测数据集,对20~200s时间窗口下的各种矢量平均风计算方案及其规定风层计算结果进行了分析比对,提出未来改进的L波段高空气象观测系统可以测试使用时间窗口为30~45s的矢量平均风、使得计算风层达到每150~350m高程一个,以便进一步提高与GPS测风结果的一致性、更好地满足预报服务部门对高空风垂直分辨率的应用需求。     

L波段探空系统高空风平滑计算方法探讨

在分析现行业务L波段探空系统测风原理的基础上,提出改进高空测风数据的平滑计算方法.首先比较了业务分钟风与滑动平均风两种高空测风数据的平滑计算办法,并与GPS RS92测风数据进行了对比分析和批统计处理,特别是对业务L波段雷达在1～21、22～42和43分钟及以后采取不同的时间隔计算风的规定给出了分时段以及低仰角、远距离和小风速的统计分析.结果显示,滑动平均法在选取合适的滑动平均窗口的条件下,其计算的高空风与GPS RS92测风结果一致性更好且动态误差小.建议未来改进业务L波段探空系统的高空风平滑计算方法时,采用窗口为1分钟的滑动平均方式或者前20分钟采用30秒,以后采用1分钟的分段滑动平均方法.     

RS92探空仪温压湿测量性能分析

Vaisala RS92探空仪代表了当今探空仪的较高水平,通常可以作为比对标准用来评估其他探空仪的性能。除了从其提供的指标确定其性能外,还可以根据实际施放过程中的探测数据进行评估。采用双Vaisala RS92探空仪同球施放比对法,对多天同一时次的探测数据进行统计,分析了其温压湿探测性能。结果表明,RS92型探空仪温压湿传感器的测量性能一致性较好,可作为比对施放时的标准探空仪来衡量其他类型探空仪的测量性能。     

高空气象观测规范改进及雷达元数据应用

对我国高空气象观测业务规范存在的纰漏和现行业务软件算法对观测秒数据利用率不高,导致计算结果精度不足等问题进行了分析,并就如何扩展应用L波段雷达〖CD*2〗GTS1电子探空仪系统元数据来解决相关问题进行了探讨。结果表明：测风秒数据的最大利用价值在于优化和调整量得风层的计算厚度（时间间隔）,可将L波段系统测风精度提高到与RS92 GPS探空系统同一数量级,基本满足业务部门对高空风的观测精度要求;通过对气球下沉记录处理流程的调整改进可实现相关记录数据段的妥善保存;引入探空和测风秒数据的野值综合判别、自动剔除和拟合补缺算法,可在提高秒数据利用率的同时进一步提升业务系统的智能化、自动化水平。上述新技术、新方法的采用,都须以对现行高空气象观测规范中的相关业务规定进行调整、改进作为前提。     

理想海域中台风引起的潮、流及波的分析 I 开阔海域的情况

采用理论分析与数值计算相结合的方法研究了理想开阔海域中的台风暴潮模型,讨论了开阔海域中移行台风下的海洋响应。分析表明,在开阔的浅海域,台风下的海洋运动以地转流为主,同时又激发出振幅较小的重力惯性流。重力惯性波是由于台风强度或移速的突然变化引起的,其波速通常大于台风移速。台风气压场造成海面升高且基本符合“静压效应”,但产生的正压流场非常微弱。伴随强风的气旋性风场造成的海面下降在台风经过之后可以维持很长时间,从而在台风后面形成一个长达几百公里的尾迹。而台风风应力和气压梯度力的总效果是在台风正前方造成海面上升,正后方造成海面下降。     

中国探空气球水平漂移总体特征分析

利用2003年4月至2008年8月全国119个探空台站采集的气球漂移信息,分析了中国探空资料水平漂移距离、漂移距离标准差以及漂移方向的分布特征。研究表明:各层探空气球的漂移距离冬季明显大于夏季;一般探空气球的漂移距离随探空高度的增加而增大,但在夏季南方地区由于风向随高度的反转会出现探空气球水平漂移距离随高度减小的状况。探空气球水平漂移距离的标准差随高度增加而增大,且其大值区分布基本上与水平漂移距离的大值区分布一致。从气球漂移方向上看,冬季的情况相对简单,全国各探空台站各层的漂移方向基本以向东为主;但夏季探空气球漂移的方向比较复杂,在对流层低层,全国各台站漂移方向基本以向东为主,而在对流层高层和平流层,北方地区漂移方向基本向东,而南方地区以向西为主。