L波段与59 701探空系统观测资料差异评估

利用四川在59-701探空系统向L波段雷达GTS1型电子探空仪系统转变时,就4个高空台站开展了两套系统对比观测的资料进行了差异评估。结果表明:太原厂59型探空仪所测的温度、位势高度比上海厂59型探空仪所测偏高。100 hPa高度以下温度、位势高度观测数据没有明显的跳变,但以上高度换型带来的变化较明显;两套系统所测湿度差异较大,近地面差值最小,差值随高度升高而增大;L波段系统所测湿度基本是低于59-701系统所测湿度。两套系统所测平均风向、平均风速差异较小。直接差异各要素差异的峰值均较大。各要素差值的离散情况随高度的变化各异,总体离散程度最大的是位势高度,其次依次是风向、湿度、露点、风速、温度。两套系统所测要素的差值变化趋势虽然普遍没有太大差异,但湿度、风向和风速的差值变化还是表现出与地理位置、季节和施放时间有关。两套系统在观测所使用设备、原理、精度、订正、观测方法、对比时的放球时间等的不同,都会引起测量值出现差异。     

59型与L波段探空仪温度和位势高度记录对比

利用全国探空系统换型时获取的70个高空台站的对比观测数据,计算了59型探空仪和L波段探空仪温度和位势高度的差异,分析了探空仪换型对于探空数据一致性的影响。结果表明:就全国平均而言,在100 hPa特别是在400 hPa以下高度,两套系统提供的温度和位势高度观测值没有明显的系统差异;但在70 hPa以上高空,59型探空仪测定的规定等压面温度比L波段探空仪低0.1～0.7℃,导致位势高度在20 hPa高度时偏低达30 m左右,换型前后变化明显。系统差异的产生与59型探空仪的生产厂家、施放地区和季节关系较大,进一步分析表明:太原厂生产的探空仪测得的温度在对流层偏高,在平流层偏低,位势高度在对流层偏高,在平流层逐步转为偏低;上海厂生产的探空仪测得的温度全程偏低,引起位势高度也全程偏低,因此两个厂家的59型探空仪相对于L波段的温度和位势高度系统差也有明显不同。用户在使用局部地区高空站59型探空仪的观测数据时需了解该59型探空仪的生产厂家。     

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。     

L波段探空仪器换型对高空湿度资料的影响

2002—2010年我国高空探测系统逐步完成了由原来的59-701型探空系统升级为L波段雷达-电子探空仪系统的工作,湿度传感器由原来的肠衣更换为碳湿敏电阻。该文对全国98个高空站相对湿度探测值在换型前后的差异进行了统计分析。结果表明:探空系统换型后,相对湿度探测值较换型前显著降低,表现为明显的干偏差,且随着高度的增加而增大,200,500 hPa和850 hPa相对湿度分别偏低14.6%,8.3%和5.3%。受太阳辐射的影响,这种干偏差在白天甚于夜间;换型前后相对湿度的概率分布也发生了明显变化,整个对流层相对湿度低于20%的低值出现频率明显高于换型前,200 hPa相对湿度小于20%的出现频率由换型前的10%增加到换型后的53%。最明显的变化是相对湿度为3%以下的出现频率,换型前各高度层出现频率均接近于0,但换型后200,500 hPa和850 hPa出现频率分别达到16.2%,9.9%和2.2%。     

用初估场对比中芬探空仪温度和位势高度记录

对部分高空台站2007—2009年近3年探空记录的统计分析表明:邻近测站同一型号探空仪的温度和位势高度记录与6 h数值预报初估场的平均偏差一致,但不同型号探空仪记录与初估场的平均偏差存在明显差异,因此可以利用初估场进行邻近测站不同型号探空仪之间的间接对比。该文利用初估场与台站探空记录的差值,分析了使用芬兰Vaisala公司RS92型探空仪的中国香港站与邻近的使用L波段探空仪的梧州、汕头、东源、阳江4站2年的温度和位势高度记录的系统差,结果表明:19:00(北京时,下同),L波段探空仪的温度和位势高度记录在平流层分别偏低达1℃和30 gpm;07:00,L波段探空仪的温度记录在对流层偏高0.4℃,导致其位势高度记录也在对流层偏高;两套设备的系统差不仅有显著的日夜差异和季节性差异,也存在一定的年际差异。     

L波段与59-701探空系统相对湿度对比分析

通过统计全国探空系统早期换型时获取的59个高空站L波段雷达-GTS1型电子探空仪系统相对于59-701探空系统在1000 hPa到200 hPa之间各规定等压面相对湿度的差值,分析探空系统换型对于相对湿度一致性的影响。结果表明:GTS1型探空仪测得的相对湿度明显比59型探空仪低,且差值随高度增加而增大,近地层二者相对湿度差值低于5%,200 hPa高度二者差值达到20%以上;冬季两套探空系统相对湿度的差值明显大于夏季,且差值随高度分布情况不尽相同。分析表明:相对湿度差值的变化除了与探空仪施放过程中外界温度变化相关,还与湿度变化趋势和变化幅度密切相关,湿度传感器存在湿滞回线和滞后现象。分析还发现,太原无线电一厂与上海长望气象科技有限公司制造的59型探空仪的性能差异不明显,且GTS1型探空仪与59型探空仪的两种湿度传感器在白天受太阳辐射的残余影响差异也不明显。     

中国GTS1-2型电子探空仪阳江国际比对结果分析

根据世界气象组织阳江第八届国际探空比对资料,对中国GTS1-2型探空仪系统开展了系统性评估。初步评估结果表明：GTS1-2型探空仪温度传感器系统偏差在0.2℃之内（高度在33 km以下）,标准偏差在1℃之内;气压传感器系统偏差在0.7 hPa之内,标准偏差在1 hPa之内;位势高度系统偏差在40 gpm之内,标准偏差在320 gpm之内;温度、气压、位势高度一致性较好,但是还需进一步改善高空辐射误差修正软件;湿度测量结果与其他国家有一定的差距,具体表现温度在-30℃～-50℃,时间常数明显增大,变化幅度变小,反应滞后;风向风速与GPS导航卫星定位测风的结果比较接近。     

新型GPS探空仪与业务GTS1 2探空仪对比分析

2012年8月,中国气象局气象探测中心在广东阳江开展自动探空系统新型GPS探空仪比对试验,对比分析其技术改进后的准确性,试验结果表明：温度测量性明显优于GTS1 2型探空仪。湿度测量结果与RS92型探空仪一致性较好,系统误差在15%RH内,标准偏差在12%RH内。气压系统误差全量程在±10 hPa内,标准偏差在08 hPa内。位势高度系统误差在±20 gpm以内,标准偏差在70 gpm内。GPS定位测风性能优于GTS1 2型探空仪配合L波段二次测风雷达测风性能结果。     

高空气象探测系统换型记录对比分析

利用青海省西宁市气象站L波段雷达探空系统和701雷达探空系统定时探测资料,应用统计学方法,分别对各标准等压面层的高度、温度、湿度、风进行差值对比分析,同时对500hPa高度、温度及其差值的分布特征进行研究。结果表明:L波段雷达探测系统感应灵敏,滞后误差小,所获资料离散性小,更加稳定可靠;L波段雷达系统高度、温度的测值比701雷达系统的测值偏高,湿度测值却偏低,07时偏高或偏低比19时明显,500hPa及其以下两者测值接近,差值较小,温度差值分布较高度差值分布集中;两种探空仪灵敏度的高低在对流层顶附近表现得更为突出,其差异更加明显;各层之间比较:高度平均绝对差值随着探测高度的升高而增大;温度平均绝对差值随高度的变化不尽相同,在温度突变的对流层顶附近差值幅度较大,同样当湿度变化剧烈时,其差值幅度也相应增大;风的变化随机性较大,总体上风向在对流层底部尤其在摩擦层内偏差相对较大,但随高度变化呈减小趋势,相反,风速平均绝对差值表现出随高度变化逐渐增大的趋势。     

L波段高空气象探测系统气压、高度观测数据分析

对甘肃省民勤站L波段高空探测系统GTS1型探空仪地面基测气压变量的统计分析表明,气压传感器在地面稳定的环境下感应的数值与标准气压数值相比偏低;在实时探测过程中,气压相差1hPa时,L波段高空探测系统所反映出的测高偏差随探测高度的增加而不断变大;对L波段雷达和GTS1探空仪测量高度的差值进行比较,所得的高度差随探空仪的升高而逐渐增大,探测高度到达36000gpm时,高度差约为1700gpm。     

杭州L波段和59-701高空探测系统资料对比分析

为比较L波段高空探测系统和59-701高空探测系统的资料异同,采用平均差、均方差比较的方法分析了杭州站平行观测一个月资料的温压湿资料,比较其异同及产生原因,为更好利用高空探测资料、改进L波段高空探测系统提供参考。通过比较发现:L波段高空探测系统比59-701高空探测系统所测的温度、高度资料更稳定、离散率更小,对提高预报准确率有利。两套系统的温度差值在70 hPa层出现明显拐点,其原因有待进一步研究。     

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。     

探空观测黑名单检查在变分同化系统中的应用

针对探空观测资料使用造成的某些区域GRAPES分析场存在虚假的高、低压系统问题,该文通过对比全球探空资料的位势高度观测与NCEP分析场,统计站点中观测质量较差的时次出现频数,确定探空位势高度观测黑名单。研究表明:500 hPa在印度地区、北大西洋和南极洲附近的探空位势高度观测与NCEP分析场的均方根误差在30 gpm以上的站点较多,且位势高度观测不可靠观测比率为20%以上的站点主要集中这些区域,以上观测站均列入黑名单。文中在GRAPES全球三维变分分析场的质量控制中加入探空位势高度观测黑名单检查,通过6 h分析预报循环试验表明:探空位势高度观测黑名单检查能有效提高分析场质量,GRAPES位势高度分析场在南极洲附近和印度地区有所改善。     

TK 2GPS人影探空火箭与L波段探空数据差异性分析

开展TK-2GPS人影探空火箭探测数据的分析检验,对于了解试验仪器的适用性和数据可靠性及其在人影中的应用前景非常重要。利用TK-2GPS人影探空火箭和L波段探空资料,采用平均偏差、均方根误差和相关系数等分析方法,对两种探空的温度、相对湿度、风向及风速等要素的差异性和变化特征进行了对比分析,并对可能造成差异的原因进行了探讨。结果表明:探空火箭与L波段探空同要素间均呈显著的正相关,通过了0.05及以上显著性检验。温度、风速平均偏差和离散度较小,相关性最好;相对湿度的平均偏差虽大,但相关性较好;风向在各高度层的离散度较大。两种探空的温度、风速垂直廓线变化趋势一致性高;相对湿度垂直廓线变化趋势存在一定差异,前者相对湿度较后者明显偏小。随水平探测距离的增加,探空火箭探测数据相对L波段探空的偏差值有所增大。通过相关分析建立的相对湿度订正方程,能很好地对探空火箭的相对湿度进行订正。     

长江中下游6—7月降水异常与500 hPa大气环流的关系

利用1951—2004年全国160站降水资料和NCEP/NCAR500hPa月平均资料,从中纬度西风环流、位势高度、纬向风、经向风、垂直速度场等方面,分析了长江中下游地区6—7月降水与500hPa大气环流的关系。结果表明,欧亚中纬度地区西风带多雨、少雨年均表现为长波的两槽两脊形势,但是槽脊系统差异显著。长江中下游地区降水与东亚500hPa上空位势高度场、纬向风、经向风、垂直速度场均有显著的关系,进一步证明了长江中下游地区6—7月降水与500hPa大气环流有密切关系。     

中国历史探空资料部分等压面位势高度订正

对中国高空探测历史资料进行静力学检查发现,1963年前900,800,80 hPa和60 hPa位势高度记录错误率异常偏高,20世纪70年代中期个别站250 hPa和70 hPa位势高度记录错误率也异常偏高。通过对中国高空观测规范历史沿革的分析和资料验证,指出受当时计算条件所限,这些等压面上的位势高度是在其他规定等压面的位势高度查表计算完成后,利用时间高度曲线通过人工插值估算获得,主观因素影响较大,易产生较大误差,因而错误率异常偏高。该文提出依据静力学原理重新计算这些等压面位势高度记录的订正方案,并进行效果检验。结果表明:该方案能够比较精确地还原台站观测时对位势高度的正确计算,错误资料订正后,相关高度静力学余差序列趋向均一,订正方案合理、有效。