船舶自动气象站真风观测试验与数据可靠性分析

阐述了移动平台真风观测的实现原理,利用仪器观测到的相对风和船风的矢量关系获取实际的风向风速。首次设计外场车载试验方案,开展移动平台周围环境、移动速度、移动方式、风传感器安装位置等因素对真风观测影响的研究。船舶自动气象站研发阶段,通过车载试验验证移动平台真风观测算法的合理性,对算法不断改进,使真风更加接近观测事实。船舶自动气象站应用阶段,对船舶进出港时动态和静态真风数据,以及与航线附近海岛站观测的风进行对比分析,利用二者的均方根误差表征船舶站风和自动站风的误差大小,以此评估真风观测数据的可靠性。     

新型拖缆式便携验潮仪

研制了一种新型拖缆式便携验潮仪。通过采用高精度绝对压力变送器、数字滤波采样、多点标定减少传感器误差等设计方法，稳定储存与传送水位数据，提高了观测精度。介绍了该型验潮仪的工作原理、技术途径、特点和应用方法。     

一个中国冻雨潜在发生指数的建立

利用中国高空和地面观测资料,分析了贵州等地冻雨发生时的气象要素变化特征。结果表明:冻雨发生时地面温度较低,处于-7.3~0.9℃;湿度较高,温度露点差0~3.9℃;风速1~2m/s;降水量不太大;且高空存在逆温层,在对流层中下层随高度升高,温度在某一特定值上下波动,达到某一高度后,温度随高度递减。根据冻雨发生的气象要素变化特征,定义了一个新的中国冻雨潜在发生指数,用以表征冻雨发生的潜在可能性,并对2005—2014年中国冻雨的发生进行效果检验。结果表明,效果检验对各台站冻雨情况模拟准确率在90%以上,对几次冻雨过程均能很好地表征出来。进一步的研究表明,将该指数与降水结合,模拟准确率显著提高。     

漂流式波浪浮标及其在西北太平洋的观测应用

波浪观测是海洋观测的主要内容之一,对海浪的现场观测和深入研究对准确预报海浪具有十分重要的意义。本文设计了一种新型漂流式波浪浮标,采用高精度惯性导航模块作为测量元件,同时高频获取三轴加速度、角加速度、欧拉角、地磁数据,通过内置ARM处理器对测量数据进行波浪参数的采集和解算。浮标具有整体体积小、成本低的特点,既可以漂流观测,也可以定点锚系观测,能够实现对海浪的长期、大范围、高精度观测应用。本文通过该漂流式波浪浮标在2019年西北太平洋航次的观测应用,对西北太平洋黑潮延伸体海区和日本海区域海浪的有效波高、周期等波浪要素的时空变化特征进行了详细分析,取得了良好的测量结果。     

Fraunhofer 漂浮式雷达与固定式测风塔测试阶段结果对比

为了验证国内首批漂浮式雷达测风装置的相关性和可靠性,了解设备测风精度的真实水平,在福清兴化湾样机试验风场区域通过漂浮式雷达测风装置与岛屿固定式测风塔同步测风。利用3个月的实际测风数据,对比分析岛屿固定式测风塔测风数据和漂浮式雷达测风装置在10,70,90和110 m四个高程的风速和风向数据,验证2种设备测风数据的完整性、合理性和相关性,最终论证漂浮式雷达测风装置在风速和风向方面的可靠性。对比结果表明:漂浮式雷达测风装置数据合理,完整率达到90%以上,相关系数超过0.95,漂浮式雷达测风装置各高度风速、风向均满足风资源评估的要求。     

黄海海雾数值模拟中多普勒雷达径向风数据同化试验

基于WRF(Weather Researchand Forecasting)模式及其3DVar(3-DimensionalVariational)模块,发展了一套多普勒雷达径向风数据的同化方案。针对2次黄海海雾个例展开了一系列同化效果对比数值试验,详细分析了同化雷达径向风数据对雾区产生改进的原因。研究结果表明:(1)仅同化常规观测数据不足以纠正初始场中海上大气边界层湿度偏干的状态,导致海雾模拟失败或雾区严重偏小,因此在同化多普勒雷达径向风数据之前,必须先同化从海雾卫星观测中提取的湿度信息;(2)同化多普勒雷达数据不仅显著地直接改进了近海面大气流场,而且会间接改善温度场,从而进一步提高海雾的模拟效果——2次海雾个例模拟雾区的ETS(Equitable Threat Score)评分改进率分别达到66.7%与62.1%;(3)黄海海雾数值模拟中首先要改进海上大气边界层的湿度与温度层结,在此基础上进一步改进近海面大气流场十分必要。     

基于ASCAT微波散射计风场与NCEP再分析风场的全球海洋表面混合风场

通过星下点的计算得出ASCAT散射计、HY-2散射计单独观测以及双星结合观测的全球覆盖率,分析了中国南海海域双星结合观测对采样率的提升。同时详细介绍了利用NCEP风场、星载微波散射计风场,用时空加权分析法结合构建混合风场的具体程序,构建的混合风场时空分辨率达到6 h、0.25°,时间序列2012年1月1日—2012年3月31日,并且用实际浮标观测数据进行了检验,得到构建的混合风场与观测数据比较一致的结果。     

一种浮标式的温盐传感器载体装置

表层海水盐度是海洋水文观测中十分重要的观测项目之一,对其连续观测数据进行统计分析,可获得本海域表层海水盐度状况及变化规律,对海上防灾减灾,促进海洋经济发展有着重要的意义。因此能否获取可靠的观测数据就非常重要。文章介绍一种浮标式的温盐传感器载体装置,由防缠绕固定模块、浮体配重模块和防护过滤模块3部分组成,既能防海水污损,又能减少物理（缠绕、振动、碰撞）因素的影响,大大提高了温盐传感器的使用寿命及观测数据的连续性和可靠性,并且维护方便,非常适合海洋站使用。     

Ekman模型时间变化风应力系数的伴随参数估计

本文基于时间分布参数设置,利用伴随同化方法,反演了Ekman模型中随时间变化的风应力拖曳系数,并在孪生实验和实际实验中对该方法进行了验证。在孪生实验中,研究了参数反演结果对不同影响因素的响应,包括:风速分布、风应力系数分布、风应力系数初始猜测值、风应力系数独立变量个数、观测数据误差和观测的深度。孪生实验结果验证了伴随同化方法反演Ekman模型中时变风应力系数的有效性,具体包括如下五个方面结论:1)不同风速分布下均能成功反演出不同风应力拖曳系数分布; 2)反演结果对初始猜测值较为敏感,风应力系数初始猜测值越接近给定值,反演结果越好;3)风应力系数独立点个数的选取会显著影响反演结果,合理的选择有利于提高反演效率及减小观测数据误差;4)观测误差能够影响反演结果,观测数据误差在20%以下时能取得合理的反演结果; 5)反演结果对观测数据的表层和次表层流速更为敏感,这是由Ekman流的物理性质决定的。实际实验,利用百慕大锚系试验平台的风速和流速数据,去除周期性潮流和地转流成分后得到Ekman流成分,并作为观测输入到该同化模型,反演出了适用于该区域和该时段的随时间变化的风应力系数。通过比较模拟流速和观测流速,证明利用伴随同化方法能从实测数据中反演出合理的时变风应力系数,对于海洋模型风应力系数的确定是一项有益的尝试。     

面向海洋观测与模式数据的客户端软件设计与实现

针对面向海洋观测与模式数据的客户端软件开发工作量大和通用性低的问题,结合传感器观测数据和模式数据的特点,提出了面向海洋观测与模式数据的客户端软件设计模型,通过原型系统验证了模型设计的有效性。该设计模型对于海洋观测与模式数据客户端软件的高效率开发具有重要作用。     

An improved QuikSCAT wind retrieval algorithm and eye locating for typhoon

This paper proposes a rain considered geophysical model function (GMF), to be noted as GMF plus Rain. GMF plus Rain is based on the basic raidative transfer model with attenuation and scattering effects of rain on radar signal considered. Combined with the NSCAT2 GMF and the rain correction model, the GMF plus Rain model is used to retrieve the ocean wind vectors from the collocated QuikSCAT and SSM/I rain rate data for typhoon Melor. The resulting wind speed estimates of typhoon Melor show improved agreement with the wind fields derived from the best track analysis of Japan Meteorological Agency (JMA). The results imply that compared with the GMF model, the GMF plus Rain model can improve the precision of wind retrieval under the rain condition. Then, a new general algorithm of locating the eye of typhoon through the normalized radar cross section (NRCS) is proposed. The implementation of this algorithm in the ten QuikSCAT observations of typhoon Melor suggests that this algorithm is effective.     

舟山市酸雨气象特征以及对农业影响分析

本文利用舟山市2004～2006年的定海测站酸雨观测资料.通过分析酸雨月、季、年变率,进一步揭示了影响舟山市酸雨的基本特征,分析表明海岛酸雨强度(PH值)与天气系统,降水量、风、雾等气象条件之间有密切关系.文中亦讨论了酸雨对农业生产的影响.     

Improving the wind and wave estimation of dual-frequency altimeter JASON1 in Typhoon Shanshan and considering the rain effects

Altimetry data have been widely used in various fiehts of oceanography, including the extreme weather events such as tropical cyclones, typhoons, and hurricanes. The performance of JASON1 in Typhoon Shanshan is assessed by examining the sensor geophysical data record and illustrates how the measured return waveform, significant wave height, and backscatter are all affected by various factors associated with the typhoon, with details by the rain are illustrated. The correction method to maintain accurate wave height and wind speed measurements in Typhoon Shanshan and the results are presented. Furthermore, the additional results of rain rate and typhoon eye diameter can be retrieved. Because of the lack of in-situ measurements of wind, wave, and rain rate at Typhoon Shanshan, results are compared with the forecasted typhoon data and a good agreement is found.     

基于C8051F021的智能化风传感器的设计

介绍了基于美国 Cygnal公司新型、高速 So C( System on Chip)单片机 C80 5 1F0 2 1研制的数字化风速风向传感器。它能自动完成风速、风向参数的采集及处理 ,并以 RS- 2 32 C(或 RS- 485 )的形式输出。实验证明 ,该传感器电路紧凑、性能稳定、功能完善 ,在海洋、陆地气象站有着广泛的应用前景。     

An improved wind speed algorithm for “Jason-1” altimeter under tropical cyclone conditions

Rain effect and lack of in situ validation data are two main causes of tropical cyclone wind retrieval errors. The National Oceanic and Atmospheric Administration＇s Climate Prediction Center Morphing technique （CMORPH） rain rate is introduced to a match-up dataset and then put into a rain correction model to remove rain effects on ＂Jason-1＂ normalized radar cross section （NRCS）; Hurricane Research Division （HRD） wind sPeed, which integrates all available surface weather observations, is used to substitute in situ data for establishing this relationship with ＂Jason-l＂ NRCS. Then, an improved ＂Jason-l＂ wind retrieval algorithm under tropical cyclone conditions is proposed. Seven tropical cyclones from 2003 to 2010 are studied to validate the new algorithm. The experimental results indicate that the standard deviation of this algorithm at C-band and Ku-band is 1.99 and 2.75 m/s respectively, which is better than the existing algorithms. In addition, the C-band algorithm is more suitable for sea surface wind retrieval than Ku-band under tropical cyclone conditions.     

一种QuikSCAT大风地球物理模型及其在台风IOKE风场反演中的应用

The geophysical model function (GMF) describes the relationship between a backscattering and a sea surface wind, and enables a wind vector retrieval from backscattering measurements. It is clear that t...     

AEL—1型风向,风速仪

本文介绍并叙述了AEL-1型风向、风速仪的设计原理,仪器各部分的电路设计,工作过程及系统软件。该仪器适用于气象台站、工矿企业、海上浮标及科研单位等部门。     

星载SAR对雨团催生海面风场的观测研究

雨团或对流雨是热带与亚热带地区的主要降雨形式,较易被高分辨率星载合成孔径雷达（SAR）探测到。SAR图像上的雨团足印是由大气中雨滴的散射与吸收、下沉气流等共同导致形成的。本文以RADARSAT-2卫星100 m分辨率的SAR图像上雨团引起的海面风场及其结构反演与解译作为实例进行分析。使用CMOD4地球物理模式函数,分别以NCEP再分析数据、欧洲MetOp-A卫星先进散射计（ASCAT）和中国HY-2卫星微波散射计的风向为外部风向,进行了SAR图像的海面风场反演。反演的海面风速相对于NCEP、ASCAT和HY-2的均方根误差（RMSE）分别为1.48 m/s,1.64 m/s和2.14 m/s。SAR图像上一侧明亮另一侧昏暗的圆形信号图斑被解译为雨团携带的下沉气流对海面风场（海面粗糙度）的改变所致。平行于海面背景风场其通过雨团圆形足印中心的剖面上的风速变化可拟合为正弦或余弦曲线,其拟合线性相关系数均不低于0.80。背景风场的风速大小、雨团引起的风速大小以及雨团足印的直径可利用拟合曲线获得,雨团足印的直径大小一般为数千米或数十千米,本文的8例个例解译与分析均验证了该结论。     

基于SAR图像雨团足印的海面风向提取方法

利用地球物理模式函数进行SAR海面风速反演时，需以风向作为地球物理模式函数的输入。本文应用了一种利用SAR图像上雨团足印顺风一侧比逆风一侧明亮的图像特征的海面风向提取方法，以进行海面风速反演。4景RADARSAT-2卫星SAR示例数据风向提取结果相对于ASCAT散射计的风向均方根误差满足不大于16°。分别以本文方法提取的风向和ASCAT散射计风向作为输入，利用地球物理模式函数CMOD5进行海面风速的SAR反演，两者的风速反演结果基本一致，其均方根误差差值不超过0.3 m/s。本文利用SAR图像雨团足印信息的风向提取方法准确可靠，可应用于SAR海面风速反演。     

HY-2 扫描辐射计风速数据产品与平台基观测数据的比较研究

基于南海北部PY30-1平台上2012年2月至9月测风仪观测的风速数据,开展了HY-2扫描辐射计风速数据比较研究。选取时空匹配窗口为5 min和25 km,利用HY-2扫描辐射计RM 100,70和35 km分辨率3种风速数据,分别与平台观测数据进行了比较。比较结果表明:在南海北部海域,HY-2扫描辐射计100 km分辨率风速和平台观测风速的均方根偏差为3.86 m/s;70 km分辨率风速和平台观测风速的均方根偏差为10.52 m/s;35 km分辨率风速和平台观测风速的均方根偏差为5.54 m/s。还进一步比较了有雨和无雨两种情况下HY-2扫描辐射计和平台数据的偏差,结果表明:有雨和无雨条件下都是100 km分辨率的数据偏差最小。这为在我国南海北部海域应用HY-2扫描辐射计的风速数据产品的选择提供了依据。