微波层析技术中非线性优化算法与线性迭代算法的比较

以机载平台为例,通过数值模拟试验比较了非线性优化算法(NLI)和线性迭代算法(LI)在微波层析云液态水空间分布时的反演效率。在NLI中采用有限内存的BFGS算法对非线性目标函数直接优化求解;在LI中采用修正初值的起作用集算法对线性方程组进行求解。首先通过模拟试验证明积分云液态含水量(TLWC)是衡量对空微波遥感方程的非...     

基于机载微波辐射计探测大气水汽通道饱和问题研究

183.31 GHz微波辐射计在探测低含量水汽时具有优势,但也存在通道饱和问题,定量研究该问题对明确该类型仪器探测水汽能力和适用范围具有重要意义。基于天津市人工影响天气办公室增雨飞机运-12搭载的183.31 GHz微波辐射计GVR（G-band water Vapor Radiometer）,采用探空资料对该辐射计4个通道进行饱和问题研究,定量计算其饱和阈值及探测灵敏度,分析各通道水汽探测能力及适用范围。结果表明:机载微波辐射计4个通道水汽探测灵敏度及饱和阈值与观测高度有关,当水汽含量较低时,通道1（（183±1）GHz）观测高度越高灵敏度越高,通道3（（183±7）GHz）和通道4（（183±14）GHz）观测高度越高灵敏度越低,通道2（（183±3）GHz）灵敏度几乎不受观测高度影响,通道1和通道4观测高度越高积分水汽探测饱和阈值越小,观测高度越低饱和阈值越大,通道2和通道3饱和阈值几乎不受观测高度影响。晴空条件下选择水汽探测能力最强的单通道对积分水汽含量进行反演,当积分水汽含量处于0—1.3、1.3—4.0和4.0—9.8 mm时,分别选择通道1、通道2、通道3作为反演通道,不同观测高度的积分水汽含量反演均适用。云的发射作用使辐射计各通道亮温升高,亮温升高幅度与云液态水含量、云与观测高度的距离及云厚有关,云液态水含量越大,各通道水汽探测灵敏度及饱和阈值越小;云天条件下选择水汽探测能力最强的双通道对积分水汽含量进行反演,以液态水路径区间来选择合适的水汽探测通道,液态水含量越高,积分水汽可探测范围越小。要探测到0.1 mm的积分水汽含量变化,机载微波辐射计（GVR）在晴空条件下的水汽探测适用范围为0—9.8 mm,其探测能力在云天条件下减弱,水汽探测适用范围因云液态水含量不同而不同。      

中国二氧化硫排放控制的效果评估

综合中国大陆二氧化硫排放源详细资料及国家所制定的酸雨控制区和二氧化硫控制区污染源控制排放目标,推算了1995年、2000年和2005年1.×1.网格的二氧化硫排放量;应用三维欧拉型污染物输送模式模拟计算了1995年硫沉降量和地面二氧化硫浓度的分布,以及依照控制目标实施后2000年和2005年控制区硫沉降和二氧化硫浓度的变化;根据中国硫沉降临界负荷的分布,计算了不同时期超临界负荷区和超临界负荷量.结果表明,2000年和2005年在二氧化硫排放量与1995年相比分别减少21.4%和28.4%的情况下,在我国大陆的硫沉降量分别下降了17%和24.7%;1995年中国超临界负荷区面积已达国土面积的32.7%,硫沉降超临界负荷总量占该年硫沉降总量的45.4%,危害相当严重;以目前的控制方案和控制目标,全国硫沉降超临界负荷总量比1995年减少12%～35.3%,超临界负荷区域面积减少0.3%～6.9%,超临界负荷区域面积减少非常有限.     

山东不同云系降水微物理参数特征

研究不同云系降水的微物理参数特征,对研究降水机制、人工影响天气、雷达定量测量降水、数值预报模式中微物理参数化方案的选择等都有一定意义。本文针对2015年济南地区的液态降水过程,基于微降水雷达(Micro Rain Radar,简称MRR)资料,研究不同云系降水的微物理参数。在400 m高度上,层状云降水0.02~0.2 mm h-1雨强样本数很大,但对累计降水量的贡献很小。混合云和对流云降水在大粒子端数浓度较高。在垂直方向上,层状云降水中的粒子的尺度较集中,中值体积直径D0平均在1 mm左右,随高度的变化不大。对流云降水在雨强大于20 mm h-1时,强垂直气流(包括上升气流和下沉气流)对粒子直径的影响较大,进而影响空中微降水雷达反演降水参数的数据质量。而垂直气流的影响对层状云降水影响较小,在层状云降水时,微降水雷达可以用来分析零度层亮带以下雨滴谱在垂直方向上的演变。     

GVR机载微波辐射计反演算法适用性分析

为研究GVR(G-band water Vapor Radiometer)机载微波辐射计自带反演算法在天津地区的适用性,将2016年北京探空资料分成春夏秋冬,对垂直累积液态水和垂直累积水汽的反演精度进行数值模拟检验。结果表明:垂直累积液态水反演精度随高度变化不明显,春夏秋冬4个季节反演结果相对偏差值范围分别为29%~78%、31%~71%、36%~67%、35%~79%,绝对偏差值范围分别为0.04~0.492 mm、0.075~0.294 mm、0.074~0.315mm、0.116~0.347mm;垂直累积水汽反演精度随高度降低(3000m以上降低更为明显),春、夏、秋、冬4个季节相对偏差3000m以下时分别为2.6%~20.8%、7.9%~19.1%、4.3%~16.5%、3.4%~14.2%,3000m以上时分别为6.4%~89.7%、12.5%~36.9%、13.2%~50%、11.8%~301%。与其他类型机载微波辐射计反演精度及GVR在北极地区地基观测反演精度相比,GVR自带反演算法在天津地区的垂直累积液态水和垂直累积水汽反演精度明显偏低。     

机载微波辐射计亮温数据中RFI识别方法研究

机载微波辐射计(G-band water Vapor Radiometer,GVR)在使用过程中发现存在无线电频率干扰信号(Radio-Frequency Interference,RFI),为准确使用数据,需对干扰信号进行识别和订正。在分析多种RFI识别方法在GVR数据中的适用性基础上,根据GVR探测及定标原理提出适用于GVR的RFI识别和订正方案。采用该方案对天津市2016年11月20日一次GVR亮温数据进行识别和订正,结果表明,该方法能较好的识别出各通道亮温数据中的RFI信号;RFI存在于多个通道中,时空分布无规律,具有随机性,为干扰源确定带来较大困难;RFI在亮温数据中除少数以孤立点形式存在,多数为连续干扰点,连续干扰点越多,订正效果越差,当连续干扰点较多时建议剔除该部分数据。RFI订正前后的反演结果对比分析表明,多数情况下,RFI的存在使得垂直累积水汽和垂直累积液态水含量值被高估,少数值被低估,单个通道做订正对反演结果的影响不同。     

济南地区大气可降水量三种观测反演资料的对比分析

大气可降水量在研究大气辐射和吸收,以及全球的热量输送,尤其是暴雨的预报预测等方面都发挥着重要作用。应用2015年章丘站GPS/MET、微波辐射计和L波段探空3种设备反演的大气可降水量数据,比较了三者之间的偏差特征。结果表明：GPS/MET、微波辐射计和L波段探空3种设备反演的大气可降水量变化趋势一致,但也存在明显的系统偏差,量值从大到小分别是GPS/MET、微波辐射计、L波段探空。三者之间的偏差在春夏秋冬四季的差值都较为稳定;GPS/MET比微波辐射计偏大4.5 mm左右,不会因为季节的改变而明显地增大或减小。但标准差最大是夏季,其次是秋季,冬季最小。由于12：00 UTC水汽含量大于00：00 UTC,造成3种探测手段反演的大气可降水量在12：00 UTC的标准差几乎总是大于00：00 UTC,而相对偏差小于等于00：00 UTC。     

云粒子测量系统的定标方法研究

云粒子测测量系统是开展云降水物理和人工影响天气研究的关键测量仪器。目前我国使用的这类仪器主要是由国外进口。不仅仪器的定标依赖于厂家使得用户在时间和经济上的代价很大,而且传统的玻璃珠定标方法也存在易粘连等缺陷。针对这个现状,提出一种新的定标方法。利用成熟的喷墨打印技术和视觉测量技术,产生可控、稳定的5种直径(10~50μm)连续微水滴,来定标云粒子测量仪器。本文详细描述了实现此定标方法的系统原型结构,分析了影响系统工作性能的因素,通过对同一CDP(Cloud Droplet Probe)探头定标与传统方法进行对比。结果表明,此方法能够满足云粒子测量系统的定标需求,该定标方法较传统方法易于控制且性能良好。     

基于地面雨滴谱资料分析层状云和对流云降水的特征

根据由声雨滴谱仪器测量得到的雨滴谱资料,结合降水云的结构来将降水云系划分成为对流云降水云系和层状云降水云系.分析这两种降水云系中的稳定雨滴谱特征,包括雨滴谱的各种特征直径(平均直径Dm、众数直径Dd、平均体积直径Dv、优势直径Dp、中数直径Dna和中数体积直径Dn)、峰值结构和Z-R关系等.通过对这些量的分析,进一步分析划分降水云系的判据.     

中尺度模式中各种湿物理过程的数值模拟

利用PSU／NCAR的MM5对1999年6月下旬发生在江淮流域的梅雨锋暴雨进行数值模拟试验，研究MM5中不同湿物理过程中对MM5模拟梅雨锋暴雨的影响。试验结果显示：中尺度模式MM5能一定程度再现一些观测的中尺度特征，对流参数化方案对网格格距的大小比较敏感；显式云物理方案考虑冰相后可明显改善模式对暴雨的模拟能力，尤其是采用Reisner包含霰的混合相双变参数谱方案的双重嵌套网格对降水量的模拟取得较好的效果。