阵列天气雷达高分辨率强度场融合方法研究

阵列天气雷达是一种具有高时空分辨率的新型天气雷达,采用分布式相控阵技术探测强对流天气的精细化流场和强度场,为小尺度强对流天气研究提供了新技术及工具。文章提出一种高分辨率强度场融合方法:计算每个方位向和仰角方向分辨率扩展系数,依次对强度值进行填充;将极坐标形式强度值转换成笛卡尔坐标;对多个收发子阵强度值进行融合。利用模拟雷达探测来定性及定量地评价高分辨率强度场融合结果,验证了融合方法的有效性。通过分析了一次真实降水个例,证明了本文得到的100 m分辨率的强度场融合资料具有更为精细完整的回波结构。     

北京S波段天气雷达夜间晴空回波产生原因

S波段天气雷达在夜间往往能探测到大量晴空回波。根据生物随风迁飞迁徙的定向运动特征,结合L波段无线电探空数据与2018年3—10月北京S波段天气雷达数据,分析晴空回波在不同时段、不同风向下的变化,讨论晴空回波产生原因。通过天气雷达数据发现,晴空回波的反射率因子在6—8月初明显小于5月与9月,呈回波强度低谷,同时在5月与9月晴空回波高度可达2 km以上。通过与100 m,750 m和1.5 km高度的探空风向数据对比,反射率因子平均值未展现生物定向迁飞活动所导致的强度变化特征,反射率因子分布不随风向发生明显的季节性变化。与探空数据对比发现,温度垂直递减率与水平风切变大小的变化趋势与组合反射率因子变化趋势一致,认为北京地区晴空回波主要由大气边界层湍流造成。     

云雷达和微波辐射计联合反演大气湿度廓线的初步研究

利用中国气象局大气探测试验基地的微波辐射计亮温值、对应的云雷达测得的反射率因子和L波段探空数据,采用BP(back propagation)神经网络作为反演工具,反演得到大气垂直湿度廓线。将天气情况分为晴天、低云、中云和高云四种情况,对比不加入反射率因子的反演湿度廓线,分析两种反演方法在各高度层的均方根误差。对比结果表明,加入反射率因子的反演湿度廓线与探空廓线的相关系数平均值为0.862,均方根误差为14. 9%,而不添加反射率因子的相关系数平均值为0.763,均方根误差为19.2%。     

无人直升机搭载大气颗粒物采样装置的前期地面评估

与搭载气溶胶观测和分析仪器测量相比,利用无人直升机搭载气囊采集高空大气颗粒物是一种经济、便捷和安全的采集方式。为了解无人直升机采样装置的采样效果,选择2014年10月至2015年3月的4次重污染天气过程,由无人直升机搭载气囊采集大气颗粒物,然后利用气溶胶采样器采集气囊内的大气颗粒物样品并计算采样时间,再利用气溶胶采样器采集相同时间段内的地面大气颗粒物(气囊外),并将两者进行对比。结果表明:在稳定的污染天气条件下,采集气囊内的大气颗粒物,与相同时间段内利用气溶胶采样器直接采集气囊外的大气颗粒物相比,两种方式采集到的大气颗粒物质量最大差值29%,最小差值11%,平均为21%;利用无人直升机的大气采样装置采集大气颗粒物对碳气溶胶组分影响很小,气囊内与气囊外OC/TC最大相差2.0%,最小相差0.5%。上述结果表明,无人直升机的大气采样装置有比较好的采集效率,利用气囊这种经济、便捷、安全的方式,搭载在无人机平台上,采集高空大气是一种获取气溶胶垂直廓线的有效方法,有望在未来的气溶胶气候和环境研究中提供宝贵数据。     

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。     

微型无人驾驶飞机探空初步试验研究

对具有自动导航，自动驾驶功能的微型无人驾驶飞机探空的可行性进行了初步研究。设计了水平空速归零测风方式，利用全球定位系统测风，进行了微型无人驾驶飞机探测试验。研究表明，微型无人驾驶飞机可成为一种方便，经济，灵活的探空工具。     

基于太阳能无人艇的海洋气象观测系统及其初步试验

中国沿海地区以及濒临海域经常发生多种灾害性天气,包括大风、暴雨、大雾和海上强对流天气等,原位探测资料的缺乏极大影响了这些天气生消演变规律的深入研究以及预报准确性的提高。为了实现海上自动部署、机动安全和实时的多要素原位探测,研发了一种基于太阳能无人艇的海洋气象水文探测系统,工程样机命名为MWO-I(Marine Weather Observer-I),2015—2019年该系统进行了多次海上试验。本文对这一长航时海洋气象探测系统进行介绍,并给出2018年4月一次海上探测试验个例的初步结果。     

边界层风廓线雷达资料在北京夏季强降水天气分析中的应用

利用北京城区及周围3个站的Airda 3000边界层风廓线雷达提供的风廓线资料,详细分析了北京2005年8月3日的一次强降水天气过程.分析表明,降水前十几小时出现双层低空急流,急流层内结构复杂,呈现多中心结构.风廓线观测揭示,南高空槽和弱冷空气共同诱发产生的切变线低涡是产生此次暴雨天气的主要中尺度系统,暴雨系统有很复杂的垂直结构.强降水开始前数小时(夜间)城区地面风场辐合,在临近降水和降水开始时辐合(或切变)层向上发展,这一过程有利于降水的发展.     

地基主动式云自动观测设备外场比对试验

对2015年1—5月安装在中国气象局大气探测试验基地的Ka波段毫米波测云仪(HT101)和2种型号激光云高仪(CYY-2B、HY-CL51)进行比对试验。试验期间以L波段业务探空气球的入云和出云高度为云高标准,对测云仪从云体探测率、准确性、天气适应性等方面进行分析,结果表明:(1)毫米波测云仪的云体探测率最高;(2)以探空气球入云高度为标准,毫米波测云仪云底高度探测相对偏差最小;(3)毫米波测云仪有较强的云顶高探测能力;(4)毫米波测云仪天气适应性最强,在多层云、卷云、低能见度条件下HT101探测性能优于CYY-2B、HY-CL51。     

结合毫米波雷达提取降水条件下风廓线雷达大气垂直速度的研究

风廓线雷达主要是利用大气湍流对电磁波的散射作用,在晴空条件下对大气风场等进行探测。在降水天气下,风廓线雷达能同时接收到大气湍流回波和雨滴的散射回波信号,其探测到的回波功率谱中降水信号谱和大气湍流信号谱叠加在一起,使得大气的运动被雨滴的运动信息所掩盖,给后续的大气风场反演带来误差。而毫米波云雷达在降水天气下仅能探测到云雨粒子的回波而无法探测到大气湍流回波,基于这一差异结合毫米波云雷达资料对风廓线雷达功率谱数据进行订正,剔除其中的降水回波信息,进而获取正确的大气运动垂直速度。通过一次典型弱降水天气过程的雷达资料对该方法进行了可行性验证,并将计算得出的大气垂直速度与传统双峰法提取的大气运动垂直速度及原始风廓线雷达垂直速度进行了对比分析,显示在弱降水天气下该方法能有效消除降水对风廓线雷达垂直速度测量的影响,提高弱降水天气下测速准确率,并且在湍流谱极其微弱的情况下该方法也能准确地获取到大气运动垂直速度信息。但是云雷达回波在降水时会有衰减,虽然是弱降水也会导致在高层距离库上的订正效果变差,故目前只适用于弱降水时低距库处的降水订正。