黄海海域低空大气波导发生概率和特征量统计分析

基于2010―2018年全球电信系统（Global Telecommunication System,GTS）发布的探空站数据,对黄海海域周边8个站的低空大气波导发生概率和参数特征量进行了统计分析. 结果显示:黄海海域周边低空大气波导年发生概率为20%~50%,并呈现海域东部站点高于西部的规律;表面波导顶高和强度分别为100 m和10 M单位左右,截止频率不超过1 500 MHz,穿透角大于0.2°;悬空波导顶高、层底高和底高基本位于1 000~2 000 m,强度在10 M单位左右,截止频率不超过300 MHz,穿透角大于0.2°;各站点低空大气波导月份发生概率均在冬季最低,海域东部的光州和京畿道站月份发生概率分布比较相似,海域西北部的丹东、大连和成山头站月份发生概率分布比较一致;整个黄海海域的月份发生概率在冬季最低,不超过20%,春季逐渐提高,夏季达到40%以上,10月份开始降低,下降趋势持续到冬季,月份发生概率变化与该海域气象变化密切相关. 统计结果可以为该海域内雷达、通信等无线电系统的设计和运行保障提供参考.     

基于GPS探空数据的南海海域大气波导特征分析

为了更精确地掌握南海海域大气波导的统计特征,详细分析了大气折射率关于温度、湿度和压强的敏感性,并在此基础上利用2006—2010年南海航次GPS探空资料对该海域表面波导和悬空波导的发生概率和波导特征参数进行了统计分析.结果表明:表面波导年平均发生概率基本在20%以下,波导顶平均高度约为167 m,陷获层厚度一般不超过30 m,强度介于4.5~9.6 M,年度平均值为7.5 M;悬空波导年平均发生概率接近50%,波导顶高度一般介于1 100~1 300 m,陷获层厚度比表面波导略高,平均厚度为32.8 m,强度平均值与表面波导相当,但跨度比表面波导要小得多.统计分析结果可为南海区域舰载无线电系统的运行保障提供参考.     

基于MM5V3的大气波导预报可靠性和准确度分析

利用GTS高空探测数据和FNL最终分析数据验证MM5V3中尺度数值天气预报模式预报大气波导的有效性,验证区域为东海关注区、南海关注区和亚丁湾关注区,并分别从可靠性和准确度两个方面进行了分析.1）用GTS高空探测数据对表面、悬空波导预报结果进行了验证,结果表明:对一般强度表面、悬空波导预报可靠度为60%~80%;对强波导预报可靠度为80%以上;对波导顶高预报均方根误差为500~800 m;波导强度预报均方根误差为10~20 M.2）用4天的FNL数据对蒸发波导高发区预报结果进行了验证,结果表明:蒸发波导预报可靠度为90%以上;波导顶高预报均方根误差为2~3 m.总体而言,对于表面、悬空波导,MM5V3对强波导的预报可靠度较高,对一般强度的波导预报可靠度较低,且波导预报准确度很低;对于蒸发波导高发区,MM5V3可以初步实现波导的预报.上述结果为检验中尺度数值天气预报模式预报大气波导的有效性提供了参考,具有现实指导意义.     

中国近海大气波导的时空特征分析

利用2006～2007年高时空分辨率的NCEP-FNL大气再分析数据与气象观测数据,详细统计分析了中国近海大气波导的时空分布,给出了大气波导出现概率与其高度、厚度和强度等特征量的统计特征,并初步探讨了其成因.统计结果揭示:中国近海大气波导出现概率及波导类型的变化与东亚季风活动紧密关联,季风是其气候学成因;夏季时渤海、黄海、东海沿岸海域大气波导明显增多;台湾海峡与台湾东南毗邻海域常年是波导发生最频繁的海区.研究表明:借助中尺度大气数值模拟可以更细致地研究与预测中国近海大气波导的时空分布特征.     

中国低空大气波导出现概率和波导特征量的统计分析

本文简要说明了我们对大气波导的统计方法，并对统计结果作了讨论和分析。文中详细讨论了中国低空大气波导在不同地区的出现情况，说明了它们在各地出现概率随季节月份的变化情况及日变化情况，还说明了悬空波导和贴地波导基本分布状况；对于波导顶高、强度、厚度、高度等特征量，主要给出了它们的平均值和波导在不同数值上的分布。结果表明，我国低空大气波导出现的高概率区是南部沿海、东南沿海、东部沿海和西北地区中部；我国的四大高原、天山以北和东北平原是无波导区；我国低空大气波导的顶高一般在地面上２０００ｍ以内，强度在０～２０Ｍ单位之间，厚度一般是１００～５００ｍ，高度是西北地区绝大部分为０米，沿海地区大多数超过３００ｍ。同时文中也讨论了我国低空大气波导的分布和我国各地的具体地理位置、气候条件的相关情况。     

南海、东海蒸发波导出现规律的对比分析

利用2002年1～3月的铁塔平台气象水文数据以及New蒸发波导模型分析研究了南海及东海海域蒸发波导的出现规律,并利用实测数据对模型结果进行了检验.结果表明:南海海域蒸发波导的出现概率、高度、强度分别为100%、13.4m和30.3M,而东海海域分别为90%、9.1m和16.6M;除以14时为代表的中午时刻,南海海域一天当中蒸发波导基本上都出现在不稳定及近中性层结条件下,而东海海域蒸发波导在稳定、不稳定和近中性层结条件下的出现概率差别不大;相对蒸发波导高度而言,New模型诊断蒸发波导出现概率和强度的效果更好;不稳定及近中性弱不稳定层结条件下,New模型诊断的蒸发波导高度偏低,稳定层结条件下模型结果偏高,近中性弱稳定条件下模型结果与实测最吻合.     

悬空波导环境下AIS信号超视距传播特性分析

大气波导可陷获无线电波信号,使其发生超视距传播现象,影响无线电系统信号传播预测和性能评估应用。本文针对由探空数据诊断的悬空波导个例,利用对流层电波传播确定性方法模拟岸-船自动识别系统(automatic identification system, AIS)传播链路,定量研究了不同悬空波导环境影响下AIS信号的超视距传播特性。结果表明：波导强度50 M单位且底高约7 m的悬空波导环境下,AIS信号发生明显超视距传播现象;波导底高约700 m且强度较大的悬空波导环境也会对AIS信号传播产生影响;相比于单一悬空波导模型,复合悬空波导(文中指两个悬空波导层结构组成)环境对AIS信号传播影响更大。本文研究成果可为大气波导监测反演、无线电系统设计、装备效应评估等应用提供重要理论参考。     

季风期间南海低空大气波导统计分析

根据1998年南海季风试验期间南海部分探空站、‘科学1号’和‘实验3号’观测的每天4次的高分辨率探空资料,引入截止波长判断式,统计分析了南海季风期间较强大气波导发生规律及时空分布特征。结果表明:季风期间南海较强大气波导的发生概率为30%左右,从北到南逐渐增加,波导层结高度逐渐降低,70%以上发生在1km高度之内;大气波导发生概率和层结高度呈现‘低-高-低’的日变化趋势,夜晚发生波导概率较高,深夜波导层结高度最低,比较稳定。     

悬空波导的拉曼激光雷达探测能力仿真统计研究

基于高空气球探空仪实测的34例悬空波导事件, 仿真研究了拉曼激光雷达对其的探测能力, 以指导设备选型和工作模式设置.利用蒙特卡洛方法计算了典型配置下激光雷达对各个波导的辨识概率, 统计得到了平均辨识概率和能够辨识波导数.进一步考察了辨识概率随波导参数的分布, 以及雷达参数对探测能力的影响.结果表明:拉曼激光雷达系统对悬空波导的辨识能力具有显著的挑剔性.最后, 给出推荐的设备型号和工作模式.     

ERA-I数据在南海大气折射率环境中的应用评估

海上大气折射率环境是影响电磁波传播、目标探测准确性的关键因素之一.文中利用南海的GPS探空数据评估了ERA-I（ERA-Interim）再分析数据计算的大气折射率,结果表明:3 000 m以下修正大气折射率整体标准差为9.2 M单位,相对误差为1.4%;在分布上修正大气折射率误差在低层偏小,并且会发生小幅震荡,边界层顶以上偏大,这与大气层内水汽分布密切相关,相关系数为0.94.此外两种数据识别的波导参数中,波导高度拟合斜率接近1,最准确;波导厚度和强度斜率不到0.5,波导厚度偏厚,而强度偏小.说明ERA-I再分析数据是较为可靠的数据源,可用来研究海上大气折射环境特性.     

利用星载激光雷达研究云层垂直结构及其分布

云的垂直结构（CVS）是云的重要特征量,在大气模式的研究中有着有着十分重要的影响。利用CALIPSO（Cloud Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations）星载激光雷达2007年到2010年间的Level 2 Version 3的云数据对中国海及其周边海域的云的垂直结构及其分布随年度和区域的变化进行了统计分析。结果表明：层数不同的云在研究区域内发生的概率（COF）差别较大,云顶海拔高度（LTA）不同的云沿纬度方向的分布差异明显,LTA在10 km到20 km的云出现的概率较高而且大多出现于靠近赤道区域。由于有些云CALIPSO信号不能穿透,可能使云层数以及云顶高度的统计结果偏小。     

区域海面蒸发波导预报与监测试验对比分析

基于中尺度数值天气预报模式（The Fifth-Generation NCAR/Penn State Mesoscale Model,MM5）建立了大气波导预报平台,使用GFS数据对包含我国黄海、东海以及南海海域的区域蒸发波导分布进行预报.将2015年12月份海上航行过程中监测的不同时刻、不同海域处的蒸发波导高度同预报结果进行对比分析,结果表明二者具有较好的一致变化趋势.考虑到实时测量时间分辨率高以及数值预报预报区域广的特点,在实际舰船雷达效应评估中可充分利用两种数据,实现海上微波传播效应的预测和预报.     

利用星载激光雷达研究中国海及其周边海域的云层分布

利用2007~2010年4年间的CALIPSO 5 km二级云数据对中国海及其周边海域层数不同的云的出现概率（COF）随年度、月份和区域的变化进行了统计分析,并将2007年、2008年的部分统计结果与MODIS数据的统计结果相比较。结果表明：在研究区域,不同年份的层数相同的云的出现概率差别小于3%,且不同年份的出现概率区域分布相近,在靠近赤道的海域高于80%,在20°N附近海域低于50%,这与MODIS数据的统计结果相一致;同一年不同月份的出现概率差异明显,但是4年都是在6、7月出现最大值,层数相同的云的出现概率随纬度变化而明显变化。     

东海区域蒸发波导变化特性研究

为了分析东海蒸发波导高度的季节变化、月变化，讨论其分布规律，为雷达探测和无线电通讯提供参考，利用2008-2017年的十年NCEP-FNL再分析数据和改进的NPS蒸发波导模型，统计分析了我国东海海域蒸发波导发生规律和时空分布特征.结果表明:东海蒸发波导高度在春季和夏季呈西北高东南低的特点，其中春季为高度最高的季节，5月份东海西北部可高达20 m，夏季6月份在东海中部出现最低值；秋季和冬季反之，呈西北低东南高的特点.分析表明，东海蒸发波导高度存在明显的季节变化、月变化以及区域差异，这可能与东海的地理特征和气候变化相关.     

南海海域海表面温度对低空大气波导数值模拟的影响研究

为了研究海表面温度(sea surface temperature,SST)对低空大气波导数值模拟的影响,针对南海海域基于天气研究与预报(weather research and forecasting,WRF)模式开展了不同SST对低空大气波导数值模拟的影响研究.结果表明:精确的SST对低空大气波导数值模拟影响最大,...