不同天气类型下全光纤相干激光测风雷达探测性能分析

为了给低空飞行安全气象服务奠定基础,根据2015年7~9月国内新研制的全光纤相干激光测风雷达,联合边界层风廓线雷达和双经纬仪探空气球在我国东北某地获取的探测实验资料,对比了晴天、阴天、雾霾天和雨天4种天气类型下激光测风雷达和风廓线雷达与探空气球风场探测的相关性,以评估激光测风雷达的测风精度和稳定性。结果表明,晴、阴和雾霾天条件下,激光测风雷达测风精度优于风廓线雷达,其水平风与真值误差的标准差低于风廓线雷达的一半;雨天条件下,激光测风雷达探测高度受限,最大可测高度仅为风廓线雷达的一半,表明其风场探测受降水衰减影响比风廓线雷达严重。激光测风雷达测风稳定性优于风廓线雷达,垂向连续高度上其与真值的相关系数变化小且均达到0.9以上。晴、阴和雾霾天条件下,两种雷达测风精度均受大气风速变化影响,且随大气风速增加呈不同变化趋势。     

利用风廓线雷达测量数据反演大气湿度廓线

测量大气湿度廓线对短时天气预报和长期气候分析有重要意义,概述目前探测大气湿度廓线的几种方法,指出这些方法存在的一些问题,突出风廓线雷达测量大气湿度廓线的优越性。论述风廓线雷达反演湿度廓线的理论,利用合肥2009年9月29日三个时间段的风廓线雷达数据和探空数据,通过计算雷达测得的大气湍流耗散率和探空得到的温度廓线,分析计算得到三个时刻的湿度廓线,能够得到比较可信的结果,显示利用风廓线雷达反演湿度廓线是可行的。     

风廓线雷达数据获取率的统计分析

数据获取率是反映风廓线雷达探测性能的一个很重要的指标。经统计分析表明,夏季的数据获取率明显高于冬季;边界层风廓线雷达在2.5 km高度以上、对流层风廓线雷达在12 km高度以上,数据获取率随高度升高开始明显下降。如果以全年数据获取率不小于80%为衡量标准,在研制或采购时,确定边界层风廓线雷达的探测威力为2 km,而对流层风廓线雷达的探测威力为12 km,总体来讲比较合理和符合实际。     

基于模糊逻辑的风廓线雷达目标检测技术

作为风廓线雷达探测目标的大气湍流信号,极易受地杂波、海杂波、降水、无线电信号、飞机、鸟、昆虫等一系列外界环境和信号的干扰,从而形成一种具有多峰特征的功率谱数据。为了有效抑制和去除杂波,提高风廓线雷达输出的数据质量,必须从功率谱数据中将大气湍流目标检测出来。通过分析大气湍流在风廓线雷达回波功率谱中体现出的特征,将其作为风廓线雷达目标检测的准则。文中提出了一种基于模糊逻辑的风廓线雷达目标检测方法,并进行了实际数据的处理和分析,验证了该方法的可行性和有效性。     

大气折射率结构常数C2n高度分布统计特性分析

大气折射率结构常数C2n是表示大气光学湍流强度的一个重要参数,利用温度脉动探空仪对合肥地区大气折射率结构常数进行了长期连续的实地探空测量,对大量探空实验数据的统计分析得出合肥地区(0～25 km)折射率结构常数随高度的分布廓线,并对其进行统计矩和概率分布的分析,研究表明合肥地区大气湍流随高度分布基本符合对数正态分布,昼...     

合肥地区大气湍流随高度分布日变化特性分析

大气折射率结构常数C2n是表示大气光学湍流强度的重要参数.利用QHTP-2型温度脉动探空仪对C2n进行了实地探测,通过对大量探空实验数据的统计分析得出了合肥地区0～35 km高度C2n分布廓线和日变化特性,对合肥地区的大气湍流结构特性有了比较清晰的认识,研究结果为进一步进行湍流特征和大气性质的遥感探测及实际激光工程应用提供了有意义的参考.     

增程型L 波段风廓线雷达探测性能分析

风廓线雷达作为一种新型的大气风场探测设备,具有时间分辨率高、连续性和实时性好等特点,已广泛应用到各行业。文中首先分析了增程型L 波段风廓线雷达的探测能力,简要介绍了该雷达的系统设计;然后,利用中国气象局海口站业务运行一年的观测数据,从探测高度和数据准确率等方面对雷达探测性能进行了统计分析。结果表明:增程型L 波段风廓线雷达满足设计指标要求,可用于低对流层大气风场的观测。     

风廓线雷达数据质量控制方法

介绍了风廓线雷达的工作原理和风廓线雷达在探测的时候所受到的外界影响,总结了现有的风廓线雷达数据质量控制的方法,重点介绍了这些方法的原理及其应用。     

直接测风激光雷达频率跟踪技术及对流层平流层大气风场观测

为了实现高精度连续探测对流层和平流层大气风场,搭建了一台直接测风激光雷达系统对对流层和平流层大气风场进行探测。该系统基于双边缘法布里-珀罗标准具的瑞利散射多普勒测风原理,使用转台式探测结构,通过频率跟踪的手段对频率漂移进行跟踪,确保测风的精度。实验结果表明,该系统对对流层和平流层大气风场探测效果良好,频率跟踪的范围为±50 MHz,可以大大减小频率漂移带来的风速误差。经过系统的稳定运行和长时间的观测,在40 km处测得的径向风速随机误差为8 m/s。径向风速合成为水平风速后,随机误差在38 km处最大为10 m/s左右。该系统白天探测高度为25 km,夜晚探测高度为38 km。与探空数据对比,风速误差均小于10 m/s,其中风速误差在±5 m/s的范围内的数据量约占75.8%,探测的风向误差与探空气球的趋势基本一致,误差范围在10°～20°之间,在15°范围内的数据量约占58.6%。将实测数据与探空数据进行统计分析,结果具有良好的一致性。该系统可以为对流层和平流层大气风场的探测提供数据支撑。     

FY-4A/GIIRS大气温度廓线产品质量评估

我国风云四号A星（FY-4A）携带高光谱红外干涉式大气探测仪（Geostationary Interferometric Infrared Sounder, GIIRS）首次实现了地球静止轨道红外高光谱探测,可连续获得大气温湿度廓线信息。基于常规无线电探空资料,从产品的探测能力和精度方面对2020年FY-4A/GIIRS大气温度廓线产品开展质量评估,为产品应用和算法研究提供参考。结果表明：FY-4A/GIIRS反演大气温度廓线探测能力在高度层次和月份统计上受云活跃度影响较大;晴空条件下大气整层均方根误差约为2 K,700～1 000 hPa的大气低层较大,约2.5 K,偏差整层以负值为主;月尺度质量评估可见夏秋两季明显优于冬春季,有利于灾害性天气多发季节的监测;有云条件下单个像元的温度廓线误差显著增大,采用多像元Cressman客观分析可有效提高产品可用性;低海拔地区温度廓线产品质量整体优于高海拔地区,可极大地弥补我国东部、南部地区以及广阔的洋面上的探空资料的不足。     

大气折射率结构常数Cn^2高度分布统计特性分析

大气折射率结构常数Cn^2是表示大气光学湍流强度的一个重要参数,利用温度脉动探空仪对合肥地区大气折射率结构常数进行了长期连续的实地探空测量,对大量探空实验数据的统计分析得出合肥地区（0-25km）折射率结构常数随高度的分布廓线,并对其进行统计矩和概率分布的分析,研究表明合肥地区大气湍流随高度分布基本符合对数正态分布,昼夜变化量约为0．8个量级,大气折射率结构常数Cn^2的概率分布存在昼夜差异,白天的Cn^2比夜间的Cn^2峰值要大2个数量级。     

基于微波高光谱技术的数据仿真及参数反演研究

发展高光谱微波辐射计对于提升大气参数反演精度具有重要意义。利用微波辐射传输模型mpm93以及BP 神经网络方法分别构建正演上行辐射亮温和反演大气温度廓线的模型,并研究了晴空条件下高光谱微波辐射计反演大气温度廓线的精度。54～58 GHz、64～68 GHz 在氧气吸收波段选取80 个通道作为高光谱通道,基于2015 年5～12 月昆明的探空资料进行正、反演仿真实验。选取微波成像仪/ 探测仪(SSMIS)的9 个温度探测通道进行对比实验,评估分析反演效果。实验结果表明:在大气3～10 km 高度范围内,高光谱通道的反演精度较SSMIS 提高了0.3 ～0.6 K;在0～3 km 高度范围内,反演精度提高了1 K。     

60 km瑞利多普勒激光雷达及其风场探测

临近空间风场的探测,在大气动力学研究和提高数值天气预报的准确性,以及航空航天保障等方面具有重要意义。研制基于瑞利散射双边缘技术的60 km多普勒激光雷达用于临近空间大气风场的测量。激光雷达主要分为垂直指向测量系统和两台斜指向测量系统。工作波长355 nm,探测距离15~60 km。为验证系统的可靠性和积累风场观测数据,于2014年下半年进行了外场实验,并与当地的探空气球数据进行对比,结果显示60 km瑞利多普勒激光雷达风场测量数据与探孔气球数据具有良好的一致性。     

一种新的青藏高原地区加权平均温度模型

大气加权平均温度(T_m)是进行全球导航卫星系统(GNSS)水汽反演的关键参数之一，也是进行大气气象研究的重要数据，针对中国青藏高原地区地面起伏较大、探空站分布不均匀、在建模时未能同时顾及T_m在垂直方向上的非线性变化和季节变化等问题，建立高精度的T_m模型成为中国青藏高原地区的迫切需求。在分析T_m的时空特性的基础上，分别利用2015—2017年的ERA5再分析资料和无线电探空数据构建中国青藏高原地区实时高精度格网T_m模型(ERATm＿H模型)和需要气象参数的本地化区域T_m模型(TKZTm＿H模型),并利用未参与建模的2018年的无线电探空数据和ERA5再分析资料进行精度验证，并与广泛使用的Bevis模型和目前较优的GPT3模型进行精度对比。结果表明，以ERA5再分析资料为参考值，ERATm＿H模型在中国青藏高原地区表现出最优的精度，年均均方根误差(Root Mean Squared Error, RMSE)值相较于Bevis模型、GPT3模型以及TKZTm＿H...     

基于地基微波辐射计的大气参数廓线遥感探测

介绍了实时连续遥感探测大气温度廓线、湿度廓线和液态水含量廓线的地基微波辐射计。通过无线电气球探空测量的温度、湿度廓线、太阳辐射计测量的晴天水汽总量与微波辐射计探测结果的对比,证明该微波辐射计可以可靠地探测大气温度、湿度和水汽总量。通过对两个典型天气事件微波辐射计的观测数据分析表明：微波辐射计还可以监测云和天气变化的过程信息。     

基于NOAA模式的典型地区大气湍流高度分布

研究大气传输问题中的大气湍流主要是研究湍流所造成的折射率随机变化规律。大气折射率结构常数Cn2是表示大气光学湍流强度的一个重要参数。主要利用温度脉动探空仪对大气折射率结构常数Cn2在合肥和北京两个典型地区进行了实地探测及计算分析,同时根据两个典型地区相应气象站点常规气象探空资料统计分析数据,通过NOAA模式得到大气湍流高度分布廓线,并与HV模式廓线和实际测量数据进行对比验证分析,为其他不同典型地区大气湍流模式分布特性的研究提供方法验证和参考依据。     

L波段探空雷达天馈系统故障分析与处理

L波段探空雷达是我国高空气象探测业务使用的主要雷达,配合数字探空仪为气象服务提供风场资料及高空大气的气象要素数据。天馈分系统作为探空雷达的重要组成部分,故障率在探空雷达故障中所占比例较高。文章结合福建省探空雷达的故障实例,总结分析雷达天馈系统典型故障的处理方法,供相关业务人员参考。     

风廓线雷达中自适应抗干扰技术

风廓线雷达可为民航气象局、部队作战部署等军民活动提供高时空分辨率的大气风场信息,一般采用五波束进行探测,在探测过程中会受到来自自身和外界等多方面的信号干扰。为了研究抗干扰技术,介绍风廓线雷达的基本原理,对干扰的来源和措施进行分类讨论。分别从信号设计、频谱处理和波束控制3个典型角度进行抗干扰算法研究,并着重对本文提出的动态自适应波束选取(ADBS)算法进行介绍。仿真结果表明,本文算法对风廓线雷达抗干扰有效。     

中国地区探空漂移距离与漂移速度分析

本文利用中国120个探空站一年所有探空气球漂移信息,从漂移距离、漂移地域、漂移速度等方面开展分析。分析结果显示,年平均漂移距离随着高度的增加,漂移距离一般呈增大的趋势,并且在500hPa到100hPa之间漂移现象十分明显,年平均每100hPa漂移约10km;冬、春季漂移大,夏、秋季漂移小,纬向的变化幅度远大于经向的变化幅度;整体上气球漂移的年平均速度均小于2km/min,气球漂移速度从地面到对流层顶呈递增趋势,到了对流层顶漂移速度达到最大,过了对流层顶漂移速度逐渐减小,各月漂移速度变化趋势基本一致,漂移速度从小到大为6月、7月、8月、9月、5月、10月、4月、11月、12月、3月、1月、2月;纬向整体上为向西的漂移,最大纬向漂移速度达到3km/min,经向漂移速度3月-8月与其它月份变化趋势基本呈反相变化,漂移速度最大达到0.4km/min。     

被动DOAS污染源遥测中MM5风场数据精度研究

车载被动DOAS污染源排放测量技术近年来被广泛应用,但是烟羽高度风场数据的获取一直是个难题.开展了不同大气稳定度条件下三种风场数据的对比分析,根据Pasquill-Turner稳定度分类法,用近地面不同来源的风场实测数据考察了中尺度大气模式MM5的模拟风场数据的准确性.研究结果表明,当大气稳定度被判别为弱不稳定(C类),MM5模式输出的风速数据与地面气象站实测的风速、风廓线雷达的风速数据变化趋势一致,误差较小,但风向误差偏大,在大气稳定度判别为中性(D类)时,MM5模式输出的近地面(10 m,150m)风速数据与地面气象站实测数据、风廓线雷达的观测数据的变化趋势一致(相关度＞0.6),误差较小,盛行风向一致.因此,提出在大气稳定度在中性级别时,用MM5模式为车载被动DOAS污染源监测提供风场条件,以弥补气象实测条件受限等情况带来的数据不足.