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2024年2月我国两次大范围雨雪冰冻天气对比

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应用气象学报 2024年第4期35卷 385-399页

作者：董全陈博宇胡宁孔铃涵陈涛王佳张博国家气象中心北京100081 中国气象局气象探测中心北京100081

2024年1月31日—2月7日(过程Ⅰ)和2月19—25日(过程Ⅱ)我国中东部地区先后出现两次大范围、持续性的雨雪冰冻天气过程,利用地面观测、再分析资料、双偏振雷达、雨滴谱等分析两次过程的雨雪冰冻实况、微物理特征、环流形势和层结特征,并... 详细信息

2024年1月31日—2月7日(过程Ⅰ)和2月19—25日(过程Ⅱ)我国中东部地区先后出现两次大范围、持续性的雨雪冰冻天气过程,利用地面观测、再分析资料、双偏振雷达、雨滴谱等分析两次过程的雨雪冰冻实况、微物理特征、环流形势和层结特征,并对比二者异同。结果表明:两次过程的影响区域、持续时间和总降水量接近,但过程Ⅰ积冰更厚、积雪更深,过程Ⅱ影响范围更广、降雪量更大。过程Ⅰ降水粒子从上到下呈3层结构特征,即冰晶层-融化层-液态层,过程Ⅱ呈4层结构特征,即冰晶层-融化层-液态层-再冻结层,导致过程Ⅰ冻雨更明显、积冰更厚,过程Ⅱ冰粒更多、积雪深度较浅、积冰厚度较薄。环流形势和层结特征显示两次过程均为西伯利亚高压和南支系统的协同作用,但过程Ⅱ低层急流强度和地面西伯利亚高压更强,导致过程Ⅱ中层暖层和低层冷层的强度均强于过程Ⅰ,而冷层更强是过程Ⅱ冰粒更明显的直接原因。

关键词：雨雪冰冻冻雨冰粒双偏振雷达雨滴谱

北京地区X波段双偏振天气雷达差分反射率因子系统偏差分析及订正

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高原气象 2024年

作者：文浩王辉张扬吴蕾李瑞义中国气象局气象探测中心中国气象局大气探测重点开放实验室北京市气象探测中心中国气象科学研究院

差分反射率因子(ZDR)是反映大气中云和降水粒子形状的重要偏振参量，但其极易受硬件设备和环境影响导致质量变差，分析ZDR系统偏差并开展订正，是双偏振雷达数据有效应用的关键。本文采用2023年7月北京8部X波段速调管双偏振天气雷达资... 详细信息

差分反射率因子(ZDR)是反映大气中云和降水粒子形状的重要偏振参量，但其极易受硬件设备和环境影响导致质量变差，分析ZDR系统偏差并开展订正，是双偏振雷达数据有效应用的关键。本文采用2023年7月北京8部X波段速调管双偏振天气雷达资料，利用小雨法筛选出ZDR数据获得其逐仰角逐径向平均值，分析了ZDR的受影响因素和受影响程度；并利用相应时段的大量雨滴谱数据，通过T矩阵法计算的ZDR中值作为基准，开展全体扫ZDR的系统偏差订正。结果表明：（1）避雷针对于北京X波段雷达ZDR有较大的影响，影响范围在10°～25°，平均影响幅度在0.16～1.21 dB;（2）门头沟和怀柔雷达的ZDR数据，除受避雷针影响外，还分别受近距离铁塔、信号塔的影响，受影响方位角度小于避雷针；（3）差分反射率因子受部分波束遮挡会导致较大的系统偏差，房山X波段雷达ZDR数据显示部分波束遮挡可使其值增大1.19 dB;（4）本文提出的系统偏差订正方法能够明显改善所有仰角所有径向由避雷针、部分波束遮挡等因素导致的ZDR值不合理的情况。

关键词： X波段双偏振天气雷达差分反射率因子系统偏差

地基云雷达与FY-4A卫星云顶高度联合反演方法

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气象 2024年第7期50卷 859-867页

作者：张婷胡树贞陶法赵培涛刘文忠马婷印佳楠河北省气象技术装备中心石家庄050000 中国气象局气象探测中心北京100081

基于地基毫米波云雷达与FY-4A卫星对云顶同步观测的特点,分析云雷达垂直顶空观测的云顶高度与FY-4A卫星AGRI载荷通道数据之间关系,提出了地基云雷达与FY-4A卫星云顶高度联合反演方法,实现云雷达安装点周边区域卫星云顶高度的融合反演,... 详细信息

基于地基毫米波云雷达与FY-4A卫星对云顶同步观测的特点,分析云雷达垂直顶空观测的云顶高度与FY-4A卫星AGRI载荷通道数据之间关系,提出了地基云雷达与FY-4A卫星云顶高度联合反演方法,实现云雷达安装点周边区域卫星云顶高度的融合反演,并对反演结果进行验证分析。结果表明,AGRI载荷的第11~14通道值与云雷达观测云顶高度呈线性相关,且卫星通道值与云雷达观测云顶高度比值呈现冬季最小、春秋季次之、夏季最大的季节性变化特点;星地融合反演云顶高度与云雷达观测云顶高度相关系数0.84,融合后比融合前均方根误差减小了0.7 km,提高了卫星云顶高度的反演精度。

关键词：云云顶高度 FY-4A 毫米波云雷达数据融合

Ka波段毫米波云雷达对青藏高原东南缘降水回波的分析

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气象 2024年第3期50卷 291-302页

作者：王卫民徐八林雷勇舒斌马芳云南省大气探测技术保障中心昆明650034 中国气象局气象探测中心北京100081

利用丽江站新建的Ka波段毫米波云雷达获得的高时间分辨率的垂直观测资料,结合同址的地面自动气象站和雨滴谱的分钟数据、常规探空数据和附近C波段天气雷达的强度回波,分析了两次降水过程前后云雷达反射率因子Z、径向速度V_(r)、速度谱宽... 详细信息

利用丽江站新建的Ka波段毫米波云雷达获得的高时间分辨率的垂直观测资料,结合同址的地面自动气象站和雨滴谱的分钟数据、常规探空数据和附近C波段天气雷达的强度回波,分析了两次降水过程前后云雷达反射率因子Z、径向速度V_(r)、速度谱宽S_(w)的垂直变化规律。分析表明:在发生弱降水时,云雷达Z在垂直方向的变化不明显;但V_(r)、S_(w)值在0℃层稍低位置有一个明显的分界层(融化层),粒子通过融化层后V_(r)、S_(w)都是快速变大,这个变化主要是粒子的相态由固态变成液态引发的,可以通过V_(r)、S_(w)突变值的位置来识别0℃层亮带的高度。从C波段天气雷达回波强度、剖面图及云雷达位置的时间-高度图看,对毛毛雨和小雨的回波,强度和高度差异比较明显,毛毛雨比小雨回波高度低、强度弱,与云雷达相比C波段雷达对高一些的云观测不到,对距离较远的弱降水回波无法观测到;由于相同粒子对不同波长电磁波的散射不一样,造成两种雷达垂直方向观测到的Z变化不同。对比弱降水回波,云雷达在强降水时:Z出现缺口;V_(r)在0℃层以上有较大的正值(弱降水的V_(r)都是负值);在0℃层以上S_(w)变得更大(弱降水时S_(w)在0℃层以上值较小,在0℃层以下较大)。在强降水时,从C波段雷达回波强度时间-高度图看,垂直方向回波强度变化明显,在同一时刻回波强度由地面向空中的变化是逐渐减小的;不同时间同一高度层强度也有变化,云雷达雨衰缺口时段回波明显强于其他时段。在个例分析中,发生分钟降水量在0.3 mm以下强度的降水,云雷达可以观测到完整的云信息;发生分钟降水量在0.5 mm以上强度的降水,云雷达会有严重的雨衰,无法观测到完整的云信息。

关键词：毫米波云雷达分钟降水量 C波段天气雷达降水回波分析

CRDS和GC方法在线监测大气CH4和CO的结果对比

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中国环境监测 2024年第5期40卷 179-186页

作者：吴栋桥王凯孙万启秦正新潘京京王红阳中国气象局气象探测中心武汉区域气候中心

光腔衰荡光谱法（CRDS）和色谱法（GC）均可用于甲烷（CH4）和一氧化碳（CO）的在线观测。金沙大气本底站建立了基于CRDS和GC的平行观测系统，对大气中的CH4和CO进行了长达一年半的在线观测试验，对二者获取的数据进行了对比分析。结果... 详细信息

光腔衰荡光谱法（CRDS）和色谱法（GC）均可用于甲烷（CH4）和一氧化碳（CO）的在线观测。金沙大气本底站建立了基于CRDS和GC的平行观测系统，对大气中的CH4和CO进行了长达一年半的在线观测试验，对二者获取的数据进行了对比分析。结果表明：CRDS对CH4和CO观测的长期稳定性和准确性明显优于GC;CRDS和GC获取CH4的系统偏差满足世界气象组织全球大气观测计划（WMO/GAW）的兼容性指标要求，获取CO的系统偏差不满足兼容性指标要求；CRDS和GC获取CH4的日变化曲线基本重合，均呈现双峰形态，获取CO的日变化曲线也基本重合，但变化特征均不明显；CRDS和GC获取CH4的季节变化曲线基本重合，7—8月最低，与北半球变化趋势吻合，获取的CO季节变化曲线趋势上基本一致，在夏季7月出现谷值。

关键词：光腔衰荡光谱法气相色谱法甲烷一氧化碳在线监测

CRDS和GC方法在线监测大气CH和CO的结果对比

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中国环境监测 2024年

作者：吴栋桥王凯孙万启秦正新潘京京王红阳中国气象局气象探测中心武汉区域气候中心

光腔衰荡光谱法（CRDS）和色谱法（GC）均可用于甲烷（CH4）和一氧化碳（CO）的在线观测。金沙大气本底站建立了基于CRDS和GC的平行观测系统,对大气中的CH4和CO进行了长达一年半的在线观测试验,对二者获取的数据进行了对比分析。结果表... 详细信息

光腔衰荡光谱法（CRDS）和色谱法（GC）均可用于甲烷（CH4）和一氧化碳（CO）的在线观测。金沙大气本底站建立了基于CRDS和GC的平行观测系统,对大气中的CH4和CO进行了长达一年半的在线观测试验,对二者获取的数据进行了对比分析。结果表明:CRDS对CH4和CO观测的长期稳定性和准确性明显优于GC;CRDS和GC获取CH4的系统偏差满足世界气象组织全球大气观测计划（WMO/GAW）的兼容性指标要求,获取CO的系统偏差不满足兼容性指标要求;CRDS和GC获取CH4的日变化曲线基本重合,均呈现双峰形态,获取CO的日变化曲线也基本重合,但变化特征均不明显;CRDS和GC获取CH4的季节变化曲线基本重合,7—8月最低,与北半球变化趋势吻合,获取的CO季节变化曲线趋势上基本一致,在夏季7月出现谷值。

关键词：光腔衰荡光谱法气相色谱法甲烷一氧化碳在线监测

天气雷达间一致性评估算法影响因子分析及改进

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气象 2024年第4期50卷 475-487页

作者：鲁德金胡姮吴蕾柳云雷李瑞义吴林林袁野中国气象局气象探测中心北京100081 安徽省人工影响天气办公室合肥230031 中国气象局人工影响天气中心北京100081

基于基数据的雷达间一致性评估的基本方法,分析了雷达高差、地形遮挡、噪声、充塞、时空重叠率、衰减等对一致性评估算法的结果质量的影响,并采取了相应的改进措施:使用雷达的波束遮挡比例数据进行遮挡订正或直接剔除存在遮挡的重叠点;... 详细信息

基于基数据的雷达间一致性评估的基本方法,分析了雷达高差、地形遮挡、噪声、充塞、时空重叠率、衰减等对一致性评估算法的结果质量的影响,并采取了相应的改进措施:使用雷达的波束遮挡比例数据进行遮挡订正或直接剔除存在遮挡的重叠点;对信噪比较低、充塞不充分及存在异常的重叠点予以剔除;增加了时间、空间重叠率因子,分析了不同阈值时间、空间重叠率对评估结果的影响。改进措施对一致性评估结果中的偏差均值、标准偏差的质量均有了一定的提高。使用改进后的算法对岳阳站雷达系统偏差和苏皖地区雷达回波一致性做了评估。结果表明:岳阳站在维护前后与周边雷达的偏差值有明显的降低,并回到正常水平,标准偏差值也略有降低;苏皖地区雷达间偏差均值大部分在2 dB以内,雷达间偏差均值所组成的矢量三角形闭合度较好,标准偏差在2.9~3.3 dB,相关系数在0.40~0.55。

关键词：雷达基数据一致性评估影响因子算法改进

敦煌戈壁地表反射率光谱的旋翼无人机测量及定标评估

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1439-1448页

作者：张勇徐寒列张立军李元孙凌覃丹宇戎志国胡秀清陆其峰卢乃锰中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081 中国气象局气象卫星工程管理办公室北京100081 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081

利用敦煌中国遥感卫星辐射校正场的星地同步观测试验,实现对我国在轨气象、海洋、陆地资源、环境减灾、测绘地震、高分、军事等系列卫星光学成像载荷太阳反射波段的绝对辐射定标,是目前的重要手段之一。然而,中国遥感卫星辐射校正场传... 详细信息

利用敦煌中国遥感卫星辐射校正场的星地同步观测试验,实现对我国在轨气象、海洋、陆地资源、环境减灾、测绘地震、高分、军事等系列卫星光学成像载荷太阳反射波段的绝对辐射定标,是目前的重要手段之一。然而,中国遥感卫星辐射校正场传统的地表反射率光谱星地同步测量方法是基于汽车跑场观测,不仅耗费较大的人力物力、容易造成场地破坏,而且获取的测量数据缺乏区域代表性。鉴于此,自2016年起,在敦煌星地同步观测试验中以旋翼无人机低空同步测量为主,跑场测量为辅,完成从航线设计、航高选择、仪器参数配置、采样策略、航空数据处理的全链路摸底测试。多次飞行试验表明,采用多旋翼无人机低空飞行来代替汽车跑场同步测量,不仅提高了地表反射特性测量的空间一致性和代表性,还提高了地表反射率光谱的测量效率,也对宝贵的中国遥感卫星辐射校正场敦煌戈壁场区地表进行了有效保护,极大的节约了人力物力成本。通过传统跑场测量和航飞测量的地表反射率光谱数据对比分析,发现多次测量数据的均值一致性较好,并且航飞测量的数据标准差更小。利用TERRA MODIS的同步观测来对无人机测量数据开展辐射定标评估,结果表明航飞数据的相对偏差均在5%以内,可以代替跑场数据完成定标,精度满足要求。随着无人机性能的进一步优化和提高,在不久的将来必将得到更加广泛和深入的应用,在外场定标试验领域也将发挥更大更重要的作用。

关键词：中国遥感卫星辐射校正场无人机地表反射率在轨绝对辐射定标星地同步观测敦煌戈壁

基于激光雷达和微波辐射计的气溶胶质量浓度反演算法研究与分析

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中国激光 2024年第5期51卷 196-205页

作者：季承荔陈臻懿黄艺峰茆佳佳王志成古锐昌刘爱明张春生项衍中国气象局气象探测中心北京100081 中国气象局气象探测工程技术研究中心北京100081 北京工商大学轻工科学与工程学院北京100048 深圳市国家气候观象台广东深圳518040 安徽大学物质科学与信息技术研究院安徽合肥230601

大气气溶胶是重要的大气污染物之一,气溶胶质量浓度的垂直分布及其与气象要素的相互影响,对理解大气污染传输具有重要意义。激光雷达因具有高时空分辨率的探测优势而成为研究气溶胶颗粒物立体分布的有力工具。本文利用深圳米散射激光雷... 详细信息

大气气溶胶是重要的大气污染物之一,气溶胶质量浓度的垂直分布及其与气象要素的相互影响,对理解大气污染传输具有重要意义。激光雷达因具有高时空分辨率的探测优势而成为研究气溶胶颗粒物立体分布的有力工具。本文利用深圳米散射激光雷达、微波辐射计和近地面气溶胶质量浓度监测仪,根据均方差选取最优参数,建立基于消光系数的温湿融合PM_(2.5)质量浓度反演模型,并以深圳气象梯度观测塔4个高度的PM_(2.5)质量浓度小时均值为基准,对模拟结果进行了验证分析。结果显示:模拟值与观测值两者的变化趋势一致性较好,相关系数受模拟高度、相对湿度影响,并进行了晴天、多云天气下的比对,深圳气象梯度观测塔上4个高度的模拟值和实测值相关系数均大于0.68,平均绝对误差和均方根误差最大值分别为6.88μg/m^(3)和18.56μg/m^(3)。比较4个季节的模拟效果发现,冬季的模拟结果准确性要低于其他三个季节。最后通过个例分析,结合地面温度、相对湿度、风场和气压场,分析了深圳夏季颗粒物质量浓度的时空分布特征。

关键词：激光雷达 PM_(2.5)质量浓度消光系数