基于旋翼无人机的大气边界层环境气象垂直观测及订正方法的研究     

徐家平  赵天良  陈燕  白永清  孙晓芸  王淞  曹畅 《气象与环境学报》2022,38(3):101-111

基于旋翼无人机开展大气边界层观测可为气象要素和大气污染物垂直结构的研究提供具有高时空解析能力的新方法,有助于深入理解低层大气物理化学变化机制。本文详述了旋翼无人机在开展大气边界层环境气象垂直观测实验的应用及优势。基于自主研发的旋翼无人机环境气象观测平台,通过开展传感器在无人机上不同的搭载位置,以及旋翼无人机与探空气球、高塔的对比观测实验,明确了旋翼无人机对气象环境观测的影响及合理的搭载方式。研究进一步在湖北重污染天气条件下开展了0—1000 m的大气边界层垂直观测,并研发了基于旋翼无人机姿态数据的大气边界层气象要素及污染物垂直观测的订正方法。结果表明:实验获取了2—10 m垂直分辨率的高质量大气廓线数据,可精细捕捉大气边界层及其逆温层高度和污染物浓度等要素的垂直变化特征。本文旨在为无人机观测的科研应用提供一种技术可行且数据可靠的观测手段。  相似文献   

影响夏季青藏高原横切变线演变的动力和热力作用分析          下载免费PDF全文

高媛  姚秀萍  李山山  王晓芳 《大气科学》2022,46(2):486-500

青藏高原横切变线（简称切变线）是引发青藏高原夏季暴雨的主要天气系统之一。本文基于欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,简称ECMWF）提供的ERA-5再分析资料,选取14个生成于6~8月、生命史为38小时且引发高原暴雨的切变线个例进行合成分析,探究动力和热力作用对夏季切变线生成和强度演变的影响。结果表明:（1）500 hPa切变线生成于伊朗高压和西太平洋副热带高压两高之间的鞍形场中,处于580 dagpm闭合低值中心和272 K高温中心内,比湿大值区的北侧;200 hPa南亚高压北部边缘、西风急流入口区南侧。（2）切变线强度表现出明显的日变化特征,在当地时间（LT=UTC+6h）23时最强,13时最弱。（3）涡度收支诊断表明,青藏高原上空高低层散度变化对切变线强度变化具有指示意义,500 hPa涡度最大值（最小值）出现时间滞后于辐合作用最大值（最小值）3小时。（4）切变线演变过程中,切变线发展时位涡随之增大。位涡收支诊断表明,青藏高原上空的水汽和非绝热加热对切变线的生成和发展演变起到重要作用。当边界层感热加热增强时,低层辐合增强,上升运动增强,在充足的水汽配合下,凝结潜热释放使非绝热加热中心抬高至大气中层,从而有利于切变线生成及发展。  相似文献   

“频率匹配法”在集合降水预报中的应用研究   总被引：8，自引：1，他引：7  

李俊  杜钧  陈超君 《气象》2015,41(6):674-684

基于“频率匹配法”的思路,采用两种方法进行了集合降水预报的订正研究,一种方法是利用集合成员降水频率订正简单集合平均平滑效应的“概率匹配平均”法,另一种方法是利用实况降水频率订正集合成员降水预报系统偏差的“预报偏差订正”法,通过个例和批量试验,结果表明:(1)概率匹配平均法可以矫正简单集合平均的平滑作用所造成的小量级降水分布范围增大而强降水被削弱的负作用,这种改进对强降水区更显著,并且集合系统离散度越大这种改进也越大;但该方法对预报区域内总降水量的预报没有改进作用,不能改善预报的系统性偏差.(2)虽然预报偏差订正法对降水落区预报的改进有限,但可以订正模式降水预报的系统性误差,改进雨量预报以及集合预报系统的离散度特征和概率预报技巧;直接对集合平均预报进行偏差订正的效果优于单个成员偏差订正后的简单算术平均.(3)在对每个集合成员的降水预报进行偏差订正后,概率匹配平均仍可改善其简单平均的效果,因此在实际业务中,应该综合采用上述两种方法,以获得在消除系统性偏差的同时各量级降水分布又合理的集合平均降水预报.  相似文献   

Mesoscale dynamics and its application in torrential rainfall systems in China     

Shouting Gao  Zhemin Tan  Sixiong Zhao  Zhexian Luo  Hancheng Lu  Donghai Wang  Chunguang Cui  Xiaopeng Cui  Jianhua Sun 《大气科学进展》2015,32(2):192-205

Progress over the past decade in understanding moisture-driven dynamics and torrential rain storms in China is reviewed in this paper. First, advances in incorporating moisture effects more realistically into theory are described, including the development of a new parameter, generalized moist potential vorticity(GMPV) and an improved moist ageostrophic Q vector(Qum). Advances in vorticity dynamics are also described, including the adoption of a "parcel dynamic" approach to investigate the development of the vertical vorticity of an air parcel; a novel theory of slantwise vorticity development, proposed because vorticity develops easily near steep isentropic surfaces; and the development of the convective vorticity vector(CVV)as an effective new tool. The significant progress in both frontal dynamics and wave dynamics is also summarized, including the geostrophic adjustment of initial unbalanced flow and the dual role of boundary layer friction in frontogenesis, as well as the interaction between topography and fronts, which indicate that topographic perturbations alter both frontogenesis and frontal structure. For atmospheric vortices, mixed wave/vortex dynamics has been extended to explain the propagation of spiral rainbands and the development of dynamical instability in tropical cyclones. Finally, we review wave and basic flow interaction in torrential rainfall, for which it was necessary to extend existing theory from large-scale flows to mesoscale fields, enriching our knowledge of mesoscale atmospheric dynamics.  相似文献   

北京“7.21”特大暴雨不同集合预报方案的对比试验   总被引：11，自引：0，他引：11  

李俊  杜钧  刘羽 《气象学报》2015,73(1):50-71

采用6套扰动方案(初值、多物理、3组随机物理和初值与随机物理的混合)对2012年7月21日(“7.21”)北京特大暴雨过程进行了集合降水预报试验,检验了不同方案的集合平均预报、集合区间预报和概率预报较控制预报改进的相对程度,分析了它们对该过程时空不确定性的预报能力、不同扰动方法的离散度贡献以及不同尺度扰动对预报误差的贡献等。结果表明:(1)所有集合方案特别是初值扰动、多物理和混合扰动的集合预报相对控制预报在暴雨强度和位置上都有较显著的改进,并为用户决策提供了包括预报不确定性在内的更多预报信息。(2)3组随机物理产生的集合预报离散度很相似, 都远小于初值扰动和多物理方案产生的离散度, 并且主要集中在强降水中心附近, 因此在初值扰动的基础上加入随机扰动,可以提高强降水中心的离散度, 但对强降水中心以外的地区作用甚微;尺度分析进一步表明随机物理产生的离散度贡献主要集中在较小尺度上(<320 km),在更小的尺度上(<160 km)它甚至可以与初值和多物理扰动的贡献相当,而初值扰动和多物理过程的贡献可以比随机物理过程多延伸400—500 km直到较大的尺度(如>1000 km), 其中多物理过程在较小尺度上(<100 km)可比初值扰动贡献更大, 并且能部分消除预报系统偏差。(3) 所有集合扰动方案所产生的离散度尺度谱都与实际预报误差尺度谱分布一致, 即随空间尺度增大而减小,但在幅度上都小于预报误差(离散度不够大),并且这种差异随着空间尺度的减小而加速增大,在小尺度上相差甚大。  相似文献   

GRAPES模式中高精度正定保形物质平流方案的研究Ⅱ：连续实际预报试验     

王明欢  沈学顺  肖锋 《气象学报》2011,69(1):16-25

针对半隐式半拉格朗日数值预报模式GRAPES,研究发展了与之相适合的高精度正定保形的物质平流方案--分段有理函数法(PRM,Piecewise Rational Method).文中在进行理想试验验证该方案简单、实用、易于编程对于空间变化幅度大的物理量具有较高的平流计算能力且在GRAPES模式中具有可行性的基础上,对2005年7月连续1个月的24小时降水进行实际预报试验.通过细致的个例分析、月平均比较以及TS评分计算,PRM方案实际预报结果与GRAPES模式中原来采用的水物质平流方案预报的主要雨带的分布、走向相一致,但对大雨以上量级的降水预报具有明显优势,对网格尺度的降水的影响比较敏感,进一步验证了高精度正定保形方案对实际降水预报的改进效果,表明该方案对于改进GRAPES模式大到暴雨预报能力具有较大的潜力.PRM平流方案较GRAPES原来采用的准单调正定保形的平流方案能够更加合理地计算水物质场的输送,尤其是能够很好地反映出梅雨季东亚大气下层水汽水平梯度大以及沿梅雨锋水汽的小尺度变率较大的特点描写.  相似文献   

中国南方暴雨野外试验中尺度气象分析场的建立及其质量评估   总被引：3，自引：0，他引：3  

崔春光  倪允琪  李红莉  彭菊香  张艳霞  邱学兴  许晓林 《气象学报》2011,69(1):26-40

利用武汉暴雨研究所从美国引进的LAPS中尺度分析系统,将2008年和2009年5-7月中国南方暴雨野外科学试验(SCHeREX)中所采集的观测资料进行融合、同化,生成了华南、华中、江淮和长江三角洲4个观测区的空间分辨为5 km、时间分辨为3 h的SHCeREX中尺度气象分析场.文中从两方面对SCHeREX中尺度分析场的...  相似文献   

中尺度灾害天气分析与预报系统综合显示平台   总被引：1，自引：1，他引：0       下载免费PDF全文

高梅  倪允琪  张文华  李丰  接连淑  李红莉 《应用气象学报》2011,22(5):621-630

中尺度灾害天气分析与预报系统(Meso-Weather Analysis and Forecasting System,简称MWAFS)是集成了国家重大科研项目产出的有关中尺度灾害天气研究成果以及气象行业关键的业务产品,综合应用计算机网络、地理信息系统、数据库以及气象专业分析模型等信息处理技术建立的一个能快速、有效地监...  相似文献   

梅雨锋对引发暴雨的中尺度对流系统发生发展影响的研究   总被引：7，自引：1，他引：6       下载免费PDF全文

赵玉春 《大气科学》2011,35(1):81-94

针对梅雨锋(湿度锋)上或附近偏南暖湿气流一侧中尺度对流系统不断发生发展和长时间维持而引发长江流域暴雨的观测事实,利用中尺度数值预报模式WRF(V3.1.1)设计了一系列三维理想数值试验,研究了梅雨锋两侧自身水汽差异效应,探讨了基本气流和风垂直切变对梅雨锋上中尺度对流系统发生发展的影响,揭示了梅雨锋对中尺度对流系统的组织...  相似文献   

The influence of freezing drizzle on wire icing during freezing fog events   总被引：2，自引：0，他引：2  

周悦  牛生杰  吕晶晶 《大气科学进展》2013,30(4):1053-1069

Both direct and indirect effects of freezing drizzle on ice accretion were analyzed for ten freezing drizzle events during a comprehensive ice thickness, fog, and precipitation observation campaign carried out during the winter of 2008 and 2009 at Enshi Radar Station (3017'N, 10916'E), Hubei Province, China. The growth rate of ice thickness was 0.85 mm h－1 during the freezing drizzle period, while the rate was only 0.4 mm h－1 without sleet and freezing drizzle. The rain intensity, liquid water content (LWC), and diameter of freezing drizzle stayed at low values. The development of microphysical properties of fog was suppressed in the freezing drizzle period. A threshold diameter (Dc) was proposed to estimate the inuence of freezing drizzle on different size ranges of fog droplets. Fog droplets with a diameter less thanDc would be affected slightly by freezing drizzle, while larger fog droplets would be affected signicantly. Dc had a correlation with the average rain intensity, with a correlation coefficient of 0.78. The relationships among the microphysical properties of fog droplets were all positive when the effect of freezing drizzle was weak, while they became poor positive correlations, or even negative correlations during freezing drizzle period. The direct contribution of freezing drizzle to ice thickness was about 14.5%. Considering both the direct and indirect effects, we suggest that freezing drizzle could act as a catalyst causing serious icing conditions.  相似文献