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基于SCIATRAN的临近空间氧气光谱敏感性分析
1
作者 叶松 胡双寒 +4 位作者 熊伟 李树 王新强 王方原 汪杰君 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS 北大核心 2025年第1期170-178,共9页
临近空间大气温度场的研究具有重要的科学意义,根据全时相大气温度示踪物辐射机制与分布特征研究表明,氧气作为大气的主要成分之一,广泛分布于临近空间且辐射强度明显,所以氧气探测是研究临近空间温度变化的重要基础。临近空间氧气探测... 临近空间大气温度场的研究具有重要的科学意义,根据全时相大气温度示踪物辐射机制与分布特征研究表明,氧气作为大气的主要成分之一,广泛分布于临近空间且辐射强度明显,所以氧气探测是研究临近空间温度变化的重要基础。临近空间氧气探测主要是依据太阳辐射的短波红外部分被大气层氧气分子吸收得到的吸收谱线,该谱线携带着氧气含量等重要信息。利用探测器得到的氧气光谱进行高精度反演可以得到温度等信息。探测过程中的太阳天顶角、方位角、临边切高及气溶胶参数等因素对氧气影响不同,基于SCIATRAN模型分析氧气对不同参数的敏感性。通过对探测方式和环境因素引起的辐射亮度变化来分析计算氧气对其敏感性。结果表明:氧气的辐射亮度在天顶角为60°以下是随天顶角增大而增大的,但在超过60°后变化随之相反,一天内的太阳天顶角对于氧气的辐射亮度影响不超过0.01 W/m^(2)/nm/sr,且差值不超过7%;氧气辐亮度随方位角增大而减小;氧气辐射亮度随切线高增加而减小,且减小幅度逐渐下降;气溶胶类型对氧气辐射亮度的影响差值比例在10%以内;气溶胶季节对氧气辐射亮度影响是春夏季节要大于秋冬季节;不同气溶胶类型下的气溶胶光学厚度倍数对氧气辐射亮度影响的差值比例均在30%以内,且农村与海洋型气溶胶下光学厚度倍数与辐射亮度成正比,城市型气溶胶下与之相反。仿真数据的结果与实测数据结果对比分析验证了SCIATRAN模型仿真数据的有效性和可行性。该研究为临近空间的氧气探测提供了科学依据,为临近空间的反演等相关研究领域提供参考。 展开更多
关键词 临近空间 氧气 辐射传输 敏感性
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大气甲烷超光谱探测敏感性研究
2
作者 叶松 马丽 +6 位作者 熊伟 李大成 吴军 罗海燕 李树 王新强 王方原 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第4期1082-1087,共6页
甲烷是大气中含量增长较快的气体,随着人类工业排放和畜牧业的发展,甲烷气体排放日益增加,且对全球变暖的影响值是二氧化碳的数倍,因此对甲烷的精准检测是应对环境问题的重点与热点。利用SCIATRAN辐射传输模型仿真高分辨率光谱的辐射传... 甲烷是大气中含量增长较快的气体,随着人类工业排放和畜牧业的发展,甲烷气体排放日益增加,且对全球变暖的影响值是二氧化碳的数倍,因此对甲烷的精准检测是应对环境问题的重点与热点。利用SCIATRAN辐射传输模型仿真高分辨率光谱的辐射传输过程,通过控制单一变量改变不同的观测几何和地表参数及气溶胶参数,仿真近地面不同条件的探测环境对甲烷在1.6μm波段的辐亮度光谱变化情况,分析甲烷探测过程中的敏感性参数,研究针对甲烷光谱探测过程中高灵敏度参数和低灵敏度参数进行敏感性结果分析。研究结果表明:太阳天顶角对甲烷辐亮度的影响较为显著,天顶角变化的影响比例高达83%。观测高度在近地面的变化对于甲烷辐亮度光谱的影响最小可忽略不计。气溶胶类型对甲烷辐亮度光谱的影响较小,其中农村型气溶胶和无气溶胶条件下的甲烷辐亮度光谱差距较小;气溶胶光学厚度对甲烷辐亮度光谱的影响成规律性,光学厚度数值增加时,甲烷辐亮度数值随之减小。地表参数对甲烷辐亮度光谱的影响最大,其中不同地表植被覆盖类型之间甲烷辐亮度差值达到66%。不同地表反照率下的甲烷辐亮度也呈规律性变化,地表反照率数值越高,甲烷辐亮度光谱数值越大。研究还通过仿真数据与实测数据之间的对比,验证了SCIATRAN模型对于仿真甲烷光谱的可行性与准确性,为甲烷光谱的反演提供了敏感性数据分析。 展开更多
关键词 甲烷 SCIATRAN模型 气溶胶光学厚度 地表反照率
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随机森林机器学习方法用于冻雨现象自动识别的试验研究 被引量：2
3
作者 王小兰 仇建华 +3 位作者 李翠翠 陶法 梁静舒 秦建峰 《气象科技》 2025年第2期191-200,共10页
现行气象观测业务中尚缺乏对冻雨天气现象的自动监测,研究引入随机森林机器学习方法,利用Ka波段毫米波云雷达的观测数据,建立了冻雨现象的自动识别方法,为弥补观测业务中冻雨的自动识别和连续观测的缺乏提供一种可能。研究首先分析了202... 现行气象观测业务中尚缺乏对冻雨天气现象的自动监测,研究引入随机森林机器学习方法,利用Ka波段毫米波云雷达的观测数据,建立了冻雨现象的自动识别方法,为弥补观测业务中冻雨的自动识别和连续观测的缺乏提供一种可能。研究首先分析了2024年2月武汉地区的2次雨雪冰冻天气过程中不同降水现象(雨、冻雨、雪和雨夹雪)的Ka波段毫米波云雷达的回波强度、偏度值的分布特征,发现在数值范围和垂直高度分布上存在显著差异,由此确定回波强度、偏度及近地面气温作为识别变量。针对武汉地区、贵州地区多个雨雪冰冻过程分别建立RF机器学习方法的冻雨现象自动识别模型,经训练和验证计算,测试识别准确率(A _(cc))均超90%、冻雨命中率均超80%,使用独立的冻雨实例进行检验,检验A _(cc)可达到80%。与现行观测业务中电线积冰人工观测比较,该方法可以自动连续地识别分钟级冻雨现象,具备业务应用可行性。由于冻雨发生时的毫米波云雷达回波强度和偏度的地域特征明显,需要使用不同地区的冻雨样本数据建立针对不同地区的识别模型,扩充样本和优化模型参数及指标,可以进一步提升该方法的识别准确率,降低虚警率。 展开更多
关键词 冻雨 自动识别 机器学习 随机森林 毫米波云雷达
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强龙卷超级单体与非龙卷超级单体的双偏振雷达回波特征对比
4
作者 费海燕 王秀明 +1 位作者 俞小鼎 管理 《气象》 北大核心 2025年第11期1559-1570,共12页
超级单体风暴产生的强龙卷致灾严重,预警难度大,有必要增加对超级单体精细回波结构的认识。基于具有双偏振功能的S波段多普勒天气雷达观测资料,选取9个强龙卷超级单体和9个非龙卷超级单体,对比分析强龙卷和强风发生前的回波特征,结果表... 超级单体风暴产生的强龙卷致灾严重,预警难度大,有必要增加对超级单体精细回波结构的认识。基于具有双偏振功能的S波段多普勒天气雷达观测资料,选取9个强龙卷超级单体和9个非龙卷超级单体,对比分析强龙卷和强风发生前的回波特征,结果表明二者存在显著差异:强龙卷超级单体的差分反射率因子(Z_(DR))弧向钩状回波处延伸,中低层雹区面积小于非龙卷超级单体;强龙卷超级单体低层差分传播相移率(K_(DP))足质心和Z_(DR)弧质心之间的分离距离平均值比非龙卷超级单体更大;强龙卷超级单体低层中气旋显著偏强,且龙卷发生前24 min和6 min中层中气旋维持在较低的高度(平均值分别为4.2 km和3.1 km)。上述差异还需要更多个例来进一步确认,以便为深入研究超级单体回波结构特征与龙卷形成机理之间的关系提供更多依据。 展开更多
关键词 强龙卷超级单体 Z_(DR)弧 K_(DP)足 中气旋
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华南0~6小时融合定量降水预报技术改进研究
5
作者 陈超 王敏 +2 位作者 周芯玉 刘段灵 张阿思 《热带气象学报》 北大核心 2025年第1期26-40,共15页
为进一步提升0~6 h定量降水预报(Quantitative Precipitation Forecast,QPF)精度,首先对CMA-GD(R3)和CMA-GD(R1)逐时降水进行相位和强度订正,并基于自适应融合方程实现融合;其次,对双偏振雷达水平反射率因子(ZH)和差分传播相移率(KDP)... 为进一步提升0~6 h定量降水预报(Quantitative Precipitation Forecast,QPF)精度,首先对CMA-GD(R3)和CMA-GD(R1)逐时降水进行相位和强度订正,并基于自适应融合方程实现融合;其次,对双偏振雷达水平反射率因子(ZH)和差分传播相移率(KDP)两个参数进行外推,在基于多年雨滴谱资料对广东降水进行时空划分并分别拟合降水反演关系式的基础上实现降水反演;最后,基于动态权重融合技术实现双偏振雷达外推预报和模式预报的融合,并对影响预报精度的不同模式融合方案和基于不同高度CAPPI参数外推方案两个关键因素进行分析。结果表明:(1)弱降水时(雨强<5 mm·h^(-1)),三种融合方案产品各区域和预报时次各有优劣,当雨强≥5 mm·h^(-1)时,双偏振雷达外推与两个模式融合产品(QPF_Blending)较单模式融合(QPF_R1和QPF_R3)的最优评分至少提升15%以上,且雨强越大,提升越明显;(2)内陆地区(距离海岸线130 km以外的区域)使用高度过低或过高的CAPPI会对第1 h QPF精度产生明显影响,但总的来说使用3 km高度的CAPPI外推预报的QPF精度最高;(3)改进后的0~6 h QPF产品在各预报时效和降水量级上ETS或TS评分都明显提升,雨强≥1 mm·h^(-1)时TS评分提升率达20.4%,随着雨强增大,提升率也越大。研究成果有效支撑了华南0~6 h强降水预报预警业务,对防灾减灾有重要意义。 展开更多
关键词 降水预报技术 双偏振雷达 中尺度模式 QPF
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三频雷达遥感云参数能力的进一步模拟与分析
6
作者 霍娟 乔聪聪 +2 位作者 王一楠 韩瑽琤 段民征 《大气科学》 北大核心 2025年第5期1229-1242,共14页
本文在研究团队前期工作基础上,针对非降水云中多种形态的冰晶粒子开展了三种典型短波雷达(X波段-9.5GHz-3cm、Ka波段-35GHz-8mm、W波段-94GHz-3mm)探测的模拟,对比分析了三种波长情况下粒子物理特征改变所引起的雷达回波变化情况,分析... 本文在研究团队前期工作基础上,针对非降水云中多种形态的冰晶粒子开展了三种典型短波雷达(X波段-9.5GHz-3cm、Ka波段-35GHz-8mm、W波段-94GHz-3mm)探测的模拟,对比分析了三种波长情况下粒子物理特征改变所引起的雷达回波变化情况,分析了联合利用三波长雷达探测数据识别冰晶形态的可能性。研究结果表明,W波段尽管波长短,灵敏度高,但是冰晶后向散射特征相比X波段和Ka波段要复杂很多,入射角度、粒子形态、粒子大小等的不同均会引起后向散射剧烈而复杂的改变,对基于统计或经验拟合法来提取云粒子微物理特征的反演方法带来挑战。已有分析结果亦显示,利用多波长雷达观测量之间的差异特征,有助于提供云内粒子微物理信息。例如,冰云中当W波段与Ka波段或W波段与X波段之间的反射率因子差值明显较大时,例如低于-3 dB时,则很可能存在“长”粒子,这些工作为基于多波长雷达回波反演云微物理参数算法的建立和精度提高提供了参考和经验。 展开更多
关键词 雷达 微物理 模拟 反演 冰晶
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北斗导航探空上升-下降段探空资料在华南区域数值模式同化应用试验
7
作者 张诚忠 黄燕燕 +1 位作者 梁家豪 徐黄飞 《热带气象学报》 北大核心 2025年第1期16-25,共10页
为了解华南区域北斗导航往返探空资料的性能及其对华南区域模式预报的影响,以一个月北斗导航探空资料,分别与L波段观测资料和欧洲中心分析场进行比较分析。结果发现,北斗导航资料与L波段上升段资料之间的速度均方根误差<1 m·s^(... 为了解华南区域北斗导航往返探空资料的性能及其对华南区域模式预报的影响,以一个月北斗导航探空资料,分别与L波段观测资料和欧洲中心分析场进行比较分析。结果发现,北斗导航资料与L波段上升段资料之间的速度均方根误差<1 m·s^(-1),温度均方根误差<1°,相对湿度的均方根误差<10%。北斗导航探空资料与欧洲分析场标准差在对流层内U、V分量<2 m·s^(-1);温度比分析场偏低~1°;湿度在大气层中除了在400~200 hPa附近偏干5%外,其余偏湿5%~15%。对流层以上的各要素标准差均大于对流层。分别对一次空气影响过程、台风登陆过程进行同化对比试验发现,同化北斗导航探空资料试验与同化L波段资料试验的各级别降水TS互有高低,前者试验24 h台风路径预报有32%的提高,反映出与同化L波段单一的上升资料试验相比,北斗导航的往、返探空资料的同化对短期的降水预报、台风路径预报有着中性至正的改善作用。 展开更多
关键词 北斗导航探空 同化试验 个例研究 华南区域
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湖北东部夏季和冬季雨滴谱特征对比研究
8
作者 付志康 万蓉 +3 位作者 余洋 王珏 周伶俐 王斌 《暴雨灾害》 2025年第6期755-766,共12页
雨滴谱是表征降水微物理特征的基本参量之一,对比研究夏、冬季不同类型降水的微物理特征,有助于了解降水系统的形成与演变机制,改善雷达定量降水估计精度。基于2015—2018年湖北东部4站的Parsivel激光雨滴谱仪观测数据,采用三参数伽马... 雨滴谱是表征降水微物理特征的基本参量之一,对比研究夏、冬季不同类型降水的微物理特征,有助于了解降水系统的形成与演变机制,改善雷达定量降水估计精度。基于2015—2018年湖北东部4站的Parsivel激光雨滴谱仪观测数据,采用三参数伽马滴谱分布函数反演夏季和冬季降水的微物理参量,并结合ERA5再分析和FY-2G卫星观测资料,分析了两个季节层状云和对流云降水的雨滴谱特征及其差异,探讨了其差异存在的可能原因及其对形状-斜率参数关系(μ–λ)以及雷达反射率-雨强关系(Z–R)的影响。结果表明,湖北东部地区夏季在南印度洋水汽输送下,以对流云降水为主,降水粒子呈现更大的质量加权平均直径(D_(m))和更小的归一化截距参数(N_(w));冬季在西北气流控制下以层状云降水为主,整体D_(m)较小而N_(w)较大。夏季对流云降水中强烈的碰并与破碎过程,使小雨滴和中等直径雨滴数浓度N(D)显著高于冬季;而在冬季层状云降水中,较弱的上升气流和更长的粒子停留时间,使小粒子和大粒子数浓度均高于夏季,而中等粒子雨滴的数浓度则略低。上述微物理特征的差异也导致了该地区μ–λ和雷达Z–R关系与其他地区的差异。 展开更多
关键词 雨滴谱 冬夏季降水 Parsivel激光雨滴谱仪 降水微物理 湖北东部
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基于仪表放大器的温度脉动仪的测量不确定度
9
作者 夏惠军 杨欢 +4 位作者 邬欣明 邓万涛 高伟翔 杨天志 李彪辉 《激光技术》 北大核心 2025年第2期296-300,共5页
表征大气湍流强度的关键参数一般是折射率结构常数,其由温度脉动仪测量得到。为了研究该常数的测量不确定度,基于温度脉动仪的工作原理,采用直径为10μm、电阻值为90Ω、温度变化系数为4.5×10^(-3)/K的钨丝作为测量传感器,获取温... 表征大气湍流强度的关键参数一般是折射率结构常数,其由温度脉动仪测量得到。为了研究该常数的测量不确定度,基于温度脉动仪的工作原理,采用直径为10μm、电阻值为90Ω、温度变化系数为4.5×10^(-3)/K的钨丝作为测量传感器,获取温度差系综平均,并将同步监测到的压强、温度、距离等参数进行综合分析计算,得到折射率结构常数的测量不确定度。结果表明,当近地面层的大气折射率结构常数的真实值范围在10-13~10-16时,计算得到的折射率结构常数测量不确定度可控制在1%之内,具有较高的可信度。这一结果对于提高温度脉动仪的测量误差具有很大的作用,同时也为控制其测量不确定度提供了新的解决途径。 展开更多
关键词 大气光学 大气湍流 温度变化 测量不确定度 近地面
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基于北斗B2b实时水汽反演性能分析
10
作者 陶伟 曹云昌 +4 位作者 成振华 赵盼盼 梁宏 王乙竹 梁静舒 《气象科技》 2025年第4期479-487,共9页
在北京架设GNSS接收机和天线,接收GNSS系统的秒级信号,利用软件进行数据质量检查,基于北斗导航卫星B2b信号发布的精密单点定位精密星历,开展了基于精密单点定位的北斗、单GPS和二者融合的实时对流层延迟和大气可降水量的反演试验,对比... 在北京架设GNSS接收机和天线,接收GNSS系统的秒级信号,利用软件进行数据质量检查,基于北斗导航卫星B2b信号发布的精密单点定位精密星历,开展了基于精密单点定位的北斗、单GPS和二者融合的实时对流层延迟和大气可降水量的反演试验,对比了相应的北斗和GPS双差网解、无线电探空仪和ERA5的对流层延迟和大气可降水量。结果显示:GNSS信号的平均信噪比大于35,多路径效应优于0.5 m,能够进行有效的GNSS观测和反演。总体上几种解算方法一致,与双差网解相比,基于北斗精密单点定位的大气对流层延迟反演平均偏差为4.5 mm,均方根误差为9.94 mm,相关系数为90%;对应解算的大气可降水量平均偏差为0.35 mm,均方根误差为1.33 mm,相关系数为96%。与无线电探空仪相比,大气对流层延迟反演平均偏差为5.83 mm,均方根误差为7.38 mm,相关系数为95.07%。对应解算的大气可降水量平均偏差为1.03 mm,均方根误差为1.72 mm,相关系数为94.45%。表明基于BDS反演的天顶总延迟、大气可降水量反演技术使得单系统、单点解算成为可能,该方法采用分布式计算策略,避免了以往台站端需要将解算数据回传至中心站的带宽和存储压力,提升了水汽解算的实时性,能表征水汽的变化趋势,对关于水汽的天气现象和气象灾害监测预警都有重要的意义。 展开更多
关键词 总对流层延迟 大气可降水量 精密单点定位 无线电探空
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航天发射高空风探测精度提升方法及试验
11
作者 黄红艳 陈阳 +2 位作者 赵小平 廖国瑞 唐阳 《航天工程大学学报》 2025年第5期38-46,共9页
在分析现有高空风探测误差来源的基础上,开展了高空风探测精度提升方法研究和基于棘面气球、300 g胶面小球和不同绳长的高空风探测精度提升对比试验。分析结果表明:由于钟摆效应、侧滑效应、导航定位精度、测风数据算法等原因,常规高空... 在分析现有高空风探测误差来源的基础上,开展了高空风探测精度提升方法研究和基于棘面气球、300 g胶面小球和不同绳长的高空风探测精度提升对比试验。分析结果表明:由于钟摆效应、侧滑效应、导航定位精度、测风数据算法等原因,常规高空风探测数据存在较大的测量误差,通过调整探空气球和探测绳长,可以提升高空风探测精度。探测试验结果显示:棘面气球配1.2 m绳长和300 g胶面小球配4 m绳长的探测组合可以显著减小高空风探测过程中引入的随机误差,提高高空风探测精度,减小探测数据分层厚度,为后续航天发射任务高精度高空风探测保障提供科学的参考和依据。 展开更多
关键词 航天发射 高空风 探测试验 精度提升
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电离层底部“绿闪”现象的地基观测和激发背景研究
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作者 黄欣 陆高鹏 +1 位作者 黄海亮 程征伟 《地球与行星物理论评(中英文)》 2026年第1期108-117,共10页
“绿闪”(ghost)是最新发现的一种中高层瞬态发光事件(transient luminescence events,TLEs)类型,由于其拍摄条件要求较高,可分析的观测数据较少且均为单站地基光学观测.基于现有资料可查的7次ghost事件的地基观测,本文利用单站地基观... “绿闪”(ghost)是最新发现的一种中高层瞬态发光事件(transient luminescence events,TLEs)类型,由于其拍摄条件要求较高,可分析的观测数据较少且均为单站地基光学观测.基于现有资料可查的7次ghost事件的地基观测,本文利用单站地基观测并结合星场定位估算ghost高度的方法,计算得到其中5次ghost事件(其中有2个ghost事件为同一母体雷暴)发生高度范围在90到100 km.目前所知ghost事件伴随两种不同的TLEs现象,即“红色精灵”(red sprite)或者“巨大喷流”(gigantic jet).通过ghost事件与这两种TLEs现象的伴随关系表明,ghost事件的发生可能与背景条件及雷暴放电过程中的强电场和能量释放密切相关.本文进一步分析了上述7次ghost事件发生时的大气环境背景条件(如中性粒子密度、离子浓度和电子密度等),通过MSIS-E-90标准大气模型和国际参考电离层(IRI)模型得到中性粒子(O_(2)^(+)、N_(2)、O_(2))密度廓线、离子(和NO^(+))密度廓线和电子密度的分布情况,发现N_(2)、O_(2)和电子密度的突变对ghost的发生有关键作用.这些突变可能为ghost发生提供了必要介质条件.本文还通过计算ghost发光区域空间范围的变化速率,发现其远远低于流光放电时的扩散率,因此推测ghost发光可能是辉光放电的一种形式.最后,本文分析ghost的母体雷暴发展特征,发现ghost事件通常发生在对流活动开始减弱的阶段,这一现象表明,ghost的产生可能与雷暴放电过程中的总体能量释放强度有关.在雷暴活动减弱阶段,虽然对流活动下降,但雷暴云顶的电场可能仍然较强,从而为ghost事件的发生提供了必要的能量条件. 展开更多
关键词 “绿闪” 闪电 雷暴 中高层瞬态发光事件
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中国综合气象观测系统的业务发展 被引量：1
13
作者 张鹏 李锐 +30 位作者 赵坤 王东晓 王劲松 雷勇 夏祥鳌 咸迪 陈玉宝 吴蕾 赵培涛 郭启云 杨荣康 李翠娜 颜鹏 刘超 王鑫 桂华侨 刘磊 关敏 黄浩 何建新 刘黎平 王宾宾 孙业乐 王一楠 黄勇 胡雯 李柏 王自发 马耀明 刘建国 傅云飞 《气象学报》 北大核心 2025年第3期729-760,共32页
气象观测技术是现代气象科学的基石,推动了学科的发展和业务的进步。20世纪20年代,在中国近代气象科学形成初期,老一辈气象学家就提出了“谋气象学术之进步与测候事业之发展”的中国气象学会宗旨。中国气象观测系统经历了从无到有、从... 气象观测技术是现代气象科学的基石,推动了学科的发展和业务的进步。20世纪20年代,在中国近代气象科学形成初期,老一辈气象学家就提出了“谋气象学术之进步与测候事业之发展”的中国气象学会宗旨。中国气象观测系统经历了从无到有、从人工到自动化、从地面到空间的跨越式发展,已经形成了较为完善的地面观测、高空探测、卫星遥感等多元化的业务观测体系。在这个过程中,科学技术的进步推动了气象观测的不断发展,使得天气预报的准确率和及时性得到了显著提高。从地面气象观测、高空气象探测、海洋气象观测、空间天气观测、天气雷达、气象卫星、地基和空基遥感系统等7个方面概述中国气象观测系统业务的发展历程、现状以及未来的发展趋势。气象观测试验作为气象探测技术发展、探测方法研究、探测装备体系建设的重要创新驱动力在中国观测系统升级换代中发挥了重要的先导和技术支撑作用。概要介绍了中国多源综合观测与大型试验情况。气象观测系统不仅仅是对现有工程技术的应用,更是一个充满未知科学问题、技术挑战和应用领域发展的学科分支。随着观测技术的更新换代,更高精度的传感器和更先进的遥感设备的应用,中国现有的观测设备需要不断更新以保持技术的前沿性和数据的准确性。气象观测系统正在朝着智能化、立体化和全球化的方向发展,大数据、人工智能、量子科技等前沿技术将在未来气象观测系统发展中扮演重要的角色。 展开更多
关键词 综合气象观测 业务发展 地面气象观测 高空气象探测 海洋气象观测 空间天气观测 天气雷达 气象卫星 地基 和空基遥感系统 多源综合观测与大型试验
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三江源层状云系微物理结构特性的飞机观测研究 被引量：1
14
作者 王黎俊 康晓燕 +2 位作者 王启花 郭世钰 韩辉邦 《大气科学学报》 北大核心 2025年第1期152-163,共12页
利用机载粒子测量系统(particle measuring system,PMS)对三江源一次春季典型层状云系进行分层垂直探测,研究了云系的微物理结构特性。结果表明,春季典型层状云系由3层云层组成,卷层云(Cs)为冰云,分为上、下两层的高层云(As)为过冷混合... 利用机载粒子测量系统(particle measuring system,PMS)对三江源一次春季典型层状云系进行分层垂直探测,研究了云系的微物理结构特性。结果表明,春季典型层状云系由3层云层组成,卷层云(Cs)为冰云,分为上、下两层的高层云(As)为过冷混合态云,过冷水高值区位于下层高层云的中上至中下部位,在其中下部过冷水含量及云粒子浓度最大,具有较明显的地区特性。过冷水高值区的液态云粒子主要是中值直径在3.5~27.5μm范围内的云滴,30.5μm以上云粒子基本上为冰相。在下层高层云中上部的过冷水高值区有较明显的淞附增长现象,而中下部存在较明显的冰晶效应。在下层高层云过冷水高值区,过冷水含量比率的平均值达(90.8%±10.9%),且其中部至中下部位处(95.6%±5.6%)明显高于中上部(79.8%±12.1%),为人工增雨作业催化提供了有利条件。 展开更多
关键词 三江源 层状云系 飞机观测 机载粒子测量系统(PMS)
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LandEM模式的改进及在青藏高原地区初步应用 被引量：1
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作者 刘勇洪 翁富忠 +6 位作者 何文英 唐飞 李锐 徐永明 韩阳 杨俊 王艺丹 《气象学报》 北大核心 2025年第1期61-79,共19页
基于物理模型的微波发射率(MLSE)模拟一直面临着很大挑战,目前还缺乏利用物理模式模拟较高分辨率的全球或区域尺度MLSE的应用案例。针对先进辐射传输模拟系统(ARMS)中的陆面微波发射率(LandEM)模式,对土壤介电常数和粗糙地表反射率模型... 基于物理模型的微波发射率(MLSE)模拟一直面临着很大挑战,目前还缺乏利用物理模式模拟较高分辨率的全球或区域尺度MLSE的应用案例。针对先进辐射传输模拟系统(ARMS)中的陆面微波发射率(LandEM)模式,对土壤介电常数和粗糙地表反射率模型进行了改进及相应MLSE模拟研究,并结合地面观测MLSE资料进行了模拟评估,同时开展了LandEM模式主要输入参数优化研究;在此基础上,以青藏高原地区为例,选择3种粗糙地表反射率半经验模型和1种发射率经验模型组合成9种MLSE模拟方案,利用3套卫星观测资料反演的MLSE产品,对9种不同模拟方案进行了评估,并选择出最优模拟方案对青藏高原地区MLSE进行了模拟分析。研究结果显示:LandEM模式中引入Mironov常温土壤介电常数模型后模拟的MLSE得到改善,引入Zhang冻土介电常数模型可弥补原有冻土介电常数估算的缺陷,引入Chen-Weng粗糙地表反射率模型后模拟的MLSE也得到有效改善;针对青藏高原地区MLSE模拟,Qp粗糙地表反射率模型更适合裸土粗糙地表,Chen-Weng模型更适合植被粗糙地表;改进后的LandEM模式及优化模拟方案能较好地模拟0.10°×0.10°空间分辨率青藏高原地区水平极化MLSE值及空间分布,也能较好地模拟垂直极化MLSE值,但还不能对垂直极化MLSE空间差异进行有效模拟。 展开更多
关键词 微波地表发射率 LandEM模式 土壤介电常数 粗糙地表反射率 青藏高原
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基于卫星遥感的大气甲烷探测反演技术综述 被引量：2
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作者 蔡小莉 鲍云飞 黄巧林 《航天返回与遥感》 北大核心 2025年第1期160-173,共14页
当前基于自下而上的排放清单在估算甲烷(CH_(4))排放总量及其空间分布方面存在较大不确定性,卫星遥感技术以其广阔的覆盖范围和高效的监测能力,为全球大气CH_(4)浓度的监测提供了一种有效的手段。文章综述了基于卫星遥感的大气甲烷探测... 当前基于自下而上的排放清单在估算甲烷(CH_(4))排放总量及其空间分布方面存在较大不确定性,卫星遥感技术以其广阔的覆盖范围和高效的监测能力,为全球大气CH_(4)浓度的监测提供了一种有效的手段。文章综述了基于卫星遥感的大气甲烷探测反演技术,将甲烷遥感卫星分为区域通量成像仪和点源成像仪两大类,并对CH_(4)探测卫星性能及探测技术的发展进行了归纳。进一步分析了各类传感器CH_(4)反演算法及其数据产品在排放量监测和通量反演中的应用,探讨了不同反演算法的优势和局限性。最后,结合国家双碳目标的战略需求,预测了甲烷遥感卫星的未来发展趋势,并对CH_(4)反演技术研究的未来方向进行了展望,旨在为国家大气CH_(4)卫星遥感体系的建设提供参考。 展开更多
关键词 甲烷 大气遥感 反演算法 排放监测
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探空气球漂移对微波辐射计与探空温度差异的影响 被引量：1
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作者 董自鹏 李星敏 +3 位作者 彭艳 赵奎锋 杜怡心 白水成 《气象》 北大核心 2025年第5期529-541,共13页
为了评估地基微波辐射计对大气温度廓线的探测性能以及探空气球漂移对微波辐射计与探空温度差异的影响,利用陕西省西安市泾河气象站为期两年的微波辐射计和探空资料,分析了两者温度差异(δT)的时空变化特征,提出定量化计算探空气球漂移... 为了评估地基微波辐射计对大气温度廓线的探测性能以及探空气球漂移对微波辐射计与探空温度差异的影响,利用陕西省西安市泾河气象站为期两年的微波辐射计和探空资料,分析了两者温度差异(δT)的时空变化特征,提出定量化计算探空气球漂移引起的探空温度探测误差的方法。研究发现:微波辐射计温度反演值(T_(M))与探空温度(T_(s))的一致性存在着显著的时空变化,两者在春、秋季相关性高于夏、冬季,在低层的相关性高于高层;在同一高度上,环境气温与δT呈显著负相关,气温越高,微波辐射计对气温的低估越明显,反之亦然,导致微波辐射计“高温低估、低温高估”现象,且这一现象的严重程度在高空大于低空,在冬、夏季大于春、秋季;在各个季节,探空气球漂移均导致探空温度高于探空站上空的实际温度,并且探空温度探测误差与环境温度负相关,因此,探空气球漂移造成微波辐射计与探空温度的平均差异幅度被高估,δT离散程度被低估,同时削弱了δT与环境温度的相关性以及微波辐射计“高温低估、低温高估”的严重程度。总体而言,探空气球漂移引起的温度均方根误差以及δT标准差的变化不足2%,其对微波辐射计与探空温度差异的贡献远小于反演算法本身。 展开更多
关键词 微波辐射计 探空气球漂移 温度廓线 探空
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基于轻量级梯度提升机对毫米波雷达云回波数据分类
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作者 宋冬昊 王文明 +1 位作者 王敏仲 明虎 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第17期7072-7079,共8页
传统云分类方法具有主观性强、分类效率和精度较低等缺点。针对上述问题,提出一种基于轻量级梯度提升机(light gradient boosting machine,LightGBM)的云分类预测模型。首先将毫米波雷达获取到的云顶高度、云底高度、云层厚度、平均反... 传统云分类方法具有主观性强、分类效率和精度较低等缺点。针对上述问题,提出一种基于轻量级梯度提升机(light gradient boosting machine,LightGBM)的云分类预测模型。首先将毫米波雷达获取到的云顶高度、云底高度、云层厚度、平均反射率因子、液态水含量、持续时间作为特征变量,结合分类标签制作为满足模型需求的数据集。之后使用此数据集构建分类模型,将云分为St、Sc、Cu、As、Ac、Cs、Cc其7类云型。结果表明,模型准确率、精确率、召回率和F_(1)高达94.70%、94.68%、94.97%、94.65%,较其他模型有更好的分类效果。因此,LightGBM模型对云体分类识别效果显著,具有较强适用性,对云类识别业务自动化工作有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 LightGBM 机器学习 云分类 毫米波雷达
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瓦里关30年大气本底观测研究回顾和展望
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作者 车慧正 张晓春 +5 位作者 王剑琼 沈小静 张根 徐婉筠 郑宇 张小曳 《气候变化研究进展》 北大核心 2025年第2期186-197,共12页
为了应对气候变化并对大气成分及其相关物理、化学特性等进行系统的全球化观测,在青海省瓦里关山建成了欧亚大陆腹地第一个全球大气本底基准观象台(以下简称瓦里关本底站),开展了包括温室气体、气溶胶、臭氧、辐射、酸雨等关键成分的长... 为了应对气候变化并对大气成分及其相关物理、化学特性等进行系统的全球化观测,在青海省瓦里关山建成了欧亚大陆腹地第一个全球大气本底基准观象台(以下简称瓦里关本底站),开展了包括温室气体、气溶胶、臭氧、辐射、酸雨等关键成分的长期观测,并开展了其与天气、气候、环境和人体健康效应相互作用的研究。文中系统回顾瓦里关本底站过去30年的发展历程、主要观测项目及其研究成果并展望未来的发展方向和研究重点,并指出了观测技术的提升、创新和新观测项目的引入是进一步精准描述本底大气特征对全球气候与环境变化多尺度响应的重要发展方向。 展开更多
关键词 瓦里关本底站 大气成分 观测 气候变化
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星载红外高光谱资料同化中晴空判识技术的发展
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作者 马刚 黄静 +4 位作者 巩欣亚 尹若莹 张华 杨宗儒 龚建东 《地球科学进展》 北大核心 2025年第5期487-499,共13页
星载红外高光谱资料在数值预报业务中具有关键作用。鉴于红外光谱辐射易受云层强烈干扰,星载红外高光谱通道的晴空判识已成为资料同化中不可或缺的核心技术环节。以国外HIRS、AIRS、IASI和CrIS等探测器数据以及我国HIRAS和GIIRS资料为... 星载红外高光谱资料在数值预报业务中具有关键作用。鉴于红外光谱辐射易受云层强烈干扰,星载红外高光谱通道的晴空判识已成为资料同化中不可或缺的核心技术环节。以国外HIRS、AIRS、IASI和CrIS等探测器数据以及我国HIRAS和GIIRS资料为研究对象,系统梳理了星载红外大气探测资料应用中晴空像元/通道判识方法的发展脉络,归纳总结了多类晴空判识技术,主要包括:基于单一光谱特征与跨光谱特征的晴空通道判识、基于主成分分析与机器学习的晴空像元判识,以及我国风云卫星红外高光谱资料同化过程中自主研发的晴空通道判识方法。研究表明,三维晴空判识方法通过有效同化云顶以上的红外高光谱晴空资料,已成为提升资料同化效能的关键技术;在高光谱探测器像元尺度上,基于跨光谱资料反演云参数的匹配判识方法,相较于高光谱资料自身三维晴空判识,在多相态云环境中表现出更高的判识精度;此外,该方法还为红外高光谱资料的机器学习晴空像元判识和全天空同化提供了足够精确的先验样本。结合当前研究进展与业务应用现状,针对全天空、全光谱星载红外高光谱资料同化中晴空判识技术面临的挑战,提出以跨光谱匹配算法构建的晴空通道判识样本为基础,进一步发展融合机器学习的三维晴空通道判识方法,这将成为星载红外高光谱资料同化技术的重要发展方向,并为逐步增强其在数值预报中的应用价值提供更有力的技术支撑。 展开更多
关键词 卫星 红外高光谱 资料同化 晴空通道判识
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