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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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华南0~6小时融合定量降水预报技术改进研究
4
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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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
5
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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基于仪表放大器的温度脉动仪的测量不确定度
6
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
7
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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中国综合气象观测系统的业务发展 被引量：1
8
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
9
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
10
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
11
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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基于轻量级梯度提升机对毫米波雷达云回波数据分类 被引量：1
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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
13
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
14
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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基于葵花卫星和机器学习的石家庄对流初生判别研究
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作者 张立霞 周玉淑 +3 位作者 万秉成 房荣 梁阔 张哲 《大气科学学报》 北大核心 2025年第3期449-462,共14页
气象卫星通常能够早于天气雷达发现积云发生发展的前兆信号。为了充分挖掘新一代静止气象卫星多通道数据在石家庄短临天气预报中的作用,本文利用葵花8/9号卫星和天气雷达开展石家庄地区对流初生判别研究,并建立了基于机器学习方法的客... 气象卫星通常能够早于天气雷达发现积云发生发展的前兆信号。为了充分挖掘新一代静止气象卫星多通道数据在石家庄短临天气预报中的作用,本文利用葵花8/9号卫星和天气雷达开展石家庄地区对流初生判别研究,并建立了基于机器学习方法的客观对流初生判别模型。通过分析石家庄地区云图特征,建立了适用于石家庄地区的积云目标识别方法,并结合多目标跟踪算法建立了石家庄地区的对流单体数据集。在进行多目标跟踪的过程中,面对直接剔除卷云和晴空后造成的积云云体较破碎、难以跟踪等难题,本文针对性地提出以完整云团作为研究对象的方法,实现了积云生命周期样本的完整提取。基于对流单体数据集,结合天气雷达观测数据,寻找出现35 dBZ以上回波的积云单体,记录首次出现35 dBZ回波时刻,将之作为对流初生的发生时刻。通过对多通道亮温变化特征与积云发展过程的对照分析,发现积云发展成为强对流过程中,石家庄地区的10.4μm亮温呈现下降趋势,12.4μm和10.4μm亮温差和三通道亮温差呈现上升趋势。据此特征分析筛选出有效的影响因子,建立了随机森林对流初生判别模型,该模型能够有效实现石家庄地区对流初生预报。该模型在对石家庄地区对流初生过程的测试中,实现了92%的有效命中率,相应的虚警率为31%。该算法能够在天气雷达图上没有任何回波的时刻,有效地找到将要发展成为强对流的积云单体,提升了石家庄地区强对流天气预警的时效性。 展开更多
关键词 对流初生 机器学习 多目标跟踪 葵花8/9号卫星 天气雷达
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基于船舶观测的全球海洋气象数据可用性分析
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作者 南雪景 汪冬冬 +5 位作者 李肖霞 雷勇 张恩泽 杜珣 张雨潇 刘圆 《中国海洋大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期30-38,共9页
利用中国气象局气象大数据云平台共享的志愿观测船(voluntary observing ships,VOS)2022年观测资料,本文对海洋气象观测数据到报率、数据可用率及气温、相对湿度、气压和风速的数据可用性进行了分析,并将能同时观测基本气候变量(essenti... 利用中国气象局气象大数据云平台共享的志愿观测船(voluntary observing ships,VOS)2022年观测资料,本文对海洋气象观测数据到报率、数据可用率及气温、相对湿度、气压和风速的数据可用性进行了分析,并将能同时观测基本气候变量(essential climate variables,ECVs)的VOS定义为ECVs船舶,ECVs船舶的观测数据连续且规律变化。选取一条航程长且航线分布于不同海域的船舶与ERA5再分析数据对比,发现气温的数据可用性最佳,相关系数(correlation coefficent,CC)月均值达0.92,均方根误差(root mean square error,RMSE)和相对偏差(relative deviation,RD)都较小;其次是气压数据,其CC月均值达0.85且RD仅为-0.12%;相对湿度和风速的观测数据表现较差,其CC月均值较低,相对湿度的RMSE较大,为9.16%,而风速的RD过大,达到27.32%。本文的研究结果可为提升海洋气象观测数据的质量和应用水平提供有效参考。 展开更多
关键词 志愿观测船 基本气候变量 可用性分析 第五代全球大气再分析数据集(ERA5)
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基于宽度学习系统的云南省多源降水数据融合模型研究
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作者 周媛媛 杨晓辉 肖天贵 《高原气象》 北大核心 2025年第2期475-491,共17页
准确的降水量是精准预报降水引发的相关灾害的前提条件和基础,因此,获取准确的降水量显得十分必要。为此,本研究搭建了一个基于宽度学习系统(Broad learning system,BLS)的多源降水融合模型,以获取更准确的降水数据。以云南省为研究区域... 准确的降水量是精准预报降水引发的相关灾害的前提条件和基础,因此,获取准确的降水量显得十分必要。为此,本研究搭建了一个基于宽度学习系统(Broad learning system,BLS)的多源降水融合模型,以获取更准确的降水数据。以云南省为研究区域,选用2014年4月至2017年12月的3B42V7、IMERG、GSMaP、CMORPH、PERSIANN卫星数据以及雨量计数据作为源数据,加入经纬度信息,进行多源数据融合。留一年交叉验证法(Leave-one-year-out cross validation,LOYOCV)用于验证所提融合模型的性能,并使用相关系数(Pearson’s correlation coefficient,CC)、均方根误差(Root-mean square error,RMSE)、平均绝对误差(Mean absolute error,MAE)、纳什效率系数(Nash-Sutcliffe coefficient of efficiency,NSE)和克林-古普塔效率系数(Kling-Gupta efficiency,KGE)等统计指标量化在不同时空尺度上的融合降水量的准确性。同时,分别对比了基于支持向量机(Support vector machine,SVM)和深度神经网络(Deep neural network,DNN)的融合模型,评估了经纬度信息在所提融合模型中的效力。在LOYOCV中,BLS融合降水的日平均CC、RMSE、MAE、NSE均优于5个卫星产品。在时间尺度上,融合降水能够捕捉实际雨量计降水的时间趋势,且能较准确地估计2017年云南省的暴雨量;BLS融合降水在雨季(5-10月)和干季(11月到次年4月)均优于5个卫星产品中表现最好的CMORPH降水产品。在空间尺度上,相比5个卫星产品,BLS融合降水能在大部分地区表现出最高的CC、NSE以及最小的RMSE、MAE。BLS融合模型对实际降水的模拟能力高于SVM融合模型,且相对于DNN模型用时更短、更高效。此外,经纬度信息的加入能提升融合降水的准确性。总之,考虑了经纬度信息的基于BLS的多源降水融合模型能够提升云南省降水量的准确性,在多源降水数据融合领域有一定的应用价值。 展开更多
关键词 多源降水数据 数据融合 宽度学习系统 经纬度信息
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激光测风雷达与多普勒天气雷达的速度对比与分析
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作者 滕玉鹏 李斐斐 +5 位作者 夏芸洁 胡姮 吴蕾 马若赟 李思腾 方亚芬 《气象》 北大核心 2025年第5期517-528,共12页
基于天气雷达夜间观测到的大气晴空回波,通过激光测风雷达测得的高精度水平、垂直风速、风向的垂直廓线,计算得到风廓线相对于多普勒天气雷达的径向速度,进而实现激光测风雷达与多普勒天气雷达的速度对比与分析。基于该方法对2023年5月... 基于天气雷达夜间观测到的大气晴空回波,通过激光测风雷达测得的高精度水平、垂直风速、风向的垂直廓线,计算得到风廓线相对于多普勒天气雷达的径向速度,进而实现激光测风雷达与多普勒天气雷达的速度对比与分析。基于该方法对2023年5月北京大兴CINRAD/SA天气雷达的径向速度和激光测风雷达的风廓线产品进行了对比分析。结果表明:2023年5月北京大兴CINRAD/SA天气雷达径向速度差的平均值为0.37 m·s^(-1),整月差值的标准差为3.66 m·s^(-1)。对逐日数据进行分析,23天的径向速度差的平均值在±1m·s^(-1)以内,25天的标准差小于4 m·s^(-1)。研究结果表明,基于激光测风雷达数据,结合天气雷达晴空回波可实现天气雷达径向速度的逐日、逐月分析,及时发现因设备维护不足或设备故障引发的径向速度偏差。同时,研究结果印证了天气雷达晴空回波主要为气象因素产生的气象晴空回波,天气雷达夜间晴空回波的径向速度可代表大气风场速度。 展开更多
关键词 天气雷达 晴空回波 径向速度 激光测风雷达
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多普勒天气雷达反演风场综述
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作者 梁旭东 周海光 罗义 《气象学报》 北大核心 2025年第3期855-872,共18页
多普勒天气雷达能够提供高时、空分辨率的降水粒子空间信息和径向运动资料。反射率因子和双偏振量等降水粒子空间信息相对比较直观,但是由于雷达探测的大气运动场只有径向分量,并不直接反映大气运动的全部特征,所以需要通过各种反演方... 多普勒天气雷达能够提供高时、空分辨率的降水粒子空间信息和径向运动资料。反射率因子和双偏振量等降水粒子空间信息相对比较直观,但是由于雷达探测的大气运动场只有径向分量,并不直接反映大气运动的全部特征,所以需要通过各种反演方法提取雷达探测资料中包含的大气运动信息,以应用于中、小尺度天气的诊断、分析和预报。中外多普勒天气雷达网建设已经比较成熟,但是业务中基于雷达径向速度的风场反演应用还较少。因此,将风场反演方法分为单雷达风场反演和双(或多)雷达风场反演两类,分别进行了总结,并在附录中采用一致的数学符号给出了主要基本方法的推导和公式,以便让读者能够从基本原理出发了解这些方法的来龙去脉。基于单多普勒雷达的反演方法只要求单部雷达覆盖即可,应用方便、计算简单,但是通常是假定风场是均匀的或者是线性变化的,因此对于空间变化比较剧烈的风场,反演误差较大,同时因采用不同的风场分布特征假设也衍生出了各种扩展方法,一定程度上改善了单多普勒雷达反演风场的准确度和可用性。对于两部或多部多普勒雷达反演技术,重点介绍了原理和特点。多部多普勒雷达反演方法能够得到更加精细和精确的风场三维结构信息,但是对于观测资料的时、空一致性要求较高。随着雷达组网密度的提高,多部多普勒雷达反演方法的研究和应用受到越来越多的重视,同时,将风场反演和资料同化技术结合也是重要的发展方向和趋势。 展开更多
关键词 多普勒天气雷达 单多普勒雷达风场反演 双多普勒雷达风场反演
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FY-3降水测量雷达外定标试验场的大气衰减特性分析
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作者 吴琼 商建 +2 位作者 尹红刚 陈林 谷松岩 《气象》 北大核心 2025年第2期221-228,共8页
利用2023年锡林浩特国家高空气象观测站的全年探空资料,分析了风云三号降水测量雷达外定标试验场地的大气衰减特性。通过挖掘大气可降水总量和路径积分衰减的关系,建立了一种快速估算大气衰减量的方法。结果表明,氧气衰减的年变化很小,... 利用2023年锡林浩特国家高空气象观测站的全年探空资料,分析了风云三号降水测量雷达外定标试验场地的大气衰减特性。通过挖掘大气可降水总量和路径积分衰减的关系,建立了一种快速估算大气衰减量的方法。结果表明,氧气衰减的年变化很小,水汽衰减则具有明显的季节特征。此外,水汽衰减和水汽总量密切相关,Ku波段的水汽衰减在数值上约为水汽总量的1/250,Ka波段的水汽衰减约为Ku波段的4倍。并且,基于快速方法估算的衰减和常规方法计算的衰减相比,两者之间具有很好的一致性,表明快速方法合理可行。大气衰减的计算和分析可以为降水测量雷达外定标试验的顺利开展奠定基础。 展开更多
关键词 探空 降水测量雷达 外定标 大气衰减 大气可降水总量
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