基于GNSS_MET和微波辐射计资料的合肥地区大气可降水量变化特征分析.pdf
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1、第期气 象 水 文 海 洋 仪 器N o 年月M e t e o r o l o g i c a l,H y d r o l o g i c a l a n dM a r i n e I n s t r u m e n t sS e p 收稿日期:基金项目:安徽省气象局创新发展专项(C XM )资助.作者简介:何越(),男,硕士,工程师.主要从事新型气象资料应用研究工作.基于GN S S/ME T和微波辐射计资料的合肥地区大气可降水量变化特征分析何越,田晓明,祝颂,周先锋(安徽省大气探测技术保障中心,合肥 ;蚌埠市气象局,蚌埠 ;合肥市气象局,合肥 )摘要:文章结合 年合肥国家基本站的GN S
2、 S/ME T和微波辐射计个设备探测资料,演算了大气可降水情况的具体信息,分析者的变化特征和差异.结果表明:GN S S/ME T与微波辐射计反演的值变化趋势一致,具有较好的相关性,可以较好地反映合肥地区上空的水汽变化,但也存在明显偏差,其中均方根误差最大值在夏季,最小值在冬季,而相对方差则相反.对比来看,微波辐射计资料在夏季和秋季更具有代表性.关键词:GN S S/ME T;微波辐射计;大气可降水量中图分类号:P 文献标识码:A文章编号:X()A n a l y s i so nv a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fa t m o
3、s p h e r i cp r e c i p i t a b l ew a t e r i nH e f e i b a s e do nG N S S/ME Ta n dm i c r o w a v er a d i o m e t e rd a t aH eY u e,T i a nX i a o m i n g,Z h uS o n g,Z h o uX i a n f e n g(A n h u iA t m o s p h e r i cD e t e c t i o nT e c h n o l o g yS u p p o r tC e n t e r,H e f e i
4、;B e n g b uM e t e o r o l o g i c a lB u r e a u,B e n g b u ;H e f e iM e t e o r o l o g i c a lB u r e a u,H e f e i )A b s t r a c t:C o m b i n e dw i t ht h eGN S S/ME Ta n dm i c r o w a v er a d i o m e t e rd e t e c t i o nd a t ao fH e f e iN a t i o n a lB a s i cS t a t i o nf r o m t
5、 o ,t h i sp a p e rc a l c u l a t e st h es p e c i f i ci n f o r m a t i o n o fa t m o s p h e r i cp r e c i p i t a t i o n,a n da n a l y z e s t h ec h a n g ec h a r a c t e r i s t i c sa n dd i f f e r e n c e so f t h e t w o T h e r e s u l t s s h o wt h a tt h ev a r i a t i o nt r e
6、 n d so fGN S S/ME Ta n dm i c r o w a v er a d i o m e t e rv a l u e sa r ec o n s i s t e n ta n dh a v eag o o dc o r r e l a t i o n,w h i c hc a nb e t t e rr e f l e c tt h ec h a n g eo fw a t e rv a p o ro v e rH e f e ia r e a,b u tt h e r ea r ea l s oo b v i o u sd e v i a t i o n s T h
7、er o o tm e a ns q u a r ee r r o r i st h el a r g e s t i ns u mm e ra n dt h es m a l l e s t i nw i n t e r,w h i l et h er e l a t i v ev a r i a n c ei st h eo p p o s i t e F r o mt h ec o m p a r i s o n,t h em i c r o w a v er a d i o m e t e rd a t aa r em o r er e p r e s e n t a t i v e
8、i ns u mm e ra n da u t u m n K e yw o r d s:GN S S/ME T;m i c r o w a v er a d i o m e t e r;a t m o s p h e r i cp r e c i p i t a b l ew a t e r引言水汽是大气内最为活跃的组成部分,在大气中占比 ,是天气以及气候转换期间的关键指标.若气温出现变动,水汽则是唯一可以出现相态变化的大气成分.大气结合多类形态架构存在的水饱含着较为繁复的辐射影响,水汽凝聚为不同特性的云,辐射特质也随之出现变革.除此之外,水蒸气也是典型的温室气体形式,大气中水蒸气长时间的变
9、化量可作为全球气气 象 水 文 海 洋 仪 器S e p 候变动的参量.水汽的此类特征使水汽监测在天气以及气候分析方面起到了重要的作用.地面及以上大气柱内的水汽总量即是大气可降水量,其量值反映了大气内的水汽占比发展情况,也是评价空气内水资源的关键指标 .年B e v i s等给出了地基定位系统检测数据演算空气内可降水量的主要机理;R o c k e n及其团队则结合关联性测试就地基的G P S演算大气可降水情况的准确性予以论证;杜瑞林等利用地基G P S观测仪分析了武汉地区大气可降水总量与降水的关系;曹云昌等在气象监测技术分析和测试等方面,利用E C资料对北京观象台的探空、微波辐射计以及GN
10、S S/ME T有关装置监测的水汽结果予以比较,结果显示GN S S/ME T、探空和E C资料分析的水汽质量较好,设备数据差异性较高;王洪等利用GN S S/ME T,L波段探空和微波辐射计数据,对济南地区大气可降水量进行了对比分析,结果表明种资料的变化趋势一致性也存在明显的系统偏差.文章基于合肥市国家基本站的微波辐射计资料,同时结合GN S S/ME T水汽观测资料,评估微波辐射计反演大气可降水量产品的偏差,并得到了对该地区大气降水量各月分布的主要结果,初步了解合肥地区大气可降水量的变化特征.合肥地区资料与数据分析合肥市国家基本观测站位于合肥经开区高刘镇,距新桥机场约k m,距合肥市区 k
11、 m.经度为 E,纬度为 N,观测场海拔为 m.观测场配置了微波辐射计、毫米波云雷达和X波段相控阵雷达等大型装备,初步形成温度、湿度、风、气溶胶和水凝物条廓线探测能力.文章中用到的S C HT P 型地基微波辐射计作为一种新型探测设备,基于被动类型的微波遥感监测水汽和氧气的大气微波辐射亮温数据,由此演算地面至 k m高度的大气温、湿度和水汽浓度等有关数据指标,探测时间分辨力为s,高度分辨力为 m.用于对比分析的水汽观测资料来自合肥国家基本观测站的GN S S/ME T设备,G P S接收机时间分辨力为h.合肥地区大气可降水量变化特征分析方法文章所用资料时间范围为 /,共,组数据,其中因网络和供
12、电等故障导致 余组整点数据缺测;由于微波辐射计和GN S S/ME T观测资料时间分辨力不一致,因此种资料对比时选取每天的整点数据.利用G N S S/ME T资料计算大气水汽总量GN S S卫星信号在大气内的传输受介质折射等干扰继而顺着曲线前行,与在真空中传输对比,传播速率出现了延迟情况.利用相关软件解算出静力延迟和湿顶延迟的总量,进而可以得到较为精确的湿顶延迟量,随后基于湿顶延迟以及水汽浓度的正比联系,分析得到顺着天顶方向的水汽浓度.总延迟距离L与大气折射率有关,具体计算公式如下:LsNds()式中,N表示无线电波通过大气顺着线性s传播情况下的折射率,其与大气状态等存在的联系如式()所示:
13、N ne/f Pd/t Pv/t Pv/t()式中,ne,f,Pd,t,Pv分别指代大气内的电子密度、电磁波频次、干空气内的气压、大气温度和湿空气的部分气压;(Pv/t Pv/t)表示水汽总湿延迟Lw.总天顶湿延迟Dz w以及总湿延迟的联系即Dz wLwc s c,其中指代天顶角.空气内的垂直高度z总水汽指标即:Wp vvdz()式中,v为空气中水汽密度;Wp v为大气可降水量.Dz w与Wp v有以下关系:Wp vk Dz w()式()中比例系数k可表示为:k Rvk/Tmk k()()式()中,k,k,k,表示物理常量;,Rv,tm分别指代水的密度、大气常量以及大气的均值温度,tm同地面温
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