大气科学概论之一 现代气象观测系统概论 20150319

1、现代气象观测系统概论,内容,引言大气 气象观测系统现状 观测系统重点任务兼谈对人才的知识需求 思考题,最基本的气象参数,气压、温度、湿度、风（风向、风速） 降水、辐射、云、能见度、天气现象,不同高度 不同地区 不同时间,时空变化,气压从地面到高空,标准大气分层与大气温度的垂直分布,大气成分,气象观测需求：系统全面了解气象,、,平流层,大气综合探测技术,我国气象观测发展目标,到十二五末，形成地基、空基、天基观测有机结合，优势互补，布局合理、自动化程度高、运行稳定、保障有力、基本满足需求的综合气象观测系统。科学完善国家气候观测网、国家天气观测网、区域气象观测网和专业气象观测网，为提高气象预测预报能

2、力、气象防灾减灾能力、应对气候变化能力和开发利用气候资源能力奠定基础。,风云气象卫星系统 近200部新一代天气雷达 近120个探空站 30多部风廓线雷达 近2500个国家级气象观测自动站 近29000个区域自动站 近百个辐射站 近500个GPS/MET站 近500个雷电监测站 30多个大气成分观测站 （4个本底站） 300多个酸雨观测站 近700个农业气象观测站,2%,全国多部门共建有4000多个有人气象台站,一、气象观测系统现状,气象卫星,极轨气象卫星FY-1、FY-3 静止气象卫星FY-2 5个国家级卫星资料接收站 2000多个卫星资料接收利用站 高可靠、长寿命、业务化 应用领域广、效益高

3、 参与全球资源共享,业务气象卫星两大家族,地球静止轨道气象卫星静止卫星 近极地太阳同步轨道气象卫星极轨卫星,风云静止卫星：中国天气的哨兵 风云极轨卫星：世界天气的巡逻兵,20150317 13:00卫星图像,南京大雨,20150317 11:00卫星图像,南京多云,天气雷达近200部,约160部新一代多普勒天气雷达+数十部数字化雷达 波长:3cm、5cm、10cm 每6分钟一次“体扫” 联网覆盖全国,20150318 11:00全国雷达拼图,南京阴天,20150317 11:50全国雷达拼图,南京大雨,19900830 21:39:05 （北京）,飑线回波带长300km以上，宽约10km，中心

4、强度为55-60dBZ；飑线对应回波带的前沿有强辐合区，16-23m/s的大风区位于雷达站的东南方（箭头所指区域）。,南京气象学院雷达看飑线天气,近2500个国家级气象观测自动站 地面基本气象要素观测自动化 每10分钟观测一次，观测时空密度大大提高 所有观测资料实时汇集和共享 区域自动站近30000个,自动气象站全国已建成3万多个,近120个L波段探空系统高空站 30多部风廓线雷达 近500个GPS/MET站 卫星大气温湿廓线观测,高空气象观测,各类移动观测系统近200套 观测仪器: 天气雷达、地面、高空、风廓线、环境气象等 与固定观测系统优势互补，提升了对突发强天气和其它相关事件的应急服务能

5、力和水平,移动观测,专业气象观测（站数仅供参考）,425个雷电观测站 100个太阳辐射观测站 160个强风观测站 400个风能观测铁塔 29个沙尘暴观测站 28个大气成分观测站 337个酸雨观测站 653个农业气象观测站 1504个土壤墒情观测站 170个海岛/海岸自动气象站 16个浮标气象观测站 5个船舶气象观测站,二、观测系统重点任务兼谈人才的知识需求,观测站网的科学设计 观测资料质量评估和控制 观测系统运行、维护和保障 气象观测自动化和集约化 气象观测产品的开发 气象观测新产品的实验性应用,气象观测站设置在哪里？ 气象观测站网如何布局？,1. 观测站网的科学设计,夏季整层水汽输送,冷空气

6、,暖湿空气,雨区,科学需求,1) 强对流局地性天气易发区 2) 雪灾、沙尘暴灾害区 3) 长江流域洪涝灾害区 4) 南海和东海台风路径及影响关键区 5) 干旱、雪灾、冰雹、雾等灾害易发区,社会需求,测站稀少地区：地形复杂、人烟稀少（海洋、高山）,站网设计及其对人才的知识需求,国家级观测站网布局 省级观测站网布局 大型科学试验观测设计 城市气象、农业气象、交通气象等专业观测网设计,需要掌握大气探测学、气候学和天气学知识,2. 观测资料质量评估和控制,观测数据正确吗（正确的可能性有多大）？ 如何评价数据质量并进行标记？,站址迁移对温度观测的影响实例,河南许昌站原站址在市区，1982年1月向南迁移了

7、2100米至郊外。站址迁移造成该站年平均气温明显突然变低。,1982起许昌站由市区迁至郊外,河南许昌站年平均气温( ),测站环境变化对温度观测的影响实例,90年代以前，上甸子站的年平均温度一直高于通州站。90年代初起，随着通州站周围作为开发区开始建设，逐渐被建筑包围，通州站温度开始高于上甸子站。1995年通州站观测仪器移到办公楼六楼顶，通州站的温度开始显著地高于上甸子站。,仪器变更对风速观测的影响实例,1969年仪器换型,1967年既有仪器变化,也有仪器安装高度变化,1992年仪器变更,1969年仪器变更,TBM,58.8GHz,TBC,地基微波辐射计亮温观测的质量控制,地基微波辐射计亮温观测

8、的质量控制,晴空日序号,亮温度（K）,TBC,TBM,57.29GHz,晴空日序号,亮温度（K）,TBC,56.66GHz,TBM,晴空日序号,亮温度（K）,TBC,TBM,54.94GHz,晴空日序号,亮温度（K）,TBC,TBM,53.85GHz,晴空日序号,亮温度（K）,资料质量控制及其对人才的知识需求,观测设备状态监控 历史资料订正 资料质量评估 遥感算法,需要掌握大气探测学、统计学和遥感学知识,3. 观测系统运行、维护和保障,加强观测设备运行状态的监控,加强观测设备的标校,地面自动站故障类别,天气雷达故障分类,我国雷达故障平均持续时间MTTR超过40个小时，而美国仅为2.5个小时.,

9、运行维护保障及其对人才的知识需求,需要掌握大气探测、机械电子、遥感知识,气象观测（地面、高空、雷达) 计量检定 现场标校 仪器维护 设备维修,4. 气象观测自动化和集约化,地面气象观测 高空气象观测 特殊观测,日照时数,地面气象观测内容,雪,电线结冰,云,能见度,干土层,土壤湿度,蒸发,天气现象,冻土,地面状况,天气现象自动观测,天气现象采集,降水天气现象采集,凝结物天气现象采集,视程障碍天气现象采集,图像传感器,粒子散射特性传感器,雨、阵雨、毛毛雨、雪、阵雪、雨夹雪、阵性雨夹雪、霰、米雪、冰粒、冰雹,计算下降速度，对降水颗粒进行统计,图像传感器,露、霜、结冰、雾凇、雨凇、积雪,图像传感器,吹

10、雪、雪暴、烟幕、霾、沙尘暴、扬沙、浮尘、雾、轻雾、冰针、龙卷、尘卷风,对天,发射激光脉冲,对地,旋转平台,34种天气现象,数字化智能气象传感器,带微处理器、兼有信息检测和处理功能的传感器。 主要功能： 自动调零、自动校准、自动标定； 通过自检，对工作状况自诊断，判断故障，发出报警 具有逻辑判断和信息处理能力； 具有数据存储和记忆功能，能随时存取数据； 具有双向通信功能，支持网络接口等多种传输方式,主要特点 高精度：通过自动调零、自动补偿、自动校准等技术，使测量精度及分辨率大幅提高 高可靠性、宽量程、自适应能力强 高性价比 超小型化、低功耗：采用CMOS电路,天气现象自动观测系统设计,集约化的地

11、面观测,美国自动地面观测系统ASOS标准配置,加拿大气候中心（CCRN）地面观测系统标准配置,观测自动化及其对人才的知识需求,需要掌握大气探测、天气学、图形图像、机电知识,地面自动遥测 地基、空基遥感 智能传感器研发 数据反演 图像识别技术,2小时累积 3小时累积 6小时累积,天气雷达产品累积降水量（mm）,5. 气象观测产品的开发,飑线,暴雨回波,冰雹,龙卷,天气雷达产品灾害性天气现象识别,卫星图像产品开发,2013.11.1.10:00 黑龙江晴天 北方气旋 罗莎台风,卫星图像产品开发,2013.11.1.07:00 黑龙江晴天 北方气旋 罗莎台风,风廓线雷达,激光测风雷达,GPS/MET

12、水汽观测,450个站点，国家级站网的平均间距达到150km。,观测产品开发及其对人才的知识需求,需要有数理基础、大气探测学、气候学、天气学等知识,直接探测要素产品 遥感反演产品研发（天气雷达、风廓线、微波辐射计） 多设备、多要素数据综合分析、质量控制、数据融合、同化应用,6. 气象观测新产品的实验性应用,新仪器的观测资料如何表达、如何释义、如何使用？ 数据越来越多，如何用于数值模式？,（探索性的工作）,卫星导风 雷达测雨 大气温湿遥感,NDVI in July 1999,植被生长状态监测 植被指数,雷电监测,多种观测资料的融合与应用,气象观测新产品的实验性应用及其对人才的知识需求,需要有扎实的数理基础以及大气探测与遥感、气象学等专业知识，还要了解相关应用领域,新仪器观测原理与数据特点 遥感反演原理（天气雷达、风廓线、微波辐射计） 天气预报、气候、海洋等多领域的数值模式基