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国产MWP967KV型地基微波辐射计探测精度

刘晓璐 刘东升 郭丽君 雷连发 冯金燕

刘晓璐, 刘东升, 郭丽君, 等. 国产MWP967KV型地基微波辐射计探测精度. 应用气象学报, 2019, 30(6): 731-744. DOI: 10.11898/1001-7313.20190609..
引用本文: 刘晓璐, 刘东升, 郭丽君, 等. 国产MWP967KV型地基微波辐射计探测精度. 应用气象学报, 2019, 30(6): 731-744. DOI: 10.11898/1001-7313.20190609.
Liu Xiaolu, Liu Dongsheng, Guo Lijun, et al. The observational precision of domestic MWP967KV ground-based microwave radiometer. J Appl Meteor Sci, 2019, 30(6): 731-744. DOI:  10.11898/1001-7313.20190609.
Citation: Liu Xiaolu, Liu Dongsheng, Guo Lijun, et al. The observational precision of domestic MWP967KV ground-based microwave radiometer. J Appl Meteor Sci, 2019, 30(6): 731-744. DOI:  10.11898/1001-7313.20190609.

国产MWP967KV型地基微波辐射计探测精度

DOI: 10.11898/1001-7313.20190609
资助项目: 

公益性行业(气象)科研专项 GYHY201406032

中国气象局云雾物理环境重点开放实验室开放课题 2017Z016

国家自然科学基金项目 41605111

中国气象科学研究院基本科研业务费专项 2019Z013

详细信息
    通信作者:

    刘东升, 939957604@qq.com

The Observational Precision of Domestic MWP967KV Ground-based Microwave Radiometer

  • 摘要: MWP967KV型地基微波辐射计是我国自主研发,拥有完整自主知识产权的新型大气微波遥感探测设备,为了实现国产设备在气象业务中的应用,需对设备的探测精度进行对比分析。利用2015年8月—2018年3月四川盆地南部山区的无线电探空数据和地基微波辐射计数据,分析晴空和有云天气条件下温度廓线、相对湿度廓线和水汽密度廓线及相关物理参数的精度。结果表明:晴空、层积云和高积云的微波辐射计与探空仪的温度、水汽密度和相对湿度相关系数整体上分别在0.9890,0.9665,0.5868以上,均达到0.01显著性水平。3种参数廓线的相关系数整体均呈地面大于高空,仅温度廓线相关系数达到0.01显著性水平,相对湿度廓线和水汽密度廓线在高空的相关系数未达到0.01显著性水平。3种参数的相关性整体上温度最高,水汽密度次之,相对湿度最低。温度、相对湿度和水汽密度的均方根误差平均值分别为2.8℃,22%和1.38 g·m-3,温度廓线和相对湿度廓线在层积云和高积云的云中及云上的精度明显降低,均方根误差较云层下温度升高1℃~2℃,相对湿度增大10%~20%。逆温层会影响廓线及物理参数的精度。晴天或云天等大范围相似天气条件下,探空气球飘移距离与温度廓线、相对湿度廓线和水汽密度廓线偏差的相关性较弱。
  • 图  1  晴空、层积云、高积云天气条件下,微波辐射计与探空的温度、相对湿度、水汽密度廓线相关系数(细实线表示0.01显著性水平)

    Fig. 1  The correlation coefficient between radiometer and radiosonde for temperature, relative humidity and vapor density profiles in clear-sky, stratocumulus-sky and altocumulus-sky (the thin solid lines denote 0.01 significant level)

    图  2  晴空天气条件下,微波辐射计与探空的温度、相对湿度和水汽密度的偏差与均方根误差

    Fig. 2  The deviation, root mean square error between radiometer and radiosonde for temperature, relative humidity and vapor density in clear-sky

    图  3  层积云天气条件下,微波辐射计与探空的温度、相对湿度和水汽密度的偏差与均方根误差

    Fig. 3  The same as in Fig. 2, but for stratocumulus-sky

    图  4  高积云天气条件下,微波辐射计与探空的温度、相对湿度和水汽密度的偏差与均方根误差

    Fig. 4  The same as in Fig. 2, but for altocumulus-sky

    图  5  晴空天气条件下,微波辐射计与探空的温度、相对湿度和水汽密度的散点图

    Fig. 5  Temperature, relative humidity and vapor density by radiometer and radiosonde in clear-sky

    图  6  层积云天气条件下,微波辐射计与探空的温度、相对湿度和水汽密度的散点图

    Fig. 6  The same as in Fig. 5, but for stratocumulus-sky

    图  7  高积云天气条件下,微波辐射计与探空的温度、相对湿度和水汽密度的散点图

    Fig. 7  The same as in Fig. 5, but for altocumulus-sky

    图  8  晴空、层积云和高积云天气条件下,气球飘移距离与温度、相对湿度和水汽密度偏差的相关系数

    (细实线表示0.01显著性水平)

    Fig. 8  The correlation coefficient of the balloon drift distance to the deviation between radiometer and radiosonde for temperature, relative humidity and vapor density in clear-sky, stratocumulus-sky and altocumulus-sky

    (the thin solid lines denote 0.01 significant level)

    表  1  晴空、层积云、高积云天气条件下,微波辐射计与探空的温度、相对湿度、水汽密度的相关系数、平均偏差和均方根误差

    Table  1  Correlation coefficient, mean deviation, root mean square error between radiometer and radiosonde for temperature, relative humidity and vapor density in clear-sky, stratocumulus-sky and altocumulus-sky

    参数 天气类型 相关系数 平均偏差 均方根误差
    温度 晴空 0.9890 -1.5℃ 3.3℃
    层积云 0.9909 -0.6℃ 2.6℃
    高积云 0.9914 -0.3℃ 2.5℃
    相对湿度 晴空 0.7646 12% 21%
    层积云 0.7203 5% 22%
    高积云 0.5868 2% 22%
    水汽密度 晴空 0.9770 0.09 g·m-3 1.37 g·m-3
    层积云 0.9749 0.16 g·m-3 1.23 g·m-3
    高积云 0.9665 0.30 g·m-3 1.55 g·m-3
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    表  2  晴空、层积云和高积云天气条件下,微波辐射计与探空的不同参数的相关系数、平均偏差和均方根误差

    Table  2  Correlation coefficient, mean deviation, root mean square error between radiometer and radiosonde for different parameters in clear-sky, stratocumulus-sky and altocumulus-sky

    间接参数 天气类型 相关系数 平均偏差 均方根误差
    K指数 晴空 0.90 7.0℃ 11.7℃
    层积云 0.85 5.1℃ 9.5℃
    高积云 0.87 4.0℃ 7.4℃
    沙式指数 晴空 0.87 -0.1℃ 3.7℃
    层积云 0.89 -2.5℃ 4.3℃
    高积云 0.83 -0.8℃ 3.6℃
    抬升凝结温度 晴空 0.98 -1.1℃ 2.1℃
    层积云 0.97 -0.6℃ 1.9℃
    高积云 0.94 -0.4℃ 2.2℃
    0℃层高度 晴空 0.95 -452 m 600 m
    层积云 0.95 -182 m 521 m
    高积云 0.92 -43 m 447 m
    -20℃层高度 晴空 0.82 -302 m 634 m
    层积云 0.90 -358 m 557 m
    高积云 0.90 -190 m 456 m
    对流抑制有效位能 晴空 -0.14 -15 J·kg-1 286 J·kg-1
    层积云 0.12 4 J·kg-1 110 J·kg-1
    高积云 -0.07 62 J·kg-1 160 J·kg-1
    湿对流有效位能 晴空 0.68 -82 J·kg-1 401 J·kg-1
    层积云 0.68 15 J·kg-1 203 J·kg-1
    高积云 0.61 -115 J·kg-1 387 J·kg-1
    整层积分水汽含量 晴空 0.98 2.7 kg·m-2 4.6 kg·m-2
    层积云 0.99 2.4 kg·m-2 3.9 kg·m-2
    高积云 0.97 2.8 kg·m-2 4.6 kg·m-2
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    表  3  晴空、层积云和高积云天气条件下,无逆温层样本微波辐射计与探空的温度、相对湿度和水汽密度的平均偏差和均方根误差

    Table  3  Mean deviation, root mean square error between radiometer and radiosonde for temperature, relative humidity and vapor density in clear-sky, stratocumulus-sky and altocumulus-sky without thermal inversion layer

    参数 天气类型 平均偏差 均方根误差
    温度 晴空 -0.4℃ 1.9℃
    层积云 0.1℃ 1.8℃
    高积云 1.2℃ 2.5℃
    相对湿度 晴空 10% 18%
    层积云 4% 18%
    高积云 -1% 18%
    水汽密度 晴空 0.28 g·m-3 1.25 g·m-3
    层积云 0.30 g·m-3 0.73 g·m-3
    高积云 0.77 g·m-3 1.36 g·m-3
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    表  4  晴空、层积云和高积云天气条件下无逆温层样本的微波辐射计与探空的不同参数的平均偏差和均方根误差

    Table  4  Mean deviation, root mean square error between radiometer and radiosonde for different parameters in clear-sky, stratocumulus-sky and altocumulus-sky without thermal inversion layer

    间接参数 天气类型 平均偏差 均方根误差
    晴空 0.2℃ 2.9℃
    K指数 层积云 3.1℃ 4.9℃
    高积云 0.6℃ 1.2℃
    晴空 -0.6℃ 2.3℃
    沙式指数 层积云 -1.8℃ 3.0℃
    高积云 1.3℃ 2.8℃
    晴空 -1.1℃ 1.1℃
    抬升凝结温度 层积云 -0.7℃ 1.6℃
    高积云 -0.2℃ 0.7℃
    晴空 -186 m 451 m
    0℃层高度 层积云 -234 m 450 m
    高积云 127 m 259 m
    晴空 -2 m 330 m
    -20℃层高度 层积云 -66 m 342 m
    高积云 345 m 500 m
    晴空 274 J·kg-1 293 J·kg-1
    对流抑制有效位能 层积云 55 J·kg-1 78 J·kg-1
    高积云 67 J·kg-1 182 J·kg-1
    晴空 -314 J·kg-1 588 J·kg-1
    湿对流有效位能 层积云 -27 J·kg-1 183 J·kg-1
    高积云 -404 J·kg-1 477 J·kg-1
    晴空 4.1 kg·m-2 4.8 kg·m-2
    整层积分水汽含量 层积云 3.0 kg·m-2 3.1 kg·m-2
    高积云 4.5 kg·m-2 4.7 kg·m-2
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-05
  • 修回日期:  2019-10-09
  • 刊出日期:  2019-11-01

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