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为了促进国际气象观测网络的建设，以进行气象、水文以及与气象相关的地球物理观测，世界气象组织(World Meteorological Organization，i.e.WMO)于上世纪60年代提出了世界天气监测网计划(the World Weather Watch，i.e.WWW)。全球全自动飞机气象观测(Aircraft Meteorological Data Relay,i.e.AMDAR)于上世纪90年代起加入WWW计划，并由WMO向全球各国进行推广，取得了显著地成效。中国AMDAR观测起始于21世纪初，相较于欧美等发达国家，中国AMDAR观测无论在在天气监测还是数值天气预报等领域的应用现状都非常不理想，这主要是由于缺乏对这套观测资料详尽系统的质量分析以及应用研究。为了改变这一现状，显著提高中国AMDAR观测在气象领域的影响力，本文着重作了以下探讨: 1.任何观测在进行应用之前，了解清楚它们的观测原理是最为基础的工作，本文第一部分首先讨论了AMDAR观测系统的观测原理与基本气象要素的反演方法。AMDAR观测系统的主要气象观测元件为空速管和浸入式温度探测器，由于AMDAR观测是在飞机高速飞行期间进行采样的，所以AMDAR观测的观测原理与常规高空气象观测有很大的不同，需要将这两种仪器采集到的原始观测与飞机飞行状态记录联合，才可以计算得到环境气温与环境风速等基本气象要素。讨论清楚AMDAR观测原理对于了解资料的特性以及如何正确的使用这套观测资料有很重要的意义。 2.由于中国AMDAR观测的质量水平在此之前并未有详尽具体的分析，客观上阻碍了这套资料的良好应用，所以本文第二部分率先对中国AMDAR观测数据进行了评估。结果表明，由于中国民航飞机的航路规划特点，AMDAR观测的空间分布主要集中在中国中东部地区，时间分布主要集中在2300 UTC～次日1500 UTC时间段内。同时通过中国AMDAR观测与探空观测的比对，反映出中国AMDAR观测拥有可靠的质量水平，这一方面提高了中国AMDAR观测的可信度，另一方面也为资料在数值天气预报中的进一步应用提供了客观量化的参考。 3.要将一套观测资料全面应用在数值天气预报领域中，需要观测系统实验来进行详尽的论证。目前对于中国AMDAR观测，相关工作还极其缺乏。本文第三部分率先评估了中国AMDAR观测在观测系统实验中对中国区域数值天气预报的影响。结果发现，在中尺度数值天气预报模式WRF(Weather Research and Forecasting model)中采用高频率的AMDAR观测循环同化可以显著的改善模式的模拟结果。AMDAR观测同化对于模式模拟的改善是稳定的、范围广泛的以及普适性较高的。这显示出AMDAR观测同化在数值天气预报模式中拥有极为重要的作用，也是未来业务化的数值天气预报进程中不可或缺的组成部分。 4.国际上，AMDAR观测被广泛运用于对各类天气现象的观测与灾害预警中，然而对于中国AMDAR观测如何运用在中国地区的天气现象研究中，目前还普遍缺乏相关工作的讨论。本文第四部分以发生在乌鲁木齐市的一次局地极端中尺度灾害性大风天气事件—“东南大风”为例，分析了AMDAR观测在此类事件中的应用。研究表明，由于AMDAR观测对大气风温廓线拥有连续监测能力，所以其很好的捕捉到天气事件的发生过程，为通过数值模拟与诊断分析还原事件提供了有利依据。同时，通过在数值模式中加入AMDAR观测循环同化，调整了模式的要素场分布，从而使得模拟结果更加准确。此外，AMDAR观测还能在未来同类事件中起到远超常规观测的预警作用。从个例分析的结果可以映射出，中国AMDAR观测在未来业务化的天气观测与防灾减灾中都有着极为重要的意义。