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2021年第2期封面及目次
2021, 32(2)
摘要(885) PDF 642KB(40)
摘要:
2021年第2期封面及目次
综述
中国茶树春霜冻害研究进展
王培娟, 唐俊贤, 金志凤, 马玉平, 陈惠
2021, 32(2): 129-145. DOI: 10.11898/1001-7313.20210201
摘要(366) HTML全文(138) PDF 715KB(65)
摘要:
茶树作为我国主要经济作物,在早春萌发时易遭受霜冻害。我国茶树春霜冻多发于长江中下游,霜冻灾害指标可按照获取方法、数据类别、气象数据的时间尺度进一步细分。在气候变化背景下,茶树春霜冻发生次数虽呈下降趋势,但其危害不可忽视;其中,江南茶区茶树春霜冻的发生频率由南向北逐渐增加,随海拔升高逐渐增大。茶树春霜冻影响评估目前多集中于江、浙、皖、赣等茶区,且逐步由定性向定量发展;风险评估主要基于自然灾害风险形成机制划分不同的风险等级。今后,完善茶树春霜冻气象指标、构建基于茶园小气候的茶树春霜冻灾害指标、阐明全国茶树春霜冻时空分布特征、开展精细化茶树春霜冻风险评估将备受关注。
人工影响天气碘化银催化剂研究进展
楼小凤, 傅瑜, 苏正军
2021, 32(2): 146-159. DOI: 10.11898/1001-7313.20210202
摘要(337) HTML全文(124) PDF 586KB(56)
摘要:
碘化银(AgI)类催化剂是人工影响天气外场试验和业务作业中使用最广泛的催化剂,其核化效率和核化机制在很大程度上影响催化效果。在总结美国、中国和欧洲多个国家利用云室和风洞研究AgI类催化剂的核化机制、核化阈温及成核率的室内实验成果的基础上,梳理利用室内实验成果发展的AgI数值催化模式,旨在为下一步优选新型高效AgI类催化剂和改进数值催化模式提供借鉴。AgI类催化剂核化机制包括凝华核化、接触冻结核化、凝结冻结核化和浸没冻结核化,其核化过程受大气温湿条件、催化剂粒子大小、成分等多种因素影响,并与催化剂粒子的燃烧溶液法、燃烧焰剂法和爆炸法等发生方式有关。目前国内外使用的AgI类催化剂含有不同成分,有多种催化剂粒子产生方式,催化剂粒子的核化机制和成核率有很大差异。将来应重点基于高性能云室和风洞,分析不同催化剂配方的核化机制和成核率,优选新型高效催化剂,改进AgI数值催化模式。
论著
中国北方冬小麦蚜虫气候风险评估
王纯枝, 霍治国, 郭安红, 黄冲, 张蕾, 陆明红, 何延波, 刘万才
2021, 32(2): 160-174. DOI: 10.11898/1001-7313.20210203
摘要(270) HTML全文(86) PDF 4083KB(50)
摘要:
基于1958—2018年中国北方冬小麦主产区8个主产省(市)小麦蚜虫发生面积、防治面积和小麦播种面积、产量损失、561个气象站点逐日气象资料和典型农业气象站小麦发育期资料,采用相关分析、主成分分析和回归分析等方法,构建华北、黄淮及苏皖地区小麦蚜虫分区域的气候致灾指数。以小麦蚜虫年代际气候致灾指数所划分不同致灾等级发生频次作为小麦蚜虫气候危险性指标,采用小麦蚜虫发生面积率作为脆弱性指标,防治面积与发生面积比值作为防灾减灾能力指标,综合评估小麦蚜虫气候风险趋势。结果表明:北方冬小麦主产区小麦蚜虫气候危险性呈增加态势,年代际差异明显;小麦蚜虫发生脆弱性随年代变化也呈逐步加重态势;小麦蚜虫防灾减灾能力总体呈逐步增强趋势,20世纪90年代提升显著;90年代起小麦蚜虫气候风险逐步加重,高风险范围逐渐扩大,华北、黄淮分别于21世纪初、2011—2018年风险等级达最高;小麦蚜虫气候风险高的区域主要分布在北京、天津、河北中南部大部、山东北部部分地区,较高区域分布在山东大部、河南北部等地。
中国北方苹果种植需水特征及降水适宜性
邱美娟, 刘布春, 刘园, 王珂依, 庞静漪, 张晓男, 贺金娜
2021, 32(2): 175-187. DOI: 10.11898/1001-7313.20210204
摘要(2746) HTML全文(91) PDF 4870KB(38)
摘要:
以中国北方7个苹果主产省为研究区域,基于研究区域及周边100 m范围内210个气象站1970—2019年逐日气象数据和1 km分辨率的数字高程数据,采用最小湿度法对作物系数(Kc)进行逐日估算,并利用基于样条函数插值理论的专业气象插值软件ANUSPLIN对逐日气象数据进行空间插值,计算苹果各关键生育期需水量和降水适宜度。结合苹果优势主产区地理分布确定降水适宜度阈值范围。利用相关数理统计方法明确苹果需水特征和降水适宜度时空变化特征,并对苹果全生育期降水适宜性进行评价。结果表明:苹果全年平均需水量大多数区域为500.0~800.0 mm,萌芽-幼果期、果实膨大期和着色-成熟期平均需水量占全年平均需水量的比率分别为0.186~0.282,0.392~0.562和0.159~0.282。苹果全年、萌芽-幼果期、果实膨大期和着色-成熟期降水适宜度阈值范围分别为0.49~2.07,0.25~1.70,0.54~2.25和0.46~2.65。各生育阶段降水适宜度处在阈值范围内的区域分别占85.4%,87.4%,85.6%和84.9%。苹果全生育期降水的最适宜、次适宜和不适宜区分别占研究区域的31.9%,50.6%和17.5%。
基于探空数据集成学习的短时强降水预报试验
韩丰, 杨璐, 周楚炫, 吕终亮
2021, 32(2): 188-199. DOI: 10.11898/1001-7313.20210205
摘要(252) HTML全文(85) PDF 7350KB(48)
摘要:
使用2015—2019年6—9月08:00(北京时)我国119个探空站的大气层结和对流参数作为特征参数,基于XGBoost集成学习方法,建立短时强降水事件预报模型。同时,提出一种面向高影响天气的模型优化思路,通过使用分段权重损失函数,进行模型调优,在空报率不超过一定阈值的情况下,可提升模型预报的命中率和TS评分。设计分段权重损失函数权重敏感性试验和损失函数对比试验,选取7个区域中心探空站对比分析模型优化方法的有效性和泛化性。利用2019年6—9月全国探空数据针对短时强降水预报开展批量独立检验和个例分析,结果表明:改进后的预报模型TS评分提高0.05~0.1,命中率提高0.15以上,空报率提高0.05~0.1,表现出明显的“宁空勿漏”预报倾向,模型预报能力得到明显提升;在全国短时强降水预报试验中,预报模型命中率为0.65,空报率为0.37,漏报率为0.34,TS评分为0.47,说明该模型对短时强降水天气具有一定预报能力。
X波段双偏振雷达相态识别与拼图的关键技术
吴翀, 刘黎平, 仰美霖, 马建立, 李娟
2021, 32(2): 200-216. DOI: 10.11898/1001-7313.20210206
摘要(308) HTML全文(99) PDF 0KB(60)
摘要:
X波段双偏振雷达具有时空分辨率高、易于布网的特点,但散射特性差异和衰减影响使现有S波段雷达的相态识别和拼图算法不适用于X波段双偏振雷达。该文针对X波段相态识别及拼图产品的关键技术开展研究,提出基于准垂直剖面的融化层识别方法、基于数据质量的置信度阈值调整方法、基于统计的隶属函数参数改进方法和基于衰减程度的拼图融合方法。通过对比改进后可有效提升水凝物相态识别结果的可靠性和多雷达拼图结果的合理性。在2016年汛期北京典型个例中,融合后的X波段雷达网与当地S波段业务雷达相比能够提供更精细的回波结构和水凝物相态分布,有效缓解S波段雷达在近处探测能力降低的问题,识别的降雹区与地面观测相符。
不同闪电跃增算法在北京地区应用效果对比
田野, 姚雯, 尹佳莉, 郄秀书, 曹海维, 李晋, 袁善锋, 王东方
2021, 32(2): 217-232. DOI: 10.11898/1001-7313.20210207
摘要(235) HTML全文(78) PDF 0KB(47)
摘要:
基于S波段多普勒天气雷达基数据、北京闪电定位网全闪定位数据和北京地区降雹的人工观测结果,对比分析Gatlin和σ两种闪电跃增算法在不同配置下对北京地区2015—2018年共177次冰雹天气过程的预警效果。结果表明:不同倍数的σ算法预警结果差别很大,2σ(要求当前闪电频数变化率超过之前平均闪电频数变化率两倍标准差)在σ算法中的预警效果最佳;不同N(总闪频数变化率的数量)配置下的Gatlin算法的预警结果差别不大,其中当N=6时的预警效果最佳。2σ算法的命中率、虚警率和临界成功指数分别为80.2%,41.6%和51.1%,N=6的Gatlin算法的相应结果分别为82.5%,62.0%和35.2%。另外,详细分析了一次多单体雷暴过程和一次飑线过程中两种算法的应用情况,结果也表明Gatlin算法比2σ算法的命中率略高,但虚警率偏高很多,临界成功指数偏低。综合Gatlin算法和σ算法对冰雹预报结果评估情况,发现2σ闪电跃增算法更适于对北京冰雹天气的预警,对提升闪电数据在北京地区冰雹预报业务的可用度有一定参考价值。
基于迁移CNN的江淮持续性强降水环流分型
蔡金圻, 谭桂容, 牛若芸
2021, 32(2): 233-244. DOI: 10.11898/1001-7313.20210208
摘要(259) HTML全文(76) PDF 0KB(46)
摘要:
利用新建的1981—2018年区域持续性强降水个例集、1981—2018年中国逐日降水量及NCEP/NCAR全球再分析资料,运用江淮地区持续性强降水典型模态个例样本及残差神经网络(CNN),通过迁移学习分步训练建立针对江淮强降水的环流客观分型模型;并运用该模型对1981—2015年全国持续性强降水个例的环流进行客观分型,比较其与相似量(R)分型、余弦相似系数(COS)分型的效果,且对2016—2018年逐日环流进行客观识别与分型。结果表明:迁移CNN在拟合准确率达到100%后,测试集损失函数很快稳定,准确率较高,比R分型、COS分型效果好。在强降水客观分型中,迁移CNN所得各型与典型模态降水之间的相关系数远高于R分型、COS分型,其中不一致型个例分析表明迁移CNN所得各型与典型模态降水间的相关系数明显高于R分型、COS分型。在独立样本分型中,迁移CNN所得各型与典型模态降水的相关系数也均高于R分型、COS分型,且对非持续性强降水环流分型也存在一定的识别能力。
温室气体对亚洲夏季风影响的数值研究
彭艳玉, 刘煜, 缪育聪
2021, 32(2): 245-256. DOI: 10.11898/1001-7313.20210209
摘要(241) HTML全文(74) PDF 0KB(39)
摘要:
利用NCEP/NCAR再分析资料检验全球气候模式CAM5.1模拟亚洲夏季风的能力,CAM5.1模式能够较好再现亚洲夏季风的基本特征。通过工业革命前(1850年)、工业革命后(2000年)温室气体排放情景的敏感性试验探讨近现代温室气体增加对亚洲夏季风的影响机制。结果显示:温室气体增加导致亚洲大部分区域地面气温增加,印度半岛中部、中南半岛和中国东部地区夏季风增强,印度半岛中部及北部、中南半岛中北部和中国东部地区夏季降水增加。分析大气能量收支和转换发现,温室气体增加通过增强大气对流凝结潜热释放的方式加强大气热源;夏季陆地为暖区,不均匀加热引起全位能增加,从而增强全位能向辐散风动能的转换和辐散风动能向无辐散风动能的转换,最终导致这些区域夏季风增强。其中,对流凝结潜热增加是温室气体增加造成大气稳定度降低、对流活动加强、对流云厚度加大、对流降水增加的结果;同时,对流降水增加是总降水增加的主要原因。
气候变化对中国农业生产的影响研究进展
郭建平
摘要(8690) HTML全文(4252) [PDF 547 KB](4848)
摘要:
气候变化已成为当今科学界、各国政府和社会公众普遍关注的环境问题之一,气候变化可能对生态系统和社会经济产生灾难性影响,农业是受气候变化影响最直接的脆弱行业。因此,气候变化对农业生产的影响研究一直是气候变化研究领域中的热点问题之一。该文系统介绍了有关全球气候变化对中国农业生产影响研究的现状与进展,包括气候变化对农业影响的研究方法、大气中温室气体浓度增加对农作物的影响试验、气候变化对农业气候资源的影响、气候变化对农作物生长发育和产量的影响、气候变化对农业种植制度和品种布局的影响、气候变化对农作物气候生产潜力和气候资源利用率的影响等,指出当前在研究气候变化对农业影响评估中存在的问题,提出了今后应加强对气候变化情景和预测模式不确定性的研究、气候变化对农业影响的方法研究。此外,气候变化背景下极端天气气候事件对农业生产的影响以及气候变化对农业病虫害的影响研究等仍较薄弱,有待进一步加强和深入。
全国综合气象信息共享系统的设计与实现
熊安元, 赵芳, 王颖, 张小缨, 高峰, 邓莉, 谭小华, 马强
摘要(5575) HTML全文(3071) [PDF 3744 KB](1303)
摘要:
为满足对海量气象数据管理和服务的需求,国家气象信息中心设计开发了全国综合气象信息共享系统 (CIMISS)。该文描述了系统基本设计思路、功能结构、基础平台体系结构、信息流程,阐述了系统为用户提供的基础数据使用环境。系统由数据收集与分发系统、数据加工处理系统、数据存储管理系统、数据共享服务系统、业务监控系统5个业务子系统组成,承担数据收集、加工处理、存储管理、共享服务和业务监控任务。系统设计和开发采用了一系列现代信息技术,包括基于消息和文件共享的平台内信息交换、气象数据标准化分类、数据处理作业调度和算法的动态扩展、元数据的设计和应用、公共配置信息管理、全流程业务监视和调度控制、面向服务的多维度数据存储策略、全局数据访问视图和统一访问接口设计等。该系统为我国国家级和省级气象业务提供了统一规范的气象数据使用环境。
华南暖区暴雨研究进展
何立富, 陈涛, 孔期
摘要(5977) HTML全文(2967) [PDF 486 KB](1356)
摘要:
华南前汛期暴雨预报一直是我国大气科学界的一个研究热点,特别是发生在锋前的暖区暴雨,由于其天气尺度斜压性强迫不明显,环境大气水汽含量丰富,热动力不稳定性强,边界层触发机制复杂,以及特殊的地形和海陆热力差异的外强迫作用,导致暴雨突发性强,地域性特征显著,也是困扰预报业务人员的难点问题。目前我国预报业务中使用的全球数值预报模式对暖区暴雨的预报能力十分有限,高分辨率中尺度数值模式的预报效果也不尽人意。该文回顾了近40年华南前汛期暴雨大部分研究成果,针对华南暖区暴雨的提出及典型背景场、暖区暴雨与低空急流的关系、暖区中尺度对流系统的形成及传播、暖区暴雨触发机制等独特的天气动力学特征进行了系统梳理与分析,并依据前人研究成果及中央气象台预报实践经验,总结提炼了3类华南暖区暴雨类型——边界层辐合线型、偏南风风速辐合型,以及强西南急流型的天气系统配置及触发因子。最后提出针对华南暖区暴雨需要进一步研究的科学问题。
强对流天气监测预报预警技术进展
郑永光, 周康辉, 盛杰, 林隐静, 田付友, 唐文苑, 蓝渝, 朱文剑
摘要(6558) HTML全文(3291) [PDF 627 KB](3129)
摘要:
强对流天气预报业务包括监测、分析、预报、预警和检验等方面。对流初生识别、对流系统强度识别和对流天气类型识别等监测技术取得新进展,综合多源资料的监测技术已应用于中国气象局中央气象台业务。对流系统的触发、发展和维持机制等获得了新认识,我国不同类型强对流天气及其环境条件统计气候特征、分析规范及相应业务产品等为业务预报提供了必要基础和技术支撑。光流法、多尺度追踪技术以及应用模糊逻辑方法的临近预报技术等有明显进展,融合短时预报技术得到广泛应用,对流可分辨高分辨率数值 (集合) 预报及其后处理产品预报试验取得了显著成效,基于数值 (集合) 预报应用模糊逻辑方法的分类强对流天气短期预报技术为业务预报提供了技术支撑。强对流天气综合监测和多尺度自适应临近预报技术、多尺度分析技术以及融合短时预报技术、发展并应用模糊逻辑等方法的、基于高分辨率数值 (集合) 模式的区分不同强度等级和极端性的分类强对流天气精细化 (概率) 预报技术等是未来发展的主要方向。
农业气象灾害监测预测技术研究进展
郭建平
摘要(6287) HTML全文(3173) [PDF 575 KB](565)
摘要:
农业气象灾害的监测预测是灾害评估和防控的基础和前提, 因此,农业气象灾害的监测预测研究长期以来一直是农业气象研究工作的重点领域。该文系统回顾了我国农业气象灾害的指标、监测技术和预测预警技术等方面的相关进展和成果,提出当前存在的主要问题:农业气象灾害的基础性研究仍然十分薄弱, 农业气象灾害指标对致灾因子的概括性尚不足, 农业气象灾害监测的精细化程度有待进一步提高, 临近预警技术缺乏, 气候变化背景下农业气象灾害的新规律揭示不够。该文同时指出未来应加强农业气象灾害综合指标的研究, 强化农业气象灾害的预测预报研究, 构建农业气象灾害实时预警技术体系, 构建农业气象灾害立体、动态监测体系, 关注气候变化背景下农业气象灾害风险变化评估研究, 加强气象或气候预测信息在农业气象灾害预测中的应用技术研究。
GRAPES_MesoV4.0主要技术改进和预报效果检验
黄丽萍, 陈德辉, 邓莲堂, 徐枝芳, 于翡, 江源, 周非非
摘要(5760) HTML全文(2906) [PDF 18162 KB](1631)
摘要:
针对GRAPES_Meso V3.0存在的降水量偏大、模式运行不稳定、近地面温度预报偏差较大、可同化资料偏少以及分辨率偏低等问题,开展了多方面的改进工作:引入变分质量控制以及探空湿度的偏差订正,实现了GPS/PW资料、FY-2E云导风资料以及无线电掩星资料的同化应用,提高了模式分辨率,引入四阶水平扩散方案,调整了微物理参数化方案与动力框架的耦合方案,完善了地面辐射能量平衡方程以及优化了后处理雷达组合反射率因子的诊断方案,并集成所有改进成果形成新的业务化GRAPES_Meso V4.0。批量试验结果表明:GRAPES_Meso V4.0降水ETS评分普遍提高,同时预报偏差明显降低,月平均降水更接近实况,且能够较好地刻画雨带细节;2 m温度预报偏差有较为显著的改善,大部分地区24 h预报有1~2℃左右的降低,有些地区有3~5℃的降低;GRAPES_Meso V4.0对高度场、温度场和风场的改进效果比较显著,500 hPa的温度、风速、位势高度场的相关系数均有显著提高,850 hPa的均方根误差也明显降低,整体性能明显高于GRAPES_Meso V3.0。
定量降水预报技术进展
毕宝贵, 代刊, 王毅, 符娇兰, 曹勇, 刘凑华
摘要(5182) HTML全文(1826) [PDF 807 KB](924)
摘要:
对21世纪以来定量降水预报技术流程中的数值模式预报、统计后处理、检验评估和预报员作用4个方面的研究工作进行了归纳,主要进展包括:业务全球模式对于降水的预报能力持续提升,而发展高分辨率模式 (尤其是对流尺度模式) 和集合预报是提高定量降水预报精准化水平的主要途径,且将两者相结合以促进短期降水预报是发展趋势;统计后处理技术已发展到应用数据挖掘方法对海量预报数据中有效信息进行提取和集成,而再预报资料的出现将进一步促进统计后处理技术的发展;为解决评估精细化定量降水预报面临的新问题,多种新的检验技术得到发展和应用,如极端降水检验评分、空间检验技术及概率检验方法等;预报员在模式和后处理方法上能够提供的附加值越来越有限,但在预报流程中仍将处于核心地位,其角色将逐渐向帮助用户进行决策方向转变。文章指出,定量降水预报技术的发展所面临的挑战包括大气水汽观测及同化技术改进、暖区和复杂地形下暴雨预报等科学问题的解决。
北京区域环境气象数值预报系统及PM2.5预报检验
赵秀娟, 徐敬, 张自银, 张小玲, 范水勇, 苏捷
摘要(5070) HTML全文(2930) [PDF 7271 KB](982)
摘要:
基于北京地区快速更新循环同化预报系统 (BJ-RUC)、WRF-Chem模式和优选的能见度参数化方案,建立了北京区域环境气象数值预报系统。对2014年全年PM2.5浓度、能见度和APEC (Asia-Pacific Economic Cooperation) 期间预报效果检验结果表明:该系统对京津冀及周边地区PM2.5浓度的预报效果较好,大部分站点的相关系数在0.6以上,特别是北京的部分站点可达0.8以上,预报结果相比观测总体偏低,随着预报时效的延长,24 h之后预报效果略有下降。相比人工观测,能见度预报结果与自动观测能见度更加接近,对持续性低能见度过程预报与实况吻合较好,对于小时能见度低于10 km的分级检验显示,预报准确率从77%左右逐级下降,2 km以下在40%左右。2014年APEC期间,系统很好地预报出北京地区空气质量指数、PM2.5浓度和能见度的时空演变特征,为APEC期间环境气象预报服务提供了有力的技术支撑。
GRAPES_GFS全球中期预报系统的研发和业务化
沈学顺, 苏勇, 胡江林, 王金成, 孙健, 薛纪善, 韩威, 张红亮, 陆慧娟, 张华, 陈起英, 刘艳, 刘奇俊, 马占山, 金之雁, 李兴良, 刘琨, 赵滨, 周斌, 龚建东, 陈德辉, 王建捷
摘要(6138) HTML全文(3209) [PDF 1013 KB](1201)
摘要:
该文回顾了中国气象局全球中期数值天气预报系统GRAPES_GFS的研发历程,重点介绍了近年来在GRAPES_GFS研发过程中的重要进展,概要阐述了这些进展对GRAPES_GFS业务:化的贡献。动力框架方面的改进主要包括位温垂直平流的算法、极区滤波方案、标量平流方案、垂直速度衰减(damping)算法、提高模式分辨率等,改善了模式框架的稳定性、计算精度以及质量守恒性。物理过程方面的改进主要包括RRTMG辐射方案、CoLM陆面过程方案、积云对流、边界层过程、双参数云物理方案,以及物理过程的调用计算等,全面提升了模式物理过程的预报能力。全球三维变分同化方面,研发了模式空间三维变分(3DVar)系统、资料质量控制和偏差订正技术、卫星资料同化方面的相关技术等。同时,对目前GRAPES_GFS2.0的预报能力进行了评估,总体来说,该系统各项预报指标全面超越GRAPES_GFS1.0,与T639相比等压面要素预报在对流层也有明显优势,降水、2 m温度等预报也优势明显。
我国霾和光化学污染观测研究进展
徐晓斌
摘要(5601) HTML全文(3288) [PDF 637 KB](516)
摘要:
霾和光化学污染已成为我国最严重的环境气象灾害,受到政府和公众广泛关注。针对我国的环境气象问题,国内外科研人员开展了大量研究工作,发表了一系列的研究成果。该文对近年来我国霾和光化学污染的观测、分析和影响研究方面的文献进行综述,为将来相关研究提供基础。在霾污染方面,主要回顾了霾的现象与判别、组成与来源、影响霾的气象因素、霾的长期趋势等方面的研究进展。在光化学污染方面,主要回顾了污染的特征与水平、污染的区域化、臭氧垂直分布、地面臭氧影响因素、臭氧污染发展趋势等方面的研究进展。此外,还概括了霾和光化学污染危害研究主要成果,在文献综述的基础上,提出了未来研究中值得关注的几方面问题,包括进一步加强霾和雾的科学判识方法、污染物相互作用、污染-气象-化学-生态间耦合效应研究,特别关注光化学污染发展态势,加强长期观测资料的积累、分析与应用等。