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中国气象局2003年 第14卷 第3期
2003, 14(3)
摘要
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摘要:
“农业气象灾害预警技术研究”课题是“十五”国家科技攻关计划项目“农林重大病虫害和农业气象灾害预警及控制技术研究”的第 1 3课题。由中国气象科学研究院生态环境与农业气象研究所王石立研究员主持 ,广东气候应用研究所、江苏农业科学院、吉林气象科学研究所及国家气候中心的相关科研人员参加协同攻关。该课题的研究方向是一个学科交叉和探索性强的创新研究方向 ,难度较大。 2 0 0 1年启动 ,经过两年多的攻关 ,现已取得阶段性的研究成果。特别在资料分析、田间试验和模型研制等方面取得了较大的进展 ,广泛收集了环流、海温、气候及田间…
“农业气象灾害预警技术研究”课题是“十五”国家科技攻关计划项目“农林重大病虫害和农业气象灾害预警及控制技术研究”的第 1 3课题。由中国气象科学研究院生态环境与农业气象研究所王石立研究员主持 ,广东气候应用研究所、江苏农业科学院、吉林气象科学研究所及国家气候中心的相关科研人员参加协同攻关。该课题的研究方向是一个学科交叉和探索性强的创新研究方向 ,难度较大。 2 0 0 1年启动 ,经过两年多的攻关 ,现已取得阶段性的研究成果。特别在资料分析、田间试验和模型研制等方面取得了较大的进展 ,广泛收集了环流、海温、气候及田间…
2003, 14(3): 257-265
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摘要:
利用Licor-6200便携式光合作用测定仪，对1949年以来不同历史年代的冬小麦叶片光合作用进行了大量测定，拟合了不同年代12个典型品种的叶片光合作用光响应曲线，首次揭示了黄淮海地区冬小麦叶片光合特征参数随时间演变规律，并利用数值模式分析了特征参数对光合日总量的影响。该研究为我国气候生态数值模型提供了基础数据，并为模式的区域应用提供了重要前提条件。
利用Licor-6200便携式光合作用测定仪，对1949年以来不同历史年代的冬小麦叶片光合作用进行了大量测定，拟合了不同年代12个典型品种的叶片光合作用光响应曲线，首次揭示了黄淮海地区冬小麦叶片光合特征参数随时间演变规律，并利用数值模式分析了特征参数对光合日总量的影响。该研究为我国气候生态数值模型提供了基础数据，并为模式的区域应用提供了重要前提条件。
2003, 14(3): 266-276
摘要:
对CCM2 (T42L18) 模式运行10次，每次初始状态稍微变化。试验结果表明了CCM2模式对初始场的响应，10次运行长波辐射（LWR）加热率的标准差在全球许多地方和谱的许多尺度上超过10%。相似的结果也可以从云和温度的计算结果中发现。从CCM2算法的10次运行和应用CCM2、MOR和NMC三种不同的LWR算法的3次运行的试验比较中发现，不同LWR算法模式运行之间的变率比没有LWR算法变化的初始场作用大得多。在CCM2模式中，比较应用CCM2、MOR和NMC三种不同的LWR算法的气候模拟，我们发现CCM2和MOR的算法比较接近，而和NMC的差别较大。但三种不同的LWR算法3次运行积分结果的平均值和不同算法间的绝对差值在全球许多地方和不同尺度上的差别都超过10%，远远大于初始场对气候模拟的作用。
对CCM2 (T42L18) 模式运行10次，每次初始状态稍微变化。试验结果表明了CCM2模式对初始场的响应，10次运行长波辐射（LWR）加热率的标准差在全球许多地方和谱的许多尺度上超过10%。相似的结果也可以从云和温度的计算结果中发现。从CCM2算法的10次运行和应用CCM2、MOR和NMC三种不同的LWR算法的3次运行的试验比较中发现，不同LWR算法模式运行之间的变率比没有LWR算法变化的初始场作用大得多。在CCM2模式中，比较应用CCM2、MOR和NMC三种不同的LWR算法的气候模拟，我们发现CCM2和MOR的算法比较接近，而和NMC的差别较大。但三种不同的LWR算法3次运行积分结果的平均值和不同算法间的绝对差值在全球许多地方和不同尺度上的差别都超过10%，远远大于初始场对气候模拟的作用。
2003, 14(3): 277-286
摘要:
2002年8月1日晚北京东北部密云县发生了降雨量达到280.2 mm的局地短历时特大暴雨，并引发了洪水和泥石流。卫星云图分析表明，它是由一个中-β尺度对流系统在北京北部山区停留造成的。TBB图的等值线密集区和上冲云顶对暴雨落区有指示意义。大尺度环流诊断表明，暴雨前一天存在较深厚的下沉运动，其伴随的逆温层抑制对流的发生，使不稳定能量得以积累。各种稳定参数的计算结果证实了这一能量的积累过程。暴雨当天，下沉运动转为微弱的上升运动，使对流的发生成为可能。大尺度水汽场的诊断表明，北京处在西太平洋副热带高压边缘的高温高湿气流的控制下，有很强的水汽输送。地面中尺度分析表明，中尺度低压和辐合线是对流的触发系统，北京地区北部处于中尺度低压东部暖湿气流的辐合区中，在有利的地形条件下使密云县西部山区产生了局地特大暴雨。
2002年8月1日晚北京东北部密云县发生了降雨量达到280.2 mm的局地短历时特大暴雨，并引发了洪水和泥石流。卫星云图分析表明，它是由一个中-β尺度对流系统在北京北部山区停留造成的。TBB图的等值线密集区和上冲云顶对暴雨落区有指示意义。大尺度环流诊断表明，暴雨前一天存在较深厚的下沉运动，其伴随的逆温层抑制对流的发生，使不稳定能量得以积累。各种稳定参数的计算结果证实了这一能量的积累过程。暴雨当天，下沉运动转为微弱的上升运动，使对流的发生成为可能。大尺度水汽场的诊断表明，北京处在西太平洋副热带高压边缘的高温高湿气流的控制下，有很强的水汽输送。地面中尺度分析表明，中尺度低压和辐合线是对流的触发系统，北京地区北部处于中尺度低压东部暖湿气流的辐合区中，在有利的地形条件下使密云县西部山区产生了局地特大暴雨。
2003, 14(3): 287-298
摘要:
采用中尺度数值模式MM5V2对1998年6月下旬发生在长江流域持续的暴雨过程进行分析研究。通过尺度分离与数值模拟对比试验，着重分析了暴雨过程中天气尺度与次天气尺度各物理量场的结构特征，提出本次暴雨过程形成的物理机制：天气尺度流场与水汽场为降水提供持续的远距离水汽输送通道，次天气尺度流场形成稳定的经向强辐合，为水汽的抬升与凝结提供动力条件；在有利的高、低空急流的配置下，暴雨区落在高空急流轴以南、低空急流轴以北；次天气尺度温度场下暖上冷的热力不稳定层结促进了热力不稳定的发展，促使暴雨增幅；特大暴雨发生地区上空的次天气尺度湿度的高值中心，有利于湿空气在上升运动中释放潜热，形成暴雨的反馈机制。数值试验分离模式初始场不同尺度系统信息，揭示了不同尺度系统在暴雨发生过程中的动力作用，没有中尺度系统的配合，仅有天气尺度系统信息，或只有次天气尺度系统信息，没有大尺度系统的配合，暴雨的强度及范围都将有所消减。分析及数值试验结果表明大暴雨是在天气尺度和次天气尺度系统的共同作用下才得以产生和维持的。
采用中尺度数值模式MM5V2对1998年6月下旬发生在长江流域持续的暴雨过程进行分析研究。通过尺度分离与数值模拟对比试验，着重分析了暴雨过程中天气尺度与次天气尺度各物理量场的结构特征，提出本次暴雨过程形成的物理机制：天气尺度流场与水汽场为降水提供持续的远距离水汽输送通道，次天气尺度流场形成稳定的经向强辐合，为水汽的抬升与凝结提供动力条件；在有利的高、低空急流的配置下，暴雨区落在高空急流轴以南、低空急流轴以北；次天气尺度温度场下暖上冷的热力不稳定层结促进了热力不稳定的发展，促使暴雨增幅；特大暴雨发生地区上空的次天气尺度湿度的高值中心，有利于湿空气在上升运动中释放潜热，形成暴雨的反馈机制。数值试验分离模式初始场不同尺度系统信息，揭示了不同尺度系统在暴雨发生过程中的动力作用，没有中尺度系统的配合，仅有天气尺度系统信息，或只有次天气尺度系统信息，没有大尺度系统的配合，暴雨的强度及范围都将有所消减。分析及数值试验结果表明大暴雨是在天气尺度和次天气尺度系统的共同作用下才得以产生和维持的。
2003, 14(3): 299-308
摘要:
利用我国年最大冻土深度数据集，分析了我国最大冻土深度的空间分布及年代际变化。结果表明，我国最大冻土深度20世纪80年代以来开始减小，90年代显著减小。冻土深度减小的事实，反映了我国冬季极端最低气温升高与我国年平均日较差显著变小的趋势。冻土对气候变化具有敏感性。
利用我国年最大冻土深度数据集，分析了我国最大冻土深度的空间分布及年代际变化。结果表明，我国最大冻土深度20世纪80年代以来开始减小，90年代显著减小。冻土深度减小的事实，反映了我国冬季极端最低气温升高与我国年平均日较差显著变小的趋势。冻土对气候变化具有敏感性。
2003, 14(3): 309-321
摘要:
根据塔里木流域13个气象站（1961~2000年）和8个水文站（1957~1998年）的观测资料，对塔里木河各流域段的气候变化以及沙尘时空分布特征进行了分析，建立了相对耗水影响指数，试图量化人类活动的强度，研究了塔里木河流域各段的气候变化和人类活动对源流径流及生态环境的影响，为正确制定塔里木河流域发展战略，保护和治理塔里木河流域生态环境提供科学依据。研究结果表明：（1）50年代以来塔里木河源流的水量并没有多大的变化，但最终净入塔里木河干流的水量却明显下降。（2）相对耗水影响指数表明人类活动影响对中游的影响要远大于上游的影响，70~80年代中期是人类活动影响最大的时期。（3）90年代与多年平均相比，塔里木河流域气温增高，降水量明显增加；从塔里木河源流区到下游区，气温增高幅度逐步加大。（4）90年代以来塔里木河各区，沙尘暴、浮尘和大风日数均呈明显大幅下降趋势。（5）塔里木河下游铁干里克的年降水不仅没有增加，反而略有下降，沙尘暴日数不但没有下降反而上升，应该引起人们的注意。
根据塔里木流域13个气象站（1961~2000年）和8个水文站（1957~1998年）的观测资料，对塔里木河各流域段的气候变化以及沙尘时空分布特征进行了分析，建立了相对耗水影响指数，试图量化人类活动的强度，研究了塔里木河流域各段的气候变化和人类活动对源流径流及生态环境的影响，为正确制定塔里木河流域发展战略，保护和治理塔里木河流域生态环境提供科学依据。研究结果表明：（1）50年代以来塔里木河源流的水量并没有多大的变化，但最终净入塔里木河干流的水量却明显下降。（2）相对耗水影响指数表明人类活动影响对中游的影响要远大于上游的影响，70~80年代中期是人类活动影响最大的时期。（3）90年代与多年平均相比，塔里木河流域气温增高，降水量明显增加；从塔里木河源流区到下游区，气温增高幅度逐步加大。（4）90年代以来塔里木河各区，沙尘暴、浮尘和大风日数均呈明显大幅下降趋势。（5）塔里木河下游铁干里克的年降水不仅没有增加，反而略有下降，沙尘暴日数不但没有下降反而上升，应该引起人们的注意。
2003, 14(3): 322-330
摘要:
利用NCEP/NCAR发布的850 hPa风场和OLR场以及福建38个站月降水资料, 分析了福建夏季旱涝与东亚夏季风及西太平洋副高的关系。结果表明夏季旱涝与夏季风强弱及副高南北位置密切相关。涝 (旱) 年在东亚季风系统中的热带季风环流出现异常加强 (减弱), 副热带季风环流则出现异常减弱 (加强); 涝年副高平均脊线位置偏北于27°N附近, 旱年则偏南于24°N附近; 由春入夏, 再由夏入秋副高南北位置的季节位移, 涝年先是急速北跳, 而后又急速南撤, 旱年却进退平缓。旱涝年东亚中高纬度环流亦表现出不同特征, 涝 (旱) 年一般没有 (有) 出现阻塞形势, 中纬度纬 (经) 向环流发展, 副热带锋区北抬 (南压), 研究还进一步揭示了夏季副高位置南北偏离影响夏季各月降水及其分布的不同形式。
利用NCEP/NCAR发布的850 hPa风场和OLR场以及福建38个站月降水资料, 分析了福建夏季旱涝与东亚夏季风及西太平洋副高的关系。结果表明夏季旱涝与夏季风强弱及副高南北位置密切相关。涝 (旱) 年在东亚季风系统中的热带季风环流出现异常加强 (减弱), 副热带季风环流则出现异常减弱 (加强); 涝年副高平均脊线位置偏北于27°N附近, 旱年则偏南于24°N附近; 由春入夏, 再由夏入秋副高南北位置的季节位移, 涝年先是急速北跳, 而后又急速南撤, 旱年却进退平缓。旱涝年东亚中高纬度环流亦表现出不同特征, 涝 (旱) 年一般没有 (有) 出现阻塞形势, 中纬度纬 (经) 向环流发展, 副热带锋区北抬 (南压), 研究还进一步揭示了夏季副高位置南北偏离影响夏季各月降水及其分布的不同形式。
2003, 14(3): 331-338
摘要:
空气污染预报属于正问题，而从污染物浓度来求解扩散系数则属于反问题。正问题和反问题有着本质的不同，在解的定义和求解方法上也有很大的区别。从最优控制的角度定义了大气边界层中垂直扩散系数反演问题的解，用伴随模式方法得到目标函数的梯度并求解反问题。研究中发现，反演的结果与模式差分格式的选取有关，与测试源的设置也有直接的关系。在经过多次数值试验后，对于误差的来源进行了理论分析，发现了反演结果与差分格式及测试源之间的联系，得到了满意的反演结果，并为实验测定扩散系数提供了依据。
空气污染预报属于正问题，而从污染物浓度来求解扩散系数则属于反问题。正问题和反问题有着本质的不同，在解的定义和求解方法上也有很大的区别。从最优控制的角度定义了大气边界层中垂直扩散系数反演问题的解，用伴随模式方法得到目标函数的梯度并求解反问题。研究中发现，反演的结果与模式差分格式的选取有关，与测试源的设置也有直接的关系。在经过多次数值试验后，对于误差的来源进行了理论分析，发现了反演结果与差分格式及测试源之间的联系，得到了满意的反演结果，并为实验测定扩散系数提供了依据。
2003, 14(3): 339-347
摘要:
为了便于研究水气界面辐射传输、水下光辐照度以及湖泊储热量，探讨太湖地区总辐射概况及其变化。文章在概述当前太阳总辐射气候学计算的主要方法及公式基础上，采用最小二乘法，利用上海、南京、杭州3站1961~2000年共40年的历史资料，确定各站的经验系数，然后内插求出太湖无锡地区的经验系数。由此推导出太湖无锡地区太阳总辐射的气候学计算公式，并利用无锡站日照百分率资料求算出近40年到达地面的太阳实际总辐射。然后利用太湖站1998年的太阳总辐射实测资料检验其公式精度，确定公式的可信度。最后对计算值进行分析，阐述了近40年来太湖无锡地区太阳总辐射的变化特征及其原因。研究结果表明：无锡地区太阳总辐射呈下降趋势，而这种下降主要是由于大气中悬浮物增加所致；总辐射年内变化趋势基本上与天文辐射相吻合，但又存在差异，这主要与梅雨的存在有关。
为了便于研究水气界面辐射传输、水下光辐照度以及湖泊储热量，探讨太湖地区总辐射概况及其变化。文章在概述当前太阳总辐射气候学计算的主要方法及公式基础上，采用最小二乘法，利用上海、南京、杭州3站1961~2000年共40年的历史资料，确定各站的经验系数，然后内插求出太湖无锡地区的经验系数。由此推导出太湖无锡地区太阳总辐射的气候学计算公式，并利用无锡站日照百分率资料求算出近40年到达地面的太阳实际总辐射。然后利用太湖站1998年的太阳总辐射实测资料检验其公式精度，确定公式的可信度。最后对计算值进行分析，阐述了近40年来太湖无锡地区太阳总辐射的变化特征及其原因。研究结果表明：无锡地区太阳总辐射呈下降趋势，而这种下降主要是由于大气中悬浮物增加所致；总辐射年内变化趋势基本上与天文辐射相吻合，但又存在差异，这主要与梅雨的存在有关。
2003, 14(3): 348-355
摘要:
对1949~2000年的52年间在广东沿海近岸转折或沿海岸移动的热带气旋异常路径进行了统计分析，同时还研究了广东沿海的地形特征。结果发现，转折点 (或靠岸点) 主要集中在有明显山脉地形的区域，同时靠岸前热带气旋有移速减慢的特征。另外还发现，转折前强度越强，则转折点离岸越近；靠岸前平均移速越小，则转折角度越大；靠岸前强度越强，则其沿海岸移动所需入射角越小。
对1949~2000年的52年间在广东沿海近岸转折或沿海岸移动的热带气旋异常路径进行了统计分析，同时还研究了广东沿海的地形特征。结果发现，转折点 (或靠岸点) 主要集中在有明显山脉地形的区域，同时靠岸前热带气旋有移速减慢的特征。另外还发现，转折前强度越强，则转折点离岸越近；靠岸前平均移速越小，则转折角度越大；靠岸前强度越强，则其沿海岸移动所需入射角越小。
2003, 14(3): 356-362
摘要:
基于野外实测数据，分晴日、阴日及不区分阴晴3种情况，研究了湿润与较干冬小麦田午时冠层温度、气温和地温间的定量关系。结果表明：湿润麦田晴日使用气温预测冠温效果最好，基于最终模型估算冠温的平均误差仅1.03℃，标准差为1.26℃。较干麦田晴日与阴日用地温估算冠温效果最佳，基于最终模型估算冠温的平均误差分别为1.64，1.54 ℃；其估算冠温的标准分别为2.05，1.89℃。用本文统计建模法预测结果的误差低于目前用NOAA影像反演冠温时2~3℃的均方根误差。研究结果也说明使用气温和地温预测麦田冠温是切实可行的。这就为冠温数据的获取提供了廉价有效的新方法；同时也使利用遥感影像与地面气象站常规观测资料相结合的方法，在较大的区域范围内进行冬小麦需水预测成为可能。
基于野外实测数据，分晴日、阴日及不区分阴晴3种情况，研究了湿润与较干冬小麦田午时冠层温度、气温和地温间的定量关系。结果表明：湿润麦田晴日使用气温预测冠温效果最好，基于最终模型估算冠温的平均误差仅1.03℃，标准差为1.26℃。较干麦田晴日与阴日用地温估算冠温效果最佳，基于最终模型估算冠温的平均误差分别为1.64，1.54 ℃；其估算冠温的标准分别为2.05，1.89℃。用本文统计建模法预测结果的误差低于目前用NOAA影像反演冠温时2~3℃的均方根误差。研究结果也说明使用气温和地温预测麦田冠温是切实可行的。这就为冠温数据的获取提供了廉价有效的新方法；同时也使利用遥感影像与地面气象站常规观测资料相结合的方法，在较大的区域范围内进行冬小麦需水预测成为可能。
2003, 14(3): 363-368
摘要:
探讨了春季青藏高原感热的分布特征，对高原地区地-气温差与感热的合成分析表明，长江中下游地区旱涝年春季高原近地层热力结构分布呈显著差异；统计分析与数值模拟试验也证实了春季高原下垫面感热南北非均匀异常分布，对长江中下游地区夏季降水存在着显著影响，即春季高原下垫面感热非均匀异常分布特征可能是长江中下游地区夏季旱涝的“强信号”之一。
探讨了春季青藏高原感热的分布特征，对高原地区地-气温差与感热的合成分析表明，长江中下游地区旱涝年春季高原近地层热力结构分布呈显著差异；统计分析与数值模拟试验也证实了春季高原下垫面感热南北非均匀异常分布，对长江中下游地区夏季降水存在着显著影响，即春季高原下垫面感热非均匀异常分布特征可能是长江中下游地区夏季旱涝的“强信号”之一。
2003, 14(3): 369-374
摘要:
大规模数据并行处理的性能受到处理机数量、I/O速度、通信速度等多方面因素的制约。增加处理机数量或提高处理机的计算速度，可以提高计算机的整体处理速度，但是通信和I/O会成为影响并行效率的主要因素。为了综合分析这些因素对计算性能的影响，用一种比较典型的大规模数据并行的计算模型，具体分析了处理机数量、处理机速度与处理机间的通信延迟、通信速率以及输入输出速度之间的关系。得到了大规模并行机的通信和I/O性能与处理机速度与数量之间存在的关系。指出，增加处理机数量、提高单节点处理速度的同时，必须按照一定的关系相应增加节点间的通信性能和I/O性能。单纯以增加处理机数量、提高单处理机速度提高计算机峰值速度的方法会降低系统的计算效率，不能达到计算速度与计算机处理能力同步增长的目的。
大规模数据并行处理的性能受到处理机数量、I/O速度、通信速度等多方面因素的制约。增加处理机数量或提高处理机的计算速度，可以提高计算机的整体处理速度，但是通信和I/O会成为影响并行效率的主要因素。为了综合分析这些因素对计算性能的影响，用一种比较典型的大规模数据并行的计算模型，具体分析了处理机数量、处理机速度与处理机间的通信延迟、通信速率以及输入输出速度之间的关系。得到了大规模并行机的通信和I/O性能与处理机速度与数量之间存在的关系。指出，增加处理机数量、提高单节点处理速度的同时，必须按照一定的关系相应增加节点间的通信性能和I/O性能。单纯以增加处理机数量、提高单处理机速度提高计算机峰值速度的方法会降低系统的计算效率，不能达到计算速度与计算机处理能力同步增长的目的。
2003, 14(3): 375-378
摘要:
简要地介绍了对气象业务网络危害极大的计算机病毒，分析了计算机病毒发展的趋势。介绍了武汉气象中心防病毒系统的设计及实践。表明“分组、分级”管理模式的计算机病毒防御系统能有效地抵御病毒对网络的进攻，保证气象业务正常运行。
简要地介绍了对气象业务网络危害极大的计算机病毒，分析了计算机病毒发展的趋势。介绍了武汉气象中心防病毒系统的设计及实践。表明“分组、分级”管理模式的计算机病毒防御系统能有效地抵御病毒对网络的进攻，保证气象业务正常运行。
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