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中国气象局2007年 第18卷 第5期
2007, 18(5): 577-585
摘要
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摘要:
采用位涡理论对1998年7月4—7日的一次河套气旋强烈发展中的暴雨过程进行分析。结果表明：此次夏季河套气旋的强烈发展是在高层正位涡平流和低层暖平流的共同作用下产生的。高空双急流结构产生的强烈辐散加强了低层辐合，有利于气旋的加强。强降水出现在河套气旋强烈发展过程中，是由高层冷空气与季风涌带来的西南暖湿气流辐合而引起的大尺度降水过程。在这次气旋强烈发展过程中，对流层低层到中上层均出现强的上升气流，使得南方深厚的暖湿空气不断随西南风流入暴雨区上空。暴雨发生时，华北地区处于地面Ω型的θse高能舌之中，其上空500 hPa存在一个由大尺度动力强迫形成的东北—西南向的非地转湿 Q 矢量辐合带，对流云带与 Q 矢量辐合中心有非常好的对应关系。
采用位涡理论对1998年7月4—7日的一次河套气旋强烈发展中的暴雨过程进行分析。结果表明：此次夏季河套气旋的强烈发展是在高层正位涡平流和低层暖平流的共同作用下产生的。高空双急流结构产生的强烈辐散加强了低层辐合，有利于气旋的加强。强降水出现在河套气旋强烈发展过程中，是由高层冷空气与季风涌带来的西南暖湿气流辐合而引起的大尺度降水过程。在这次气旋强烈发展过程中，对流层低层到中上层均出现强的上升气流，使得南方深厚的暖湿空气不断随西南风流入暴雨区上空。暴雨发生时，华北地区处于地面Ω型的θse高能舌之中，其上空500 hPa存在一个由大尺度动力强迫形成的东北—西南向的非地转湿 Q 矢量辐合带，对流云带与 Q 矢量辐合中心有非常好的对应关系。
2007, 18(5): 586-593
摘要:
以MM5模式为试验模式，分别用增长模繁殖法（BGM）和模式物理过程扰（MPP）形成12个集合成员，对2005年登陆我国的8个热带气旋进行了52次路径集合预报试验，以寻找适合西北太平洋热带气旋路径的集合预报方法。结果表明：BGM方法的集合预报结果总体上好于控制试验结果，其中对强度较弱的热带气旋的集合预报效果更好。MPP方法的集合预报结果总体上不如控制试验结果，但对初始时刻强度达到台风的热带气旋的集合预报效果较好，集合预报相对于控制试验的改进效果明显。基于BGM方法和MPP方法集合预报的不同特点，将两种方法相结合形成扰动成员，这一综合方法的集合预报效果好于单一方法的集合预报效果。BGM方法和MPP方法的系统发散度总体上都偏小。
以MM5模式为试验模式，分别用增长模繁殖法（BGM）和模式物理过程扰（MPP）形成12个集合成员，对2005年登陆我国的8个热带气旋进行了52次路径集合预报试验，以寻找适合西北太平洋热带气旋路径的集合预报方法。结果表明：BGM方法的集合预报结果总体上好于控制试验结果，其中对强度较弱的热带气旋的集合预报效果更好。MPP方法的集合预报结果总体上不如控制试验结果，但对初始时刻强度达到台风的热带气旋的集合预报效果较好，集合预报相对于控制试验的改进效果明显。基于BGM方法和MPP方法集合预报的不同特点，将两种方法相结合形成扰动成员，这一综合方法的集合预报效果好于单一方法的集合预报效果。BGM方法和MPP方法的系统发散度总体上都偏小。
2007, 18(5): 594-600
摘要:
采用云变量自由变化的方案，在国家气象中心全球业务模式T213L31的初始场中增加有关云变量的信息，通过2005年6—8月和2015年12月—2006年2月各3个月的连续滚动对比试验的统计分析和个例预报分析，研究探讨了全球模式初值中增加云变量对模式预报性能的影响。初步研究结果表明：采用自由变化的方案在初值场中增加云的信息，使模式能够较为合理地描述出模式预报初期与云相关变量分布和变化特征，降低了spin-up现象对模式前期降水预报能力的影响，同时对500 hPa形势场预报也有一定程度提高。
采用云变量自由变化的方案，在国家气象中心全球业务模式T213L31的初始场中增加有关云变量的信息，通过2005年6—8月和2015年12月—2006年2月各3个月的连续滚动对比试验的统计分析和个例预报分析，研究探讨了全球模式初值中增加云变量对模式预报性能的影响。初步研究结果表明：采用自由变化的方案在初值场中增加云的信息，使模式能够较为合理地描述出模式预报初期与云相关变量分布和变化特征，降低了spin-up现象对模式前期降水预报能力的影响，同时对500 hPa形势场预报也有一定程度提高。
2007, 18(5): 601-609
摘要:
将1955—1998年我国160站冬、夏季平均气温和总降水量序列分解为年代际和年际变化两个部分，用方差分析、相关分析和奇异值分解方法，分析了两种要素序列的方差构成及要素间局地相关关系的性质、季节变化和地理分布。结果表明：我国冬夏季气温、降水异常序列中，总方差年际变化大于年代际变化，但按自由度均分的方差，年代际变化较年际变化大，尤以气温为甚；单站气温、降水同时相关图上，夏季表现为显著的负相关，显著区主要分布在35°N以南、105°E以东的地区；夏季局地温度、降水也呈显著负相关关系，进一步分析表明，干热、湿凉型异常夏季多发生在江淮和华南两区，但同一年中两区夏季异常型常相反，它由年代际和年际变化中的负相关共同构成。
将1955—1998年我国160站冬、夏季平均气温和总降水量序列分解为年代际和年际变化两个部分，用方差分析、相关分析和奇异值分解方法，分析了两种要素序列的方差构成及要素间局地相关关系的性质、季节变化和地理分布。结果表明：我国冬夏季气温、降水异常序列中，总方差年际变化大于年代际变化，但按自由度均分的方差，年代际变化较年际变化大，尤以气温为甚；单站气温、降水同时相关图上，夏季表现为显著的负相关，显著区主要分布在35°N以南、105°E以东的地区；夏季局地温度、降水也呈显著负相关关系，进一步分析表明，干热、湿凉型异常夏季多发生在江淮和华南两区，但同一年中两区夏季异常型常相反，它由年代际和年际变化中的负相关共同构成。
2007, 18(5): 610-618
摘要:
利用93站1951—2002年逐日降水资料，分析了东北地区不同强度降水事件的时空演变特征及其对旱涝的影响。结果表明：52年来，东北地区小雨事件对年降水量的贡献率呈显著增加趋势，中雨的贡献率略为减少，大雨和暴雨的贡献率变化不大；东北年总雨日减少趋势非常明显，雨日的减少主要体现在小雨日数的减少；年降水强度表现为明显的增强趋势，主要体现为小雨和暴雨强度增强；20世纪80年代中期之前多小雨事件，80年代中期之后多中雨以上强度的降水，特别是90年代中期之后多暴雨事件。在显著变暖的20世纪90年代，降水日数明显减少，但暴雨日数基本不变，强度明显增强。对东北地区降水量、降水变幅、降水事件的变化特征分析表明：该区域降水有向不均衡、极端化发展的趋势，旱涝灾害也有加重趋势。
利用93站1951—2002年逐日降水资料，分析了东北地区不同强度降水事件的时空演变特征及其对旱涝的影响。结果表明：52年来，东北地区小雨事件对年降水量的贡献率呈显著增加趋势，中雨的贡献率略为减少，大雨和暴雨的贡献率变化不大；东北年总雨日减少趋势非常明显，雨日的减少主要体现在小雨日数的减少；年降水强度表现为明显的增强趋势，主要体现为小雨和暴雨强度增强；20世纪80年代中期之前多小雨事件，80年代中期之后多中雨以上强度的降水，特别是90年代中期之后多暴雨事件。在显著变暖的20世纪90年代，降水日数明显减少，但暴雨日数基本不变，强度明显增强。对东北地区降水量、降水变幅、降水事件的变化特征分析表明：该区域降水有向不均衡、极端化发展的趋势，旱涝灾害也有加重趋势。
2007, 18(5): 619-626
摘要:
通过对建国以来安徽省多种农业气象资料分析，采用Z指数方法建立安徽省旱涝灾害气候判别指标，分析安徽省旱涝灾害发生规律。结果表明：1961—2000年安徽省有13年偏涝、13年偏旱；分区域看，淮北旱多于涝，沿淮、江淮、江南旱涝相当，沿江、大别山区涝多于旱。通过水稻（一季稻）、小麦典型旱涝年灾损率与发育期间气象条件、旱涝程度的对比统计分析，建立了分区水稻、小麦旱涝灾害损失评估模型和指标。春季涝渍灾害是影响安徽省冬小麦产量的主要灾害，其对冬小麦产量的危害程度远大于干旱，尤以4—5月发生的涝渍影响最严重，极重涝渍灾害的减产损失可达4成以上。同时重点研究了春季渍害对冬小麦产量的影响，提出改进的涝渍强度指标Qw，并进一步综合分析作物的敏感性和区域脆弱性对灾损率的影响。对1961—2000年冬小麦灾损率进行的敏感性和脆弱性订正表明，订正后拟合误差平均值和差异变率都明显降低，灾损评估精度得到提高。
通过对建国以来安徽省多种农业气象资料分析，采用Z指数方法建立安徽省旱涝灾害气候判别指标，分析安徽省旱涝灾害发生规律。结果表明：1961—2000年安徽省有13年偏涝、13年偏旱；分区域看，淮北旱多于涝，沿淮、江淮、江南旱涝相当，沿江、大别山区涝多于旱。通过水稻（一季稻）、小麦典型旱涝年灾损率与发育期间气象条件、旱涝程度的对比统计分析，建立了分区水稻、小麦旱涝灾害损失评估模型和指标。春季涝渍灾害是影响安徽省冬小麦产量的主要灾害，其对冬小麦产量的危害程度远大于干旱，尤以4—5月发生的涝渍影响最严重，极重涝渍灾害的减产损失可达4成以上。同时重点研究了春季渍害对冬小麦产量的影响，提出改进的涝渍强度指标Qw，并进一步综合分析作物的敏感性和区域脆弱性对灾损率的影响。对1961—2000年冬小麦灾损率进行的敏感性和脆弱性订正表明，订正后拟合误差平均值和差异变率都明显降低，灾损评估精度得到提高。
2007, 18(5): 627-634
摘要:
利用小气候观测系统对黄土高原半干旱雨养农业区日光温室各部位温湿度进行系统全面的监测分析，结果表明：秋栽黄瓜整个生育期，室内气温和地温呈现波动式降低，而相对湿度在采收初期以前呈波动式增加，但在普遍采收期以后波动下降，这3个因子都随高度而变。不同生育期室内气象要素的日变化趋势和波动基本相似，但变幅不同，一天中峰值出现的迟早略有差异。在垂直方向，温室内不同高度的气温和相对湿度明显不同且日变化较剧烈，在低层形成低温高湿的小环境，而高层形成高温低湿的小环境，但整个温室总体上始终处于高湿环境。不同层次土壤温度明显不同，10 cm地温在一天中变化最敏感，变幅最大；30 cm地温变幅较小，且最高温出现的时间比10 cm土层滞后2 h；50 cm地温在一天中几乎没有什么变化，与上层土壤比较，始终处于低温水平。在水平方向，气温和地温都表现为南高北低，湿度相反，但这种南北差异很小，可近似认为水平方向温湿度和地温分布比较均匀。
利用小气候观测系统对黄土高原半干旱雨养农业区日光温室各部位温湿度进行系统全面的监测分析，结果表明：秋栽黄瓜整个生育期，室内气温和地温呈现波动式降低，而相对湿度在采收初期以前呈波动式增加，但在普遍采收期以后波动下降，这3个因子都随高度而变。不同生育期室内气象要素的日变化趋势和波动基本相似，但变幅不同，一天中峰值出现的迟早略有差异。在垂直方向，温室内不同高度的气温和相对湿度明显不同且日变化较剧烈，在低层形成低温高湿的小环境，而高层形成高温低湿的小环境，但整个温室总体上始终处于高湿环境。不同层次土壤温度明显不同，10 cm地温在一天中变化最敏感，变幅最大；30 cm地温变幅较小，且最高温出现的时间比10 cm土层滞后2 h；50 cm地温在一天中几乎没有什么变化，与上层土壤比较，始终处于低温水平。在水平方向，气温和地温都表现为南高北低，湿度相反，但这种南北差异很小，可近似认为水平方向温湿度和地温分布比较均匀。
2007, 18(5): 635-644
摘要:
分别利用碳成分分析仪、离子色谱仪和原子吸收光谱仪等获取浙江省临安地区大气气溶胶在春、夏、秋、冬四季的质量浓度、离子与碳成分特性，并对不同粒径气溶胶成分分布特点作了较详细分析。结果表明：气溶胶质量浓度、可溶性离子浓度以及碳成分浓度具有明显的季节变化趋势。整个尺度范围内，气溶胶质量浓度季节变化特点为春季浓度最高，达到534 μg/m3；冬季次之，质量浓度为117.21 μg/m3；夏季浓度最低，平均为65.7 μg/m3；秋季质量浓度98.6 μg/m3。可溶性离子成分在气溶胶中所占比例具有明显的季节性，其中夏季最高为49.4%，春季最低为11.3%。硫酸根离子SO42-和氨根离子NH4+和硝酸根离子NO3- 3种离子浓度之和约占离子总量的75%~83%。受温度影响，硝酸根离子NO3-浓度随季节变化幅度较大，夏季平均浓度为1.7 μg/m3, 冬季平均浓度为11.5 μg/m3，是夏季浓度的6.8倍。碳浓度分布特点显示，气溶胶中元素碳浓度春季最高，夏季最低。有机碳浓度春季最高，冬季最低。气溶胶粒度分布特点也非常明显。四季中粒径小于11 μm（PM11）的气溶胶均占气溶胶总量的90%以上，粒径小于2.1 μm（PM2.1）的气溶胶占到气溶胶总量的53%以上。可溶性离子在粒径小于2.1 μm气溶胶颗粒中，以硫酸根离子、氨根离子和硝酸根离子为主。碳成分尺度分布特征为颗粒越小，有机碳及元素碳浓度越高。
分别利用碳成分分析仪、离子色谱仪和原子吸收光谱仪等获取浙江省临安地区大气气溶胶在春、夏、秋、冬四季的质量浓度、离子与碳成分特性，并对不同粒径气溶胶成分分布特点作了较详细分析。结果表明：气溶胶质量浓度、可溶性离子浓度以及碳成分浓度具有明显的季节变化趋势。整个尺度范围内，气溶胶质量浓度季节变化特点为春季浓度最高，达到534 μg/m3；冬季次之，质量浓度为117.21 μg/m3；夏季浓度最低，平均为65.7 μg/m3；秋季质量浓度98.6 μg/m3。可溶性离子成分在气溶胶中所占比例具有明显的季节性，其中夏季最高为49.4%，春季最低为11.3%。硫酸根离子SO42-和氨根离子NH4+和硝酸根离子NO3- 3种离子浓度之和约占离子总量的75%~83%。受温度影响，硝酸根离子NO3-浓度随季节变化幅度较大，夏季平均浓度为1.7 μg/m3, 冬季平均浓度为11.5 μg/m3，是夏季浓度的6.8倍。碳浓度分布特点显示，气溶胶中元素碳浓度春季最高，夏季最低。有机碳浓度春季最高，冬季最低。气溶胶粒度分布特点也非常明显。四季中粒径小于11 μm（PM11）的气溶胶均占气溶胶总量的90%以上，粒径小于2.1 μm（PM2.1）的气溶胶占到气溶胶总量的53%以上。可溶性离子在粒径小于2.1 μm气溶胶颗粒中，以硫酸根离子、氨根离子和硝酸根离子为主。碳成分尺度分布特征为颗粒越小，有机碳及元素碳浓度越高。
2007, 18(5): 645-654
摘要:
选用2003—2004年初PM2.5连续观测资料，统计分析了北京地区PM2.5的特征、PM2.5与PM10以及PM2.5与地面气象要素的相互关系。结果表明：四季中夏季PM2.5浓度最低，冬、春两季浓度较高。PM2.5与PM10比值平均为0.55，非采暖期两者比值为0.52，采暖期两者比值为0.62；夏季该比值主要分布在0.3~0.6之间，春、秋两季该比值分布在0.3~0.8之间，冬季采暖期该比值分布在0.4~0.9之间。PM2.5与PM10比值日变化与气象条件日变化、人们日常生活习惯密切相关，沙尘天气和交通运输高峰期扬起地面粗颗粒物会导致PM2.5在PM10中的比例下降，而冬季取暖以及夏季光化学反应则会引起PM2.5的比例升高。PM2.5的浓度与地面气象要素中本站气压、相对湿度和风速有很好的的相关性，与气温的相关性较差。SO42-，NO3-和NH4+为北京地区PM2.5中主要离子。PMF源解析方法确定了北京地区5类细粒子污染源，分别是：土壤尘、煤燃烧、交通运输、海洋气溶胶以及钢铁工业。
选用2003—2004年初PM2.5连续观测资料，统计分析了北京地区PM2.5的特征、PM2.5与PM10以及PM2.5与地面气象要素的相互关系。结果表明：四季中夏季PM2.5浓度最低，冬、春两季浓度较高。PM2.5与PM10比值平均为0.55，非采暖期两者比值为0.52，采暖期两者比值为0.62；夏季该比值主要分布在0.3~0.6之间，春、秋两季该比值分布在0.3~0.8之间，冬季采暖期该比值分布在0.4~0.9之间。PM2.5与PM10比值日变化与气象条件日变化、人们日常生活习惯密切相关，沙尘天气和交通运输高峰期扬起地面粗颗粒物会导致PM2.5在PM10中的比例下降，而冬季取暖以及夏季光化学反应则会引起PM2.5的比例升高。PM2.5的浓度与地面气象要素中本站气压、相对湿度和风速有很好的的相关性，与气温的相关性较差。SO42-，NO3-和NH4+为北京地区PM2.5中主要离子。PMF源解析方法确定了北京地区5类细粒子污染源，分别是：土壤尘、煤燃烧、交通运输、海洋气溶胶以及钢铁工业。
2007, 18(5): 655-665
摘要:
采用NCEP/NCAR再分析资料、自动站加密观测资料、逐时云顶亮温TBB资料、多普勒雷达资料以及成功模拟基础上的高分辨率模式输出资料，对2004年7月10日北京突发性暴雨过程β-中尺度对流系统的发生发展、结构与成因进行了综合分析。结果表明：此次过程影响系统为β-中尺度对流系统，它发生在大尺度暖脊之中，对流层中层的短波槽以及低层西风槽前西南气流与暖切变线北侧东南气流的汇合为其发生提供了良好的环境条件；该β-中尺度对流系统由两个对流云团合并而成，具有椭圆形结构特征，其水平尺度为150 km×100 km，时间尺度约为5 h；低层流场上它表现为中尺度辐合线或强辐合中心，雷达回波和径向速度场所反映的中尺度回波带和辐合线与它的演变有密切关系；在发展强盛期，β-中尺度对流系统具有较强的斜压性特征，垂直倾斜的上升气流及其两侧有明显的下沉补偿气流，显示它具有对流型风暴结构特征；在强对流不稳定层结条件下，700 hPa以下对流层低层具有明显的假相当位温θse暖湿舌，近地面层偏南风与偏东风两支气流的辐合及冷空气的侵入，导致行星边界层内能量锋区的加强，从而有利于β-中尺度对流系统发生发展。
采用NCEP/NCAR再分析资料、自动站加密观测资料、逐时云顶亮温TBB资料、多普勒雷达资料以及成功模拟基础上的高分辨率模式输出资料，对2004年7月10日北京突发性暴雨过程β-中尺度对流系统的发生发展、结构与成因进行了综合分析。结果表明：此次过程影响系统为β-中尺度对流系统，它发生在大尺度暖脊之中，对流层中层的短波槽以及低层西风槽前西南气流与暖切变线北侧东南气流的汇合为其发生提供了良好的环境条件；该β-中尺度对流系统由两个对流云团合并而成，具有椭圆形结构特征，其水平尺度为150 km×100 km，时间尺度约为5 h；低层流场上它表现为中尺度辐合线或强辐合中心，雷达回波和径向速度场所反映的中尺度回波带和辐合线与它的演变有密切关系；在发展强盛期，β-中尺度对流系统具有较强的斜压性特征，垂直倾斜的上升气流及其两侧有明显的下沉补偿气流，显示它具有对流型风暴结构特征；在强对流不稳定层结条件下，700 hPa以下对流层低层具有明显的假相当位温θse暖湿舌，近地面层偏南风与偏东风两支气流的辐合及冷空气的侵入，导致行星边界层内能量锋区的加强，从而有利于β-中尺度对流系统发生发展。
2007, 18(5): 666-675
摘要:
新发展了一种湿Q矢量释用技术:利用松弛法迭代求解以非地转干Q矢量散度为强迫项的方程得到垂直运动场ω 1, 然后由ω 1计算湿Q矢量散度场, 接着再利用松弛法迭代求解以湿Q矢量散度场为强迫项的ω方程得到垂直运动ω 2, 最后由ω 2结合水汽条件进行降水量计算, 得到湿Q矢量释用降水场。结合一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程研究表明, 湿Q矢量释用降水场对同期观测降水场水平分布特征、极端降水强度都具有一定的反映能力, 反映出湿Q矢量释用技术具备实际应用的可行性和一定合理性。将此释用技术应用于华东区域数值预报模式 (基于MM5 V3.6而建立, 以下简称MM5) 产品, 得到湿Q矢量释用定量降水预报 (QPF) 场, 其独立于模式本身输出的QPF场, 但与模式QPF场具有相同的时空分辨率。针对2004年6—8月汛期华东地区一次梅雨锋降水过程和一次登陆台风降水过程, 结合实况雨量资料, 比较分析了湿Q矢量释用QPF场和MM5模式QPF场对实际观测降水场的反映能力, 结果表明, 前者对有无降水、10.0 mm/24 h以上明显降水的反映能力明显优于后者。进一步进行预报统计检验表明, 湿Q矢量释用预报有无降水、小雨及10.0 mm/24 h以上降水的TS评分、正确率都明显高于MM5模式, 而漏报率、空报率则是前者明显低于后者。这也充分反映出湿Q矢量释用技术应用于QPF研究的有效性。最后, 探讨了数值预报产品释用技术对数值预报模式性能的依赖性, 并指出未来对湿Q矢量释用技术进一步改进的方向及其广泛应用前景。
新发展了一种湿Q矢量释用技术:利用松弛法迭代求解以非地转干Q矢量散度为强迫项的方程得到垂直运动场ω 1, 然后由ω 1计算湿Q矢量散度场, 接着再利用松弛法迭代求解以湿Q矢量散度场为强迫项的ω方程得到垂直运动ω 2, 最后由ω 2结合水汽条件进行降水量计算, 得到湿Q矢量释用降水场。结合一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程研究表明, 湿Q矢量释用降水场对同期观测降水场水平分布特征、极端降水强度都具有一定的反映能力, 反映出湿Q矢量释用技术具备实际应用的可行性和一定合理性。将此释用技术应用于华东区域数值预报模式 (基于MM5 V3.6而建立, 以下简称MM5) 产品, 得到湿Q矢量释用定量降水预报 (QPF) 场, 其独立于模式本身输出的QPF场, 但与模式QPF场具有相同的时空分辨率。针对2004年6—8月汛期华东地区一次梅雨锋降水过程和一次登陆台风降水过程, 结合实况雨量资料, 比较分析了湿Q矢量释用QPF场和MM5模式QPF场对实际观测降水场的反映能力, 结果表明, 前者对有无降水、10.0 mm/24 h以上明显降水的反映能力明显优于后者。进一步进行预报统计检验表明, 湿Q矢量释用预报有无降水、小雨及10.0 mm/24 h以上降水的TS评分、正确率都明显高于MM5模式, 而漏报率、空报率则是前者明显低于后者。这也充分反映出湿Q矢量释用技术应用于QPF研究的有效性。最后, 探讨了数值预报产品释用技术对数值预报模式性能的依赖性, 并指出未来对湿Q矢量释用技术进一步改进的方向及其广泛应用前景。
2007, 18(5): 676-681
摘要:
传统机器学习中通常隐含假设所研究问题是类别平衡的, 气象预报中预测灾害天气时就不满足这个假设, 这时往往需要预测重要而稀少的正类 (少数类)。传统机器学习以精度最大化为目标, 在遇到不平衡类别问题时, 容易训练出把所有实例都分为反类 (多数类) 的平庸的分类器。支持向量数据描述是从支持向量机 (SVM) 发展而来的基于核的机器学习方法, 只使用一类样本就可以工作, 适合于不平衡类别。以铜川暴雨预测作为试验对象, 对SVM和支持向量数据描述 (SVDD) 进行了对比试验。试验结果表明对于这个不平衡类别问题SVDD具有优势。
传统机器学习中通常隐含假设所研究问题是类别平衡的, 气象预报中预测灾害天气时就不满足这个假设, 这时往往需要预测重要而稀少的正类 (少数类)。传统机器学习以精度最大化为目标, 在遇到不平衡类别问题时, 容易训练出把所有实例都分为反类 (多数类) 的平庸的分类器。支持向量数据描述是从支持向量机 (SVM) 发展而来的基于核的机器学习方法, 只使用一类样本就可以工作, 适合于不平衡类别。以铜川暴雨预测作为试验对象, 对SVM和支持向量数据描述 (SVDD) 进行了对比试验。试验结果表明对于这个不平衡类别问题SVDD具有优势。
2007, 18(5): 682-689
摘要:
针对暴雨型滑坡灾害预报预警服务的需要, 以江西为研究区域, 从暴雨型滑坡灾害形成机理及预测理论入手, 通过8个滑坡灾害易发点的监测试验, 系统地研究了大气降水对地下水位、孔隙水压力、滑坡土体应力及滑坡稳定性的影响, 探讨了植被覆盖与滑坡的关系。结果表明:滑坡稳定系数与降水量有较好的负相关关系, 当降水量增大时, 滑坡稳定系数减小, 且略滞后于降水量的峰值; 在其他因素一定的条件下, 地下水位升高, 滑坡稳定系数直线下降。经计算得到8个试验点促使滑坡复活的临界指标是24 h降水量为60~203 mm, 值域的变化与滑坡体的土壤结构、力学性质、植被覆盖程度和降水强度的时空分布等因素有关。
针对暴雨型滑坡灾害预报预警服务的需要, 以江西为研究区域, 从暴雨型滑坡灾害形成机理及预测理论入手, 通过8个滑坡灾害易发点的监测试验, 系统地研究了大气降水对地下水位、孔隙水压力、滑坡土体应力及滑坡稳定性的影响, 探讨了植被覆盖与滑坡的关系。结果表明:滑坡稳定系数与降水量有较好的负相关关系, 当降水量增大时, 滑坡稳定系数减小, 且略滞后于降水量的峰值; 在其他因素一定的条件下, 地下水位升高, 滑坡稳定系数直线下降。经计算得到8个试验点促使滑坡复活的临界指标是24 h降水量为60~203 mm, 值域的变化与滑坡体的土壤结构、力学性质、植被覆盖程度和降水强度的时空分布等因素有关。
2007, 18(5): 690-701
摘要:
交叉相关外推算法是目前对流临近预报的主要算法之一。它主要是通过计算雷达回波等资料在连续时次的空间最优相关, 得到对流系统不同位置的移动矢量特征, 并基于这些获得的移动矢量对雷达回波等进行外推, 从而达到预报的目的。因为算法既考虑了回波移动矢量大小和方向的变化, 也考虑了整个回波在移动过程中的形变, 所以, 基于该算法的外推临近预报具有一定的物理意义。该文介绍了交叉相关外推预报算法的基本原理, 对算法进行了一系列的质量控制, 包括抑制地物杂波和噪声的影响、对“丢失”计算的点进行矢量补充以及对追踪的矢量进行平滑处理等多个步骤。个例对比分析表明:算法在通过质量控制和优化处理后, 追踪的回波移动矢量质量明显改善。利用优化后的算法, 对2004年夏季和2005年夏季发生在京津冀地区的4个强对流个例, 包括2次飑线过程、1次雹暴过程和1次强雷暴过程, 进行了外推临近预报试验, 并且对算法在对流临近预报中的效果做了初步的检验评估。结果表明:该算法对强对流天气过程的临近预报具有一定效果, 算法可以给出未来30 min或者60 min内雷达回波和雷暴位置以及形状的外推预报, 预报结果与实况比较接近。
交叉相关外推算法是目前对流临近预报的主要算法之一。它主要是通过计算雷达回波等资料在连续时次的空间最优相关, 得到对流系统不同位置的移动矢量特征, 并基于这些获得的移动矢量对雷达回波等进行外推, 从而达到预报的目的。因为算法既考虑了回波移动矢量大小和方向的变化, 也考虑了整个回波在移动过程中的形变, 所以, 基于该算法的外推临近预报具有一定的物理意义。该文介绍了交叉相关外推预报算法的基本原理, 对算法进行了一系列的质量控制, 包括抑制地物杂波和噪声的影响、对“丢失”计算的点进行矢量补充以及对追踪的矢量进行平滑处理等多个步骤。个例对比分析表明:算法在通过质量控制和优化处理后, 追踪的回波移动矢量质量明显改善。利用优化后的算法, 对2004年夏季和2005年夏季发生在京津冀地区的4个强对流个例, 包括2次飑线过程、1次雹暴过程和1次强雷暴过程, 进行了外推临近预报试验, 并且对算法在对流临近预报中的效果做了初步的检验评估。结果表明:该算法对强对流天气过程的临近预报具有一定效果, 算法可以给出未来30 min或者60 min内雷达回波和雷暴位置以及形状的外推预报, 预报结果与实况比较接近。
2007, 18(5): 702-708
摘要:
为了研究和揭示宁夏南部地气能量传输过程及特点并进一步评估退耕还林还草的生态效应, 利用Landsat-7 ETM+卫星遥感资料所求取的地表特征参数, 将地表分成水体、裸地、半裸地、草地、林地5类地表覆盖类型, 结合常规气象观测资料, 分别计算得出宁夏南部地表辐射和热量平衡各量的区域分布, 并给出各量的分布图和直方图, 分类别讨论了地表辐射和热量平衡各量分布特征, 使得对宁夏南部区域地表辐射和热量平衡区域分布有一个直观、综合的了解和认识。研究表明, 植被分布对地表辐射和热量平衡各量影响很大。
为了研究和揭示宁夏南部地气能量传输过程及特点并进一步评估退耕还林还草的生态效应, 利用Landsat-7 ETM+卫星遥感资料所求取的地表特征参数, 将地表分成水体、裸地、半裸地、草地、林地5类地表覆盖类型, 结合常规气象观测资料, 分别计算得出宁夏南部地表辐射和热量平衡各量的区域分布, 并给出各量的分布图和直方图, 分类别讨论了地表辐射和热量平衡各量分布特征, 使得对宁夏南部区域地表辐射和热量平衡区域分布有一个直观、综合的了解和认识。研究表明, 植被分布对地表辐射和热量平衡各量影响很大。
2007, 18(5): 709-715
摘要:
对气象代码的组成、字符代码的特点及局限性、表格驱动代码的特点及优势进行了介绍, 对我国气象代码的应用现状进行了分析, 并介绍了世界气象组织由字符代码向表格驱动代码过渡计划的主要内容。向表格驱动代码过渡对我国各级气象部门现有观测系统、通信传输、数据处理及存储、数据使用等多个业务环节产生的影响进行了初步分析和探讨, 并对我国表格驱动代码过渡应开展的工作提出了初步设想。
对气象代码的组成、字符代码的特点及局限性、表格驱动代码的特点及优势进行了介绍, 对我国气象代码的应用现状进行了分析, 并介绍了世界气象组织由字符代码向表格驱动代码过渡计划的主要内容。向表格驱动代码过渡对我国各级气象部门现有观测系统、通信传输、数据处理及存储、数据使用等多个业务环节产生的影响进行了初步分析和探讨, 并对我国表格驱动代码过渡应开展的工作提出了初步设想。
2007, 18(5): 716-721
摘要:
小型混合云室常用于自然冰核浓度的观测和人工冰核成核率的检测。使用表明:由于受云室容积、造雾方法和操作程序等因素的影响, 检测结果有很大差异, 难以相互比较。为提高检测数据的可信性, 设计并制作了15 L混合云室。云室由F22压缩机系统制冷, 最低能达到-28℃。为减小云室温度的波动, 在云室外围设计有装满乙二醇-水溶液的夹套。在溶液中, 安装了1个1 kW的电加热器, 接通后可使云室升温。在夹套外, 采用发泡技术形成约10 cm厚的绝热层, 以使云室与外界绝热。云室运行时, 可通过控制压缩机和电加热器得到实验温度。此外, 为拓宽检测冰核浓度的检测范围, 设计了玻璃片接取显微镜读数和糖盘接取目测读数两种可供选择使用的冰晶观测方法, 前者在冰晶浓度高时使用 (人工冰核), 后者在低浓度时使用 (自然冰核)。另一个重要改进是:先由一个超声雾化器产生常温雾, 而后使常温雾穿过一个低温狭缝进行预冷, 当雾温等于或低于云室温度后再进入云室。这一措施不仅避免了瞬时高度过饱和, 而且还减小了对云室温度的扰动。该云室在弹载催化剂成核率的改进实验中发挥了重要作用, 曾用它对多个人工冰核复合配方进行了检测和对比。结果表明:云室具有较好的稳定性和重复性, 整体性能优于以往的同类云室。这一结果是由于改进了提供过冷雾的设计和冰晶接取方法得到的。
小型混合云室常用于自然冰核浓度的观测和人工冰核成核率的检测。使用表明:由于受云室容积、造雾方法和操作程序等因素的影响, 检测结果有很大差异, 难以相互比较。为提高检测数据的可信性, 设计并制作了15 L混合云室。云室由F22压缩机系统制冷, 最低能达到-28℃。为减小云室温度的波动, 在云室外围设计有装满乙二醇-水溶液的夹套。在溶液中, 安装了1个1 kW的电加热器, 接通后可使云室升温。在夹套外, 采用发泡技术形成约10 cm厚的绝热层, 以使云室与外界绝热。云室运行时, 可通过控制压缩机和电加热器得到实验温度。此外, 为拓宽检测冰核浓度的检测范围, 设计了玻璃片接取显微镜读数和糖盘接取目测读数两种可供选择使用的冰晶观测方法, 前者在冰晶浓度高时使用 (人工冰核), 后者在低浓度时使用 (自然冰核)。另一个重要改进是:先由一个超声雾化器产生常温雾, 而后使常温雾穿过一个低温狭缝进行预冷, 当雾温等于或低于云室温度后再进入云室。这一措施不仅避免了瞬时高度过饱和, 而且还减小了对云室温度的扰动。该云室在弹载催化剂成核率的改进实验中发挥了重要作用, 曾用它对多个人工冰核复合配方进行了检测和对比。结果表明:云室具有较好的稳定性和重复性, 整体性能优于以往的同类云室。这一结果是由于改进了提供过冷雾的设计和冰晶接取方法得到的。
2007, 18(5): 722-726
摘要:
以投影寻踪原理为基础, 结合动态聚类方法, 建立了基于投影寻踪原理的动态聚类模型, 并首次将其应用于气候区划分析中。首先, 利用线性投影技术将多因素聚类问题转换为投影特征值的线性聚类问题; 其次, 利用动态聚类方法完成投影特征值序列的聚类分析; 最后, 通过气候区划实例验证了基于投影寻踪原理的动态聚类模型的可行性与有效性。
以投影寻踪原理为基础, 结合动态聚类方法, 建立了基于投影寻踪原理的动态聚类模型, 并首次将其应用于气候区划分析中。首先, 利用线性投影技术将多因素聚类问题转换为投影特征值的线性聚类问题; 其次, 利用动态聚类方法完成投影特征值序列的聚类分析; 最后, 通过气候区划实例验证了基于投影寻踪原理的动态聚类模型的可行性与有效性。
2007, 18(5): 727-731
摘要:
利用1958—2005年NCEP/NCAR再分析资料和2003—2005年国家气候中心的动力延伸预报产品, 运用自然正交函数展开 (EOF) 求取预报关键区内的空间特征向量及其时间系数, 结合相似离度方法查找与预报月份相似的个例, 进而作出广西月降水量预报。独立样本试验证明, 利用动力延伸预报产品制作的区域月降水预报比利用前期实况高度距平场相关区域制作的预报效果更好。
利用1958—2005年NCEP/NCAR再分析资料和2003—2005年国家气候中心的动力延伸预报产品, 运用自然正交函数展开 (EOF) 求取预报关键区内的空间特征向量及其时间系数, 结合相似离度方法查找与预报月份相似的个例, 进而作出广西月降水量预报。独立样本试验证明, 利用动力延伸预报产品制作的区域月降水预报比利用前期实况高度距平场相关区域制作的预报效果更好。
2007, 18(5): 732-736
摘要:
采用反距离权重法和普通克里格方法对26°~34°N, 103°~115°E范围内2004年逐日降水量进行空间插值试验分析, 分辨率为1 km×1 km。采用交叉检验方法和准确率方法对两种方法插值的总体效果及不同等级的降水插值效果进行综合对比。结果表明:两种方法插值效果近似, 插值结果与实测值相关系数分别为0.83和0.82。但对日雨量较大的情况, 两种方法插值效果均有所降低, 相关系数为0.66和0.67。两种方法的实测值与插值结果的相关系数在不同季节非常接近, 并且均以春季最大, 其次为冬、秋季, 夏季相关系数最小; 通过采用平均误差、平均绝对误差和均方根3个指标衡量及不同等级雨量的插值准确率统计比较, 普通克里格方法插值效果略好于反距离权重法。
采用反距离权重法和普通克里格方法对26°~34°N, 103°~115°E范围内2004年逐日降水量进行空间插值试验分析, 分辨率为1 km×1 km。采用交叉检验方法和准确率方法对两种方法插值的总体效果及不同等级的降水插值效果进行综合对比。结果表明:两种方法插值效果近似, 插值结果与实测值相关系数分别为0.83和0.82。但对日雨量较大的情况, 两种方法插值效果均有所降低, 相关系数为0.66和0.67。两种方法的实测值与插值结果的相关系数在不同季节非常接近, 并且均以春季最大, 其次为冬、秋季, 夏季相关系数最小; 通过采用平均误差、平均绝对误差和均方根3个指标衡量及不同等级雨量的插值准确率统计比较, 普通克里格方法插值效果略好于反距离权重法。
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