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2012年  第23卷  第2期

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GRAPES变分同化系统中动力平衡约束的统计求解
王瑞春, 龚建东, 张林
2012, 23(2): 129-138
摘要:
该文在GRAPES (Global/Regional Assimilation and PrEdiction System) 模式面三维变分 (3D_Var) 框架中引入了一种描述不同控制变量之间动力平衡约束的新方案。新方案采用统计得到的流函数和模式气压变量 ( π ) 之间的回归系数代替原方案中的线性平衡方程,来表达旋转风和质量场之间的平衡关系;采用流函数和势函数之间的回归系数,补充表达了原方案中所没有的旋转风和散度风之间的平衡关系。与原方案相比,新方案算法简单,避免了垂直方向的反复插值,减少了插值误差的引入。通过随机扰动试验和单点试验可以发现,在地转关系成立较好的区域,新方案中旋转风和质量场的耦合程度与原方案接近一致;而在地转关系不适用区域,新方案可以有效减小两者的耦合程度。此外,由于新方案中添加了旋转风和散度风之间的动力平衡约束,边界层的风场分析也更加接近大气真实状况。
NCEP再分析资料在强对流环境分析中的应用
王秀明, 俞小鼎, 朱禾
2012, 23(2): 139-146
摘要(4283) HTML全文 (833) PDF 936KB(2302)
摘要:
为考察NCEP再分析资料在我国强对流天气产生环境分析中的适用性,选取2002—2009年多普勒天气雷达识别的60例超级单体风暴个例,对比分析常规探空资料和NCEP再分析资料提取的温、湿、风垂直廓线,结果表明:NCEP再分析资料计算的对流有效位能因对抬升气团湿度敏感而与观测间差异较大,宜用K指数、温度直减率分析大气层结稳定度;因对流层中高层风与探空差异不大,其中500~700 hPa的风与探空近乎一致,因此NCEP再分析资料计算的深层、中层风垂直切变参量可靠性较高;NCEP再分析资料水汽参数与探空资料差异大,特别是在大气边界层,需用观测资料订正;边界层物理量,特别是风向与探空差异显著,因此不宜用NCEP再分析资料讨论雷暴触发问题;平均而言,NCEP再分析资料湿度廓线低层偏干而中层偏湿,925 hPa以上风速偏小,降低了强对流发生概率。
S波段多普勒天气雷达非降水气象回波识别
李丰, 刘黎平, 王红艳, 江源
2012, 23(2): 147-158
摘要:
在气象条件为晴空或有云但无降水的情况下,在雷达站附近经常可观测到大面积的非降水气象回波,这些回波对定量估测降水和雷达资料同化效果产生重要影响。为了有效识别这些非降水回波,该文发展了基于模糊逻辑识别和回波分块的非降水气象回波识别算法 (NPMDA)。该文首先利用地面和卫星资料为标准,提出了非降水回波的确定标准,并利用北京SA雷达,对非降水气象回波特性进行了统计分析,得到了隶属函数。在非降水回波识别时首先采用SCIT算法将回波组合成片,然后对整个PPI进行初步的判断。对不能初步判断为降水的PPI,采用模糊逻辑的方法计算成片回波的属性值,依据成片回波的属性值得到片内回波逐点识别时的阈值,从而实现了回波的动态阈值识别。结果表明:对大部分非降水气象回波识别效果较好,对较强降水回波误判较少,弱降水回波有时会出现一定的误判。与NCAR使用的ICADA方法相比,NPMDA方法能明显提高非降水回波的识别率,减少降水回波的误判率。
用数值预报场间接对比新疆两种型号探空系统
姚雯, 马颖, 王战, 黄炳勋
2012, 23(2): 159-166
摘要:
利用2007—2010年近4年的探空资料对比新疆中、北部地区乌鲁木齐、伊宁、克拉玛依、北塔山4个采用GTS (U)-2型P波段雷达-电子探空仪的探空站及其周围的阿勒泰、阿克苏和库尔勒3个采用GTS1型L波段雷达-电子探空仪的探空站的探空记录与预报场的偏差值,发现采用GTS1型探空仪的3个探空站的探空记录不仅在同一观测时段而且08:00(北京时,下同) 与20:00两个不同的观测时段与预报场差值的差异小;4个采用GTS (U)-2型探空仪的探空站的探空记录与预报场的差值在同一观测时间的差异小,但08:00和20:00的差异很大;且GTS (U)-2型探空仪与GTS1型探空仪20:00获取的探空记录与预报场差值的差异小,但08:00探空记录的差异大。综合对比结果表明:2007年1月—2010年3月新疆自治区采用的GTS (U)-2型探空仪的探空记录08:00可能存在问题,用户在数据资料分析时需要特别注意。
T213与T639模式热带气旋预报误差对比
麻素红, 吴俞, 瞿安祥, 肖天贵, 李勋
2012, 23(2): 167-173
摘要:
应用国家气象中心全球谱模式T213L31(简称T213) 及其升级版本T639L60(简称T639) 对2009—2010年西北太平洋热带气旋数值预报的结果进行对比。结果表明:T213与T639模式24~120 h预报平均距离误差基本相近,但由于T639模式分辨率较高,T639模式的热带气旋强度预报明显好于T213模式。从分类误差来看,T639模式对于西北行登陆及转向热带气旋的路径预报好于T213模式,但对西行及北上热带气旋预报误差偏大。对于异常路径热带气旋预报,T639模式能较好预报环流形势的突然调整,对路径突变的热带气旋预报比T213模式有明显优势;从登陆类热带气旋预报的移向误差来看,T213模式存在东北偏北向系统性偏差,T639模式存在东北偏东向系统性偏差。
广东省6月长连续暴雨过程的气候特征及成因
谢炯光, 纪忠萍, 谷德军, 李晓娟, 胡丽甜
2012, 23(2): 174-183
摘要:
该文采用合成分析、相关分析等方法研究了影响广东省6月的最长一段暴雨日数的气候特征,并对有无长连续暴雨过程的同期及其前期环流场和海温场进行分析。结果表明:7 d以上的长连续暴雨大都出现在20世纪90年代以后。长连续暴雨过程500 hPa合成平均环流场上, 高纬度地区呈西高东低、低纬度地区呈东高西低分布。中高纬度地区欧洲槽较深,巴尔喀什湖—贝加尔湖为明显的高压脊,说明经向环流较强,冷空气活动频繁。低纬度地区南支槽活跃,副热带高压较强,有利于冷暖交绥于华南沿海,形成长连续暴雨过程。根据长连续暴雨过程的海温合成平均距平图,东太平洋Niño4区海温为负距平、Niño3区为较弱正距平,黑潮海区为较明显的正距平中心,西风漂流区以较弱的负距平为主。研究还揭示了长连续暴雨过程3—6月海温场发生了较为激烈的演变,Niño3,Niño4区海温是一个由负变正的增温过程,而无连续暴雨过程3—6月海温场的演变维持为El Niño海温分布型。
台风莫拉克 (0908) 影响期间近地层风特性
张容焱, 张秀芝, 杨校生, 吴金城, 曲海滨
2012, 23(2): 184-194
摘要:
通过对台风莫拉克 (0908) 影响范围内的33座测风塔观测资料的分析可知:台风莫拉克越靠近陆地,风场的非对称性越明显,其行进方向的左侧测风塔风向呈逆时针旋转,右侧测风塔风向顺时针旋转。在远离台风莫拉克的地方风向稳定,湍流强度变化较平稳;在台风莫拉克登陆点附近,风向、风速和湍流强度均会出现突变。台风莫拉克影响期间,湍流强度与风速的关系未出现IEC标准曲线那样随风速增大稳定减小,其I15达B级和A级及以上的平均湍流强度会在风速7~17 m·s-1形成一个峰值;无论南风或北风,风速越大,各层湍流强度差异趋于减小,同等风速、高度的湍流强度偏南大风均大于偏北大风。位于台风莫拉克登陆点北侧测风塔湍流强度随风速的增加先减小后增大,最终各高度全部超过IEC标准A级曲线,而位于南侧测风塔湍流强度随风速的变化比北侧小,并随风速增大趋于标准A级曲线;另外北侧测风塔湍流强度大于南侧,且各高度偏北大风湍流强度之间的差异比南侧相应风向明显,表明北侧垂直方向的扰动更强。台风莫拉克阵风系数为1.2~1.7,其随高度变化与地形有关,一般情况下随高度升高而减小,在复杂地形条件下不符合随高度升高减小的规律。
区域性极端低温事件的识别及其变化特征
龚志强, 王晓娟, 崔冬林, 王艳姣, 任福民, 封国林, 张强, 邹旭恺, 王小玲
2012, 23(2): 195-204
摘要:
区域性极端低温事件的客观识别方法主要包括4个部分:极端低温阈值的确定、极端低温事件空间区域的识别、空间区域的连续性过程提取和指标体系,结合个例分析验证了该方法在实际低温事件检测中的有效性。从空间分布和时间变化趋势等角度分析了近50年区域性极端低温事件的变化特征:区域性极端低温事件的发生频次较高的纬度带主要位于32°N和42°N附近,区域性极端低温事件的发生频次、强度和最大覆盖面积等存在总体减弱的趋势,在20世纪80年代后期存在显著的转折,90年代后期以来变化逐渐趋于平缓。此外,对各种单一指标与我国冷冻害造成的经济损失和受灾人口之间的相关分析,构建了体现区域性极端低温事件多方面影响的综合指标。
我国大陆大尺度气候观测网的理想密度和分布
任玉玉, 任国玉, 周江兴
2012, 23(2): 205-213
摘要:
以我国大陆2416个气象观测站点组成的站网为参考,以观测序列的相关性表示对气候变化信号的监测能力,分析不同地区单位经纬度网格内站点数对信号监测能力的影响,得到特定监测能力要求下所需的站点数,为大尺度气候观测站网的站点设置提供科学依据。对2.5°×2.5°网格来说,当要求子集站网气温序列与标准站网气温序列相关系数超过0.99和0.95时,所需的站点数分别为750和377;当要求子集站网降水量序列与标准站网降水量序列的相关系数超过0.95和0.90时,需要的站点数分别为670和417。对2.5°×3.5°和5.0°×5.0°经纬度网格的分析发现,对站点数量要求较高的区域大部分是地形过渡区,一般来说,降水量观测对站点密度的要求高于气温。
FY-3A陆表温度反演及高温天气过程动态监测
董立新, 杨虎, 张鹏, 唐世浩, 陆其峰
2012, 23(2): 214-222
摘要:
采用FY-3A/VIRR数据,利用Becker局地分裂窗改进算法反演得到逐日陆表温度 (LST), 对2009年一次高温天气过程进行动态监测, 并分析不同下垫面的热环境变化。结果显示:此过程中可见光红外扫描辐射计 (VIRR) 陆表温度产品在敦煌辐射校正场地两次验证的误差为-0.17 K和1.77 K,与同时间过境的MODIS产品均方根误差为2.64 K,直方图对比陆表温度的频数分布基本一致;对高温天气过程监测发现,此次出现以华北的石家庄、郑州、北京等地和西北地区东部的西安等地为中心的两个陆表温度高值区, 部分地区达到了320.2 K以上;城市剖面资料证实城市热岛现象存在,并发现工矿用地的热岛效应不容忽视,主要是大面积的工矿用地周围植被破坏严重,地表增温更为显著。
风云三号 (02) 批卫星微波氧气吸收通道降水特性
张淼, 卢乃锰, 谷松岩, 张文建
2012, 23(2): 223-230
摘要(5543) HTML全文 (3296) PDF 1139KB(5172)
摘要:
我国新一代极轨业务气象卫星风云三号 (02) 批计划2012年发射。该文利用UWNMS模拟2005年Katrina飓风的结果作为基础数据集,借助VDISORT微波辐射传输模式对风云三号 (02) 批计划装载的微波探测仪器中50~60 GHz和新增的118.75 GHz频点的降水特性进行初步研究。首先通过晴空权重函数匹配,选择出50~60 GHz与118.75 GHz频点匹配关系较好的4对通道。敏感性分析表明:各通道对各种水凝物粒子均很敏感,可用于改进现有业务降水反演算法。分别选取50~60 GHz 4个通道、118.75 GHz 4个通道、50~60 GHz及118.75 GHz全部通道3种不同的通道组合进行反演试验。结果表明:将50~60 GHz及118.75 GHz通道联合起来进行降水反演可提高降水反演的精度,并可以更好地区分降水区与非降水区。
高桥公式在拉萨地区的适用性及其修正
付菁, 范广洲, 周定文
2012, 23(2): 231-237
摘要(3143) HTML全文 (887) PDF 984KB(3587)
摘要:
选用1993—1999年拉萨站资料,通过比较多种计算方法得到的潜在蒸散量、高桥浩一郎在1979年提出的基于温度和降水量计算蒸发量的公式所得到的蒸发量以及中日季风试验资料的观测值可知:受温度、水分及相对湿度的影响,潜在蒸散量在5月达到最大值,而蒸发量的最大值则出现在7月。由于青藏高原存在冻土及融冰化雪的特殊现象,水分来源并不完全依靠于降水,所以由高桥浩一郎公式的计算值与观测值之间存在较大差距,温度越高,差值越大;鉴于温度与该差值呈正比关系,可将温度划分为小于0℃,0~5℃,5~10℃,10~15℃,大于15℃共5个等级,在不改变高桥浩一郎公式原有系数的基础上,同时考虑不同的系数对降水量进行修正,修正后的结果明显好于修正前,与观测值更接近。
WMO信息系统中气象元数据的设计与实现
祝婷, 李湘
2012, 23(2): 238-244
摘要(2569) HTML全文 (843) PDF 476KB(1890)
摘要:
随着越来越多基于网络、自动化的信息共享系统的广泛使用,元数据已成为不同学科间共享信息的关键。近年来气象数据的应用领域不断扩展,气象数据面临着海量信息流通共享的迫切需要,由此气象元数据应运而生。该文介绍的气象元数据是在满足WMO (世界气象组织) 信息系统提出的包括提供在线元数据、数据目录服务和提高元数据定义、收集、归档和交换的标准化水平在内的总体需求的背景下,依据WMO核心元数据标准设计并由自开发程序自动生成的。北京GISC系统是WMO信息系统中承担区域间及全球资料交换的主干通信中心之一,至2012年1月,北京GISC系统制作并提供系统内全部数据对应的气象元数据,共计约12万条。
新型台风海洋网络气象信息系统的设计与实现
陈钻, 李海胜
2012, 23(2): 245-250
摘要:
该文将时空数据模型的概念引入台风海洋网络气象信息系统,旨在构建一个多源、异构气象服务产品与数据按照统一的时空数据模型进行组织、集成和融合,并在互联网上实时展现的信息系统平台。介绍了该系统的设计思路和技术框架,同时分析了该系统中引入时空数据模型的技术难点和关键技术,重点展示了系统构建成型后能实现的主要功能,包括台风路径信息与卫星云图、天气形势场等多种气象信息的叠加显示;多功能历史台风路径信息查询;台风实况路径信息与城市风雨监测实况、卫星云图、雷达图的同步动画显示;气象灾害预警信息、气象资讯、城市天气实况及预报等内容的集成发布等。该研究成果已在中国天气台风网 (typhoon.weather.com.cn) 得到实际应用。
省级气象计量检定业务自动化系统
张建敏, 罗昶, 王建森, 张晓冬, 包炳生, 杨安良
2012, 23(2): 251-256
摘要:
省级气象计量检定业务自动化系统 (以下简称系统) 是省级气象计量部门的业务应用平台, 以提高其业务管理水平、工作效率和检定质量。系统基于现有省级气象计量标准硬件设备,辅之以自动化智能控制技术,采用B/S和C/S软件开发模式,实现检定业务的数字化、信息化和自动化。该系统包含计量业务管理和自动化检定两个子系统,共用同一个检定数据库。计量业务管理子系统由仪器收发、常规仪器检修、系统管理、预警超检、报表处理、综合查询统计、计量器具管理等模块组成;自动化检定子系统包括温度、湿度、气压、风、雨量等传感器的自动化检测,能够自动采集数据、自动生成原始记录和检测证书。系统的业务应用表明:系统自动化程度高,提高了业务管理水平、工作效率和检定质量。