设为首页
加入收藏
用户登录
投稿模版
中国气象局2014年 第25卷 第6期
摘要
PDF 690KB
2014, 25(6): 641-653
HTML全文
摘要:
水文集合预报是近几年正在形成和发展的水文预报分支，其发展大致可分为两个阶段：第1阶段是1970年至20世纪末进行的长期径流预报，第2阶段从21世纪开始，主要学习气象数值预报中集合预报的概念在短期水文集合预报中的应用。目前，除了单一预报中心的集合预报系统在水文集合预报中应用外，多个预报中心的集合预报大集合也逐渐被应用于流域水文预报，甚至一些小流域的洪水预报。如利用TIGGE (THORPEX Interactive Grand Global Ensemble) 集合预报驱动形成的大气-水文-水力的串联系统进行早期的洪水预警研究, 将全球集合预报作为洪水模型输入的有限区域模式的初始条件和侧边界条件的研究。这些均表明，基于水文集合预报的洪水预报增加了预报附加值，并能够延长预警提前时间。以欧洲中期天气预报中心的欧洲洪水预警系统 (EFAS) 和美国NOAA的先进水文预报系统 (AHPS) 为代表，实现了集合预报在洪水中的实时业务预报, 但仍存在数据处理和计算量大，以及如何基于集合水文预报做决策等问题。对于水文集合预报的前处理和后处理的各种技术已处于探索和验证阶段，如何更好地理解基于概率预报的洪水预警决策仍存在许多困难和挑战。
2014, 25(6): 654-668
摘要:
为了进一步提高GRAPES_Meso的分析和预报效果，该文在GRAPES_Meso三维变分同化系统中建立了同化GNSS/RO反演的大气资料的观测算子，实现了对GNSS/RO反演的大气资料的同化应用，并通过2013年7月1个月的同化和预报试验分析了GNSS/RO反演大气资料对GRAPES_Meso模式系统分析和预报的影响。结果表明：增加了GNSS/RO反演大气资料的同化后，GRAPES_Meso位势高度场的分析误差明显减小，平均分析误差减小约8%，预报误差略有减小，平均预报误差减小约1%；湿度场的分析误差和预报误差变化不明显，常规观测资料稀少的青藏高原地区的降水预报技巧有所提高，小雨到大雨的ETS (equitable threat score) 评分提高约0.01，对全国及其他分区的降水预报技巧总体上有正效果。
为了进一步提高GRAPES_Meso的分析和预报效果，该文在GRAPES_Meso三维变分同化系统中建立了同化GNSS/RO反演的大气资料的观测算子，实现了对GNSS/RO反演的大气资料的同化应用，并通过2013年7月1个月的同化和预报试验分析了GNSS/RO反演大气资料对GRAPES_Meso模式系统分析和预报的影响。结果表明：增加了GNSS/RO反演大气资料的同化后，GRAPES_Meso位势高度场的分析误差明显减小，平均分析误差减小约8%，预报误差略有减小，平均预报误差减小约1%；湿度场的分析误差和预报误差变化不明显，常规观测资料稀少的青藏高原地区的降水预报技巧有所提高，小雨到大雨的ETS (equitable threat score) 评分提高约0.01，对全国及其他分区的降水预报技巧总体上有正效果。
2014, 25(6): 669-679
摘要:
利用1948—2011年NCEP/NCAR月平均再分析资料和1951—2010年我国160站降水量资料，研究了冬季亚洲—太平洋区域的大气遥相关及其与东亚冬季风和降水的关系。结果表明：冬季在亚洲—西太平洋与中、东太平洋中低纬度对流层上层扰动温度之间存在类似于夏季的亚洲—太平洋涛动 (APO) 现象，即当东亚中低纬度对流层中、上层偏暖时，中东太平洋中低纬度对流层中上层温度偏冷，反之亦然。冬季APO可以反映冬季亚洲—太平洋东西向热力差异强度变化，与夏季相比，冬季APO遥相关在亚洲的中心位置略偏南、偏东，且冬季APO与大气环流关系与夏季也有所不同；当冬季APO指数偏高时，对流层上层东亚大槽位置偏西，而东亚热带地区的高压向北伸展，导致我国南方对流层为深厚的异常反气旋系统所控制，此时南方地区对流层低层盛行异常的偏东北气流，并伴随水汽辐散和异常下沉运动，南方降水偏少；冬季APO指数与ENSO有紧密联系。
利用1948—2011年NCEP/NCAR月平均再分析资料和1951—2010年我国160站降水量资料，研究了冬季亚洲—太平洋区域的大气遥相关及其与东亚冬季风和降水的关系。结果表明：冬季在亚洲—西太平洋与中、东太平洋中低纬度对流层上层扰动温度之间存在类似于夏季的亚洲—太平洋涛动 (APO) 现象，即当东亚中低纬度对流层中、上层偏暖时，中东太平洋中低纬度对流层中上层温度偏冷，反之亦然。冬季APO可以反映冬季亚洲—太平洋东西向热力差异强度变化，与夏季相比，冬季APO遥相关在亚洲的中心位置略偏南、偏东，且冬季APO与大气环流关系与夏季也有所不同；当冬季APO指数偏高时，对流层上层东亚大槽位置偏西，而东亚热带地区的高压向北伸展，导致我国南方对流层为深厚的异常反气旋系统所控制，此时南方地区对流层低层盛行异常的偏东北气流，并伴随水汽辐散和异常下沉运动，南方降水偏少；冬季APO指数与ENSO有紧密联系。
2014, 25(6): 680-689
摘要:
基于1981—2010年东北地区55个农业气象观测站发育期数据、16个气象站逐日气象资料，采用趋势变率、秩相关分析、主成分分析和结构方程模型等方法，分析了近30年东北春玉米关键发育期的变化特征，探讨了春玉米发育期对不同时间尺度气象因子的响应规律。结果表明：1981—2010年春玉米关键发育期 (播种期、抽雄期、成熟期) 均有延后趋势，大部分地区春玉米生长前期 (播种期—抽雄期) 日数减少，生长后期 (抽雄期—成熟期) 日数增加，全生育期日数增加。在绝大多数年份，春玉米播种期在温度适播期之后，成熟期在初霜日之前。近30年对东北春玉米生育期日数影响最大的气象要素为温度，主成分分析结果显示，年际尺度的升温、温度生长期的延长和作物生长期的高温对生育期日数影响显著；结构方程模型指出，作物生长期的最高温度和最低温度对生育期日数影响有间接效应，主导气象要素能够解释生育期日数变异的44%。全球变暖背景下，东北春玉米发育期变化是作物响应气候变化和农业生产适应气候变化的共同结果。
基于1981—2010年东北地区55个农业气象观测站发育期数据、16个气象站逐日气象资料，采用趋势变率、秩相关分析、主成分分析和结构方程模型等方法，分析了近30年东北春玉米关键发育期的变化特征，探讨了春玉米发育期对不同时间尺度气象因子的响应规律。结果表明：1981—2010年春玉米关键发育期 (播种期、抽雄期、成熟期) 均有延后趋势，大部分地区春玉米生长前期 (播种期—抽雄期) 日数减少，生长后期 (抽雄期—成熟期) 日数增加，全生育期日数增加。在绝大多数年份，春玉米播种期在温度适播期之后，成熟期在初霜日之前。近30年对东北春玉米生育期日数影响最大的气象要素为温度，主成分分析结果显示，年际尺度的升温、温度生长期的延长和作物生长期的高温对生育期日数影响显著；结构方程模型指出，作物生长期的最高温度和最低温度对生育期日数影响有间接效应，主导气象要素能够解释生育期日数变异的44%。全球变暖背景下，东北春玉米发育期变化是作物响应气候变化和农业生产适应气候变化的共同结果。
2014, 25(6): 690-700
摘要:
2013年1—3月北京及周边地区雾、霾高发，气候特征异于常年。利用2013年1—3月北京及周边地区6个地面观测站观测资料，研究PM2.5和黑碳 (BC) 的质量浓度、区域分布特征及气象要素的影响情况。结果表明：北京及周边地区PM2.5污染呈区域性高值、污染局地积累以及由南向北输送的特征。北京上甸子站在雾、霾与清洁期间BC与PM2.5质量浓度的比值分别为7.1%和10.3%，雾、霾期间低于清洁期间；而河北固城站在雾、霾与清洁期间BC与PM2.5质量浓度的比值分别为17.5%和11.9%，雾、霾期间明显高于清洁期间。二者相反的比值特征反映在清洁的下游地区雾、霾过程中二次生成的气溶胶所占比例较污染的上游地区偏高。
2013年1—3月北京及周边地区雾、霾高发，气候特征异于常年。利用2013年1—3月北京及周边地区6个地面观测站观测资料，研究PM2.5和黑碳 (BC) 的质量浓度、区域分布特征及气象要素的影响情况。结果表明：北京及周边地区PM2.5污染呈区域性高值、污染局地积累以及由南向北输送的特征。北京上甸子站在雾、霾与清洁期间BC与PM2.5质量浓度的比值分别为7.1%和10.3%，雾、霾期间低于清洁期间；而河北固城站在雾、霾与清洁期间BC与PM2.5质量浓度的比值分别为17.5%和11.9%，雾、霾期间明显高于清洁期间。二者相反的比值特征反映在清洁的下游地区雾、霾过程中二次生成的气溶胶所占比例较污染的上游地区偏高。
2014, 25(6): 701-710
摘要:
该文介绍了卫星观测海表温度 (SST) 算法的发展历程，给出了所用SST算法的回归模型，并在FY-3B/VIRR业务SST算法的基础上进行了改进。基于NOAA-19/AVHRR匹配数据集，进行多算法建模分析及精度评估，白天最优算法为非线性SST (NL) 算法，夜间最优算法为三通道SST (TC) 算法，最优算法的确定与NESDIS/STAR一致。建立2012年8月—2013年3月FY-3B/VIRR匹配数据集，并在此基础上进行多算法回归建模及精度评估，白天和夜间的最优均为NL算法，分析发现夜间TC算法采用匹配数据集版本2(MDB_V2) 时，3.7 μm通道存在类似百叶窗的条带现象。以2012年10—12月FY-3B/VIRR匹配数据集计算回归系数，以2013年1—3月独立样本进行精度评估，与浮标SST相比，NL算法白天和夜间的均方根误差分别为0.41℃和0.43℃。与日平均最优插值海温 (OISST) 相比，NL算法白天和夜间的均方根误差分别为1.45℃和1.5℃; 选择与OISST偏差在2℃以内的样本，NL算法白天和夜间均方根误差分别为0.82℃和0.84℃。
该文介绍了卫星观测海表温度 (SST) 算法的发展历程，给出了所用SST算法的回归模型，并在FY-3B/VIRR业务SST算法的基础上进行了改进。基于NOAA-19/AVHRR匹配数据集，进行多算法建模分析及精度评估，白天最优算法为非线性SST (NL) 算法，夜间最优算法为三通道SST (TC) 算法，最优算法的确定与NESDIS/STAR一致。建立2012年8月—2013年3月FY-3B/VIRR匹配数据集，并在此基础上进行多算法回归建模及精度评估，白天和夜间的最优均为NL算法，分析发现夜间TC算法采用匹配数据集版本2(MDB_V2) 时，3.7 μm通道存在类似百叶窗的条带现象。以2012年10—12月FY-3B/VIRR匹配数据集计算回归系数，以2013年1—3月独立样本进行精度评估，与浮标SST相比，NL算法白天和夜间的均方根误差分别为0.41℃和0.43℃。与日平均最优插值海温 (OISST) 相比，NL算法白天和夜间的均方根误差分别为1.45℃和1.5℃; 选择与OISST偏差在2℃以内的样本，NL算法白天和夜间均方根误差分别为0.82℃和0.84℃。
2014, 25(6): 711-721
摘要:
该文研究地基微波辐射计天线性能及其工作环境对K波段20~30 GHz亮温观测数据的影响，根据辐射传输理论和天线性能参数分析建立模型，通过模拟计算给出辐射计20~30 GHz波段亮温观测对天线性能及其工作环境的响应，提出针对工作环境温度变化影响的订正方案，并结合观测资料进行分析验证。结果表明：如果辐射计天线增益和3 dB波束宽度决定的等效主波束效率ηe较低，则即使在能够经常进行辐射计系统液氮定标的情况下也必须考虑天线工作环境 (环境温度与辐射计定标时的情景差异) 对K波段亮温观测的影响。对某一辐射计液氮定标后1年多观测资料的订正验证表明：订正效果明显，尤其是在28.0 GHz和30.0 GHz两通道。
该文研究地基微波辐射计天线性能及其工作环境对K波段20~30 GHz亮温观测数据的影响，根据辐射传输理论和天线性能参数分析建立模型，通过模拟计算给出辐射计20~30 GHz波段亮温观测对天线性能及其工作环境的响应，提出针对工作环境温度变化影响的订正方案，并结合观测资料进行分析验证。结果表明：如果辐射计天线增益和3 dB波束宽度决定的等效主波束效率ηe较低，则即使在能够经常进行辐射计系统液氮定标的情况下也必须考虑天线工作环境 (环境温度与辐射计定标时的情景差异) 对K波段亮温观测的影响。对某一辐射计液氮定标后1年多观测资料的订正验证表明：订正效果明显，尤其是在28.0 GHz和30.0 GHz两通道。
2014, 25(6): 722-730
摘要:
西藏林芝地区地形复杂、土地覆盖类型多样，MODIS地表温度 (land surface temperature，LST) 产品验证面临处理混合像元的难题，为获得与像元尺度 (1 km) 相匹配的地表温度数据，该文提出采用多点同时观测结合面积加权的方法，将该方法应用于验证林芝地区2013年6月10日夜间晴空MODIS/LST产品。结果显示：单点观测对像元的代表性不足，容易低估产品精度 (10个样本均方根误差为2.2 K)，面积加权法可获得综合性更好的地面LST信息，对MODIS/LST产品的精度给出更高的评价 (30个样本均方根误差为1.40 K)。对于地表类型混杂程度高且地势较为平坦的像元，面积加权法的优势更为明显，可将卫星LST产品与地面LST之间的差异由3 K降至1 K以内。
西藏林芝地区地形复杂、土地覆盖类型多样，MODIS地表温度 (land surface temperature，LST) 产品验证面临处理混合像元的难题，为获得与像元尺度 (1 km) 相匹配的地表温度数据，该文提出采用多点同时观测结合面积加权的方法，将该方法应用于验证林芝地区2013年6月10日夜间晴空MODIS/LST产品。结果显示：单点观测对像元的代表性不足，容易低估产品精度 (10个样本均方根误差为2.2 K)，面积加权法可获得综合性更好的地面LST信息，对MODIS/LST产品的精度给出更高的评价 (30个样本均方根误差为1.40 K)。对于地表类型混杂程度高且地势较为平坦的像元，面积加权法的优势更为明显，可将卫星LST产品与地面LST之间的差异由3 K降至1 K以内。
2014, 25(6): 731-740
摘要:
基于海南省南渡江流域龙塘水文站1976—1987年和2009—2010年的逐日气象水文资料，采用HBV-D水文模型，通过对模型参数率定和验证，确定了适合南渡江流域的HBV-D水文模型最优化参数。结果表明：该模型在1976—1981年率定期、1982—1987年验证期和2009—2010年验证期的Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.891，0.831，0.953，相关系数分别为0.944，0.912，0.977，达到了0.01显著性水平。通过建立的南渡江流域HBV-D水文模型进行模型反演，确定了不同前期水位 (7 m，8 m，9 m，10 m，11 m) 的面雨量和水位关系，根据龙塘水文站的警戒水位、10年重现期水位、30年重现期水位、50年重现期水位作为不同等级预警的临界判别条件，最终确定了不同前期水位的致灾临界面雨量指标。
基于海南省南渡江流域龙塘水文站1976—1987年和2009—2010年的逐日气象水文资料，采用HBV-D水文模型，通过对模型参数率定和验证，确定了适合南渡江流域的HBV-D水文模型最优化参数。结果表明：该模型在1976—1981年率定期、1982—1987年验证期和2009—2010年验证期的Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.891，0.831，0.953，相关系数分别为0.944，0.912，0.977，达到了0.01显著性水平。通过建立的南渡江流域HBV-D水文模型进行模型反演，确定了不同前期水位 (7 m，8 m，9 m，10 m，11 m) 的面雨量和水位关系，根据龙塘水文站的警戒水位、10年重现期水位、30年重现期水位、50年重现期水位作为不同等级预警的临界判别条件，最终确定了不同前期水位的致灾临界面雨量指标。
2014, 25(6): 741-750
摘要:
为了利用雷电定位系统 (lightning location system，LLS) 资料统计人工观测雷暴日数，采用湖北省2007—2012年LLS监测资料，选取25个气象站为圆心，统计其不同监测半径 (r) 圆区域内LLS监测的雷电日数，并与人工观测雷暴日数进行比较。结果表明：r≤7 km时，LLS监测平均年雷电日数小于人工观测平均年雷暴日数；r≥8 km时, LLS监测平均年雷电日数大于人工观测平均年雷暴日数；r=22 km圆区域内年平均雷电日数可替代最大年雷暴日数。根据r=7 km，r=8 km圆区域内LLS监测的年雷电日数、年平均地闪密度资料，分别采用直接替代法、地闪密度法和该文提出的二元法计算年雷暴日数，结果显示：二元法效果最好。二元法计算的2007—2012年25个站平均年雷暴日数与人工观测相等，平均差异为7.4%；二元法计算的2013年年雷暴日数与人工观测相差0.8 d，平均差异为12.3%。
为了利用雷电定位系统 (lightning location system，LLS) 资料统计人工观测雷暴日数，采用湖北省2007—2012年LLS监测资料，选取25个气象站为圆心，统计其不同监测半径 (r) 圆区域内LLS监测的雷电日数，并与人工观测雷暴日数进行比较。结果表明：r≤7 km时，LLS监测平均年雷电日数小于人工观测平均年雷暴日数；r≥8 km时, LLS监测平均年雷电日数大于人工观测平均年雷暴日数；r=22 km圆区域内年平均雷电日数可替代最大年雷暴日数。根据r=7 km，r=8 km圆区域内LLS监测的年雷电日数、年平均地闪密度资料，分别采用直接替代法、地闪密度法和该文提出的二元法计算年雷暴日数，结果显示：二元法效果最好。二元法计算的2007—2012年25个站平均年雷暴日数与人工观测相等，平均差异为7.4%；二元法计算的2013年年雷暴日数与人工观测相差0.8 d，平均差异为12.3%。
2014, 25(6): 751-760
摘要:
利用1966—2011年西藏自治区那曲地区所辖7个气象站的雷暴天气历史观测资料，综合运用天气学及线性统计方法、小波分析方法，分析那曲地区雷暴日数的时间和空间分布规律及影响因素。结果表明：那曲地区的雷暴日数存在显著减少趋势，减少趋势达到0.01的显著性水平，变化倾向率为每10年减少5 d；那曲地区雷暴日数空间分布特征为北部多南部少，东部高山峡谷多于西部湖盆；雷暴日数高值出现在东北部，低值出现在东南部。季节分布为夏季最多，春、秋季相对较少，冬季很少出现雷暴；雷暴初日推迟，而雷暴终日提前，雷暴期有缩短趋势。多雷期、少雷期的差异主要表现在西太平洋副热带高压脊线西伸脊点的经度位置、巴尔克什湖东部至青藏高原处高压脊和高原短波槽的位置和强弱上。那曲地区5—9月雷暴日数存在5~10年、20年两种尺度的周期变化规律，从不同时间尺度周期的变化趋势可以看出那曲地区将逐渐进入多雷期。
利用1966—2011年西藏自治区那曲地区所辖7个气象站的雷暴天气历史观测资料，综合运用天气学及线性统计方法、小波分析方法，分析那曲地区雷暴日数的时间和空间分布规律及影响因素。结果表明：那曲地区的雷暴日数存在显著减少趋势，减少趋势达到0.01的显著性水平，变化倾向率为每10年减少5 d；那曲地区雷暴日数空间分布特征为北部多南部少，东部高山峡谷多于西部湖盆；雷暴日数高值出现在东北部，低值出现在东南部。季节分布为夏季最多，春、秋季相对较少，冬季很少出现雷暴；雷暴初日推迟，而雷暴终日提前，雷暴期有缩短趋势。多雷期、少雷期的差异主要表现在西太平洋副热带高压脊线西伸脊点的经度位置、巴尔克什湖东部至青藏高原处高压脊和高原短波槽的位置和强弱上。那曲地区5—9月雷暴日数存在5~10年、20年两种尺度的周期变化规律，从不同时间尺度周期的变化趋势可以看出那曲地区将逐渐进入多雷期。
2014, 25(6): 761-768
摘要:
基于北斗卫星的预警信息发布是利用北斗卫星导航系统的短报文功能进行预警信息的发布，可有效提高预警信息发布的覆盖范围和时效性。该文提出了这种发布方式下一种新的通信参数设计方法，预警信息的传输次数和指挥机的通播ID数是基于北斗卫星的预警信息发布方式中需要确定的两个重要通信参数。定量分析表明：随着传输成功率阈值或预警信息分包数减小，预警信息的最优传输次数呈阶梯状减少；随着发布时效增加，指挥机的最优通播ID数近似线性减少；随着传输成功率阈值或预警信息分包数减小，指挥机的最优通播ID数呈阶梯状减少。该文提出的通信参数设计方法可在相关基于北斗卫星的预警信息发布系统设计时作为指标推算的参考依据。
基于北斗卫星的预警信息发布是利用北斗卫星导航系统的短报文功能进行预警信息的发布，可有效提高预警信息发布的覆盖范围和时效性。该文提出了这种发布方式下一种新的通信参数设计方法，预警信息的传输次数和指挥机的通播ID数是基于北斗卫星的预警信息发布方式中需要确定的两个重要通信参数。定量分析表明：随着传输成功率阈值或预警信息分包数减小，预警信息的最优传输次数呈阶梯状减少；随着发布时效增加，指挥机的最优通播ID数近似线性减少；随着传输成功率阈值或预警信息分包数减小，指挥机的最优通播ID数呈阶梯状减少。该文提出的通信参数设计方法可在相关基于北斗卫星的预警信息发布系统设计时作为指标推算的参考依据。
浏览排行
下载排行
引用排行
