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中国气象局2015年 第26卷 第4期
摘要
PDF 697KB
2015, 26(4): 385-396.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150401
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摘要:
对诊断物理量的准确认识可以帮助提高短时强降水的预报准确率，并帮助理解产生短时强降水的可能机制。考虑我国降水观测网的布设特点，结合NCEP最终分析资料的物理量场，以大气水汽总量和最优抬升指数为例，通过点对面检验分析了多个用于表征短时强降水环境特征的诊断物理量的敏感性。结果表明：常规的点对点检验是点对面检验的特殊情况。大气水汽总量和最优抬升指数对短时强降水的指示均存在最佳阈值，且140 km范围内的大气状况才对某点3 h内能否出现短时强降水有直接影响。对于水平分辨率为1°×1°的NCEP资料，建议点对面检验的搜索半径和记录数阈值分别为140 km和2个记录。对多个诊断物理量对比分析显示，短时强降水对水汽相关量最为敏感，其次是表征热力条件的物理量，而表征动力条件和垂直风切变的量的指示意义不够显著。
对诊断物理量的准确认识可以帮助提高短时强降水的预报准确率，并帮助理解产生短时强降水的可能机制。考虑我国降水观测网的布设特点，结合NCEP最终分析资料的物理量场，以大气水汽总量和最优抬升指数为例，通过点对面检验分析了多个用于表征短时强降水环境特征的诊断物理量的敏感性。结果表明：常规的点对点检验是点对面检验的特殊情况。大气水汽总量和最优抬升指数对短时强降水的指示均存在最佳阈值，且140 km范围内的大气状况才对某点3 h内能否出现短时强降水有直接影响。对于水平分辨率为1°×1°的NCEP资料，建议点对面检验的搜索半径和记录数阈值分别为140 km和2个记录。对多个诊断物理量对比分析显示，短时强降水对水汽相关量最为敏感，其次是表征热力条件的物理量，而表征动力条件和垂直风切变的量的指示意义不够显著。
2015, 26(4): 397-408.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150402
摘要:
利用1979—1998年NCEP/DOE逐日再分析资料和国家气象信息中心的常规观测站资料，研究了1997/1998年冬季、1998年夏季青藏高原 (简称高原) 季风的低频振荡特征，研究夏季高原和周边区域高低层大气低频环流系统的配置及其与我国降水的联系。结果表明：1997/1998年冬季和1998年夏季，高原季风不仅表现出很强的30~60 d的周期振荡特征，还伴随有较强的准双周低频振荡；相应区域对流层上层200 hPa上的环流系统则是30~60 d为主的周期变化。1998年夏季，高原地面气压也存在两个频带的低频振荡变化，且其强度存在明显的经向变化，即自南向北30~60 d低频振荡信号有逐渐减弱趋势，准双周信号则呈增强趋势。对30~60 d的低频信号而言，高原夏季风低频信号较强 (弱) 时，高原地面表现为低频低 (高) 压环流系统，在同纬度带的我国东部地区和西太平洋沿岸，是较强的低频北 (南) 风和低 (高) 压环流系统；相应地，在80°~90°E之间，自孟加拉湾到我国西北中部地区，是低频反气旋-气旋-反气旋的经向低频波列；受低频环流系统影响，高原东部、长江中下游地区降水偏多 (少)、川西高原、云南西南部降水偏少 (多)。
利用1979—1998年NCEP/DOE逐日再分析资料和国家气象信息中心的常规观测站资料，研究了1997/1998年冬季、1998年夏季青藏高原 (简称高原) 季风的低频振荡特征，研究夏季高原和周边区域高低层大气低频环流系统的配置及其与我国降水的联系。结果表明：1997/1998年冬季和1998年夏季，高原季风不仅表现出很强的30~60 d的周期振荡特征，还伴随有较强的准双周低频振荡；相应区域对流层上层200 hPa上的环流系统则是30~60 d为主的周期变化。1998年夏季，高原地面气压也存在两个频带的低频振荡变化，且其强度存在明显的经向变化，即自南向北30~60 d低频振荡信号有逐渐减弱趋势，准双周信号则呈增强趋势。对30~60 d的低频信号而言，高原夏季风低频信号较强 (弱) 时，高原地面表现为低频低 (高) 压环流系统，在同纬度带的我国东部地区和西太平洋沿岸，是较强的低频北 (南) 风和低 (高) 压环流系统；相应地，在80°~90°E之间，自孟加拉湾到我国西北中部地区，是低频反气旋-气旋-反气旋的经向低频波列；受低频环流系统影响，高原东部、长江中下游地区降水偏多 (少)、川西高原、云南西南部降水偏少 (多)。
2015, 26(4): 409-421.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150403
摘要:
利用1948—2013年美国NOAA/CPC全球0.5°×0.5 °月平均格点化土壤湿度资料、1951—2013年云南地区125个站月降水和1993—2013年22个站月土壤湿度观测资料对云南土壤湿度及其表征的旱涝长期变化进行时空分布及演变特征分析。结果表明：云南地区旱涝变化的空间结构相对简单且具有大尺度特征，长期变化特征明显。由20世纪50年代的滇中部地区偏旱，其余地区偏涝，逐步发展为相反；20世纪90年代开始滇中部地区偏涝，其余地区偏旱，且旱情日趋加重，范围扩展，2010年、2012年和2013年严重干旱蔓延至云南全省。研究揭示，云南冬半年旱涝与前期海温异常密切相关，冬半年云南地区旱涝不同的EOF模态时间变化对应着不同的前期海温异常变化分布。云南全省旱涝一致的第1模态对应前期孟加拉湾、阿拉伯海、西太平洋以及大西洋的海温异常正相关。云南西北—东南旱涝反向的第2模态对应前期孟加拉湾、南海、西太平洋及东太平洋ENSO区海温异常负相关。
利用1948—2013年美国NOAA/CPC全球0.5°×0.5 °月平均格点化土壤湿度资料、1951—2013年云南地区125个站月降水和1993—2013年22个站月土壤湿度观测资料对云南土壤湿度及其表征的旱涝长期变化进行时空分布及演变特征分析。结果表明：云南地区旱涝变化的空间结构相对简单且具有大尺度特征，长期变化特征明显。由20世纪50年代的滇中部地区偏旱，其余地区偏涝，逐步发展为相反；20世纪90年代开始滇中部地区偏涝，其余地区偏旱，且旱情日趋加重，范围扩展，2010年、2012年和2013年严重干旱蔓延至云南全省。研究揭示，云南冬半年旱涝与前期海温异常密切相关，冬半年云南地区旱涝不同的EOF模态时间变化对应着不同的前期海温异常变化分布。云南全省旱涝一致的第1模态对应前期孟加拉湾、阿拉伯海、西太平洋以及大西洋的海温异常正相关。云南西北—东南旱涝反向的第2模态对应前期孟加拉湾、南海、西太平洋及东太平洋ENSO区海温异常负相关。
2015, 26(4): 422-431.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150404
摘要:
利用1950—2013年NCEP/NCAR再分析资料和哈德莱中心的海表面温度资料，统计分析了冬季北极涛动 (AO) 对东亚表面温度的影响。研究发现：冬季AO正位相时，东亚大槽减弱，西伯利亚高压减弱，低层风场异常偏南，东亚冬季风减弱，东亚冬季风区温度升高，而负位相时情况相反。冬季高纬度大气变率大，冬季逐月AO与东亚冬季温度的关系表明1月、2月AO分别与东亚表面温度的相关关系皆可持续2个月以上；AO正位相时，西太平洋海温和东亚表面温度均有所升高，由于海洋运动和变化具有缓慢性和持续性，西太平洋海温可以承载长达4个月的AO信号，西太平洋海温可持续影响东亚地区温度，导致AO持续影响东亚表面温度。
利用1950—2013年NCEP/NCAR再分析资料和哈德莱中心的海表面温度资料，统计分析了冬季北极涛动 (AO) 对东亚表面温度的影响。研究发现：冬季AO正位相时，东亚大槽减弱，西伯利亚高压减弱，低层风场异常偏南，东亚冬季风减弱，东亚冬季风区温度升高，而负位相时情况相反。冬季高纬度大气变率大，冬季逐月AO与东亚冬季温度的关系表明1月、2月AO分别与东亚表面温度的相关关系皆可持续2个月以上；AO正位相时，西太平洋海温和东亚表面温度均有所升高，由于海洋运动和变化具有缓慢性和持续性，西太平洋海温可以承载长达4个月的AO信号，西太平洋海温可持续影响东亚地区温度，导致AO持续影响东亚表面温度。
2015, 26(4): 432-441.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150405
摘要:
为了评估海南省冬种瓜菜苗期生长阶段容易遭受的湿涝灾害，基于1998—2011年海南省18个气象站气象资料、各市县西瓜、豇豆、辣椒、丝瓜4种冬种瓜菜产量及苗期湿涝灾情资料，以降水量、降水日数等因子建立主成分分析综合指标，通过灾情反演构建苗期湿涝致灾等级指标，结合孕灾、灾损和防灾能力进行瓜菜苗期湿涝灾害综合风险分析与区划。结果表明：瓜菜苗期湿涝危险性从西南至东北增加，轻度与重度湿涝风险概率分布趋势相反，苗期湿涝孕灾敏感性从中西部山区向沿海和平原地区增加，瓜菜苗期湿涝灾损风险和防灾能力分布存在差异，且不同瓜菜差异明显；4种瓜菜苗期湿涝综合风险总体分布趋势一致，从西南至东北地区风险等级加重，降水、地势、土地等因素综合导致东部和北部部分地区苗期湿涝的风险高。
为了评估海南省冬种瓜菜苗期生长阶段容易遭受的湿涝灾害，基于1998—2011年海南省18个气象站气象资料、各市县西瓜、豇豆、辣椒、丝瓜4种冬种瓜菜产量及苗期湿涝灾情资料，以降水量、降水日数等因子建立主成分分析综合指标，通过灾情反演构建苗期湿涝致灾等级指标，结合孕灾、灾损和防灾能力进行瓜菜苗期湿涝灾害综合风险分析与区划。结果表明：瓜菜苗期湿涝危险性从西南至东北增加，轻度与重度湿涝风险概率分布趋势相反，苗期湿涝孕灾敏感性从中西部山区向沿海和平原地区增加，瓜菜苗期湿涝灾损风险和防灾能力分布存在差异，且不同瓜菜差异明显；4种瓜菜苗期湿涝综合风险总体分布趋势一致，从西南至东北地区风险等级加重，降水、地势、土地等因素综合导致东部和北部部分地区苗期湿涝的风险高。
2015, 26(4): 442-450.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150406
摘要:
为解决月球对风云三号卫星微波湿度计在轨实时辐射定标的影响问题，该文根据风云三号卫星微波湿度计在轨实时观测数据分析，通过多项式拟合分析技术，建立修正模型，消除月球影响，得到合理的辐射定标结果。风云三号卫星微波湿度计在轨实测数据分析表明：月球对风云三号卫星微波湿度计在轨辐射定标结果影响最严重时一天内可干扰4~5条轨道，每条轨道有近100个扫描周期受到污染。月球影响致使冷空定标观测数据跳升1000个计数值，如果不进行污染滤除会造成对地观测亮温下降约20 K，导致辐射资料无法同化进入数值天气预报模式。通过与同类载荷的交叉比对分析，修正月球影响后，风云三号卫星微波湿度计在轨实时辐射定标结果精度与在轨测试结果相当。
为解决月球对风云三号卫星微波湿度计在轨实时辐射定标的影响问题，该文根据风云三号卫星微波湿度计在轨实时观测数据分析，通过多项式拟合分析技术，建立修正模型，消除月球影响，得到合理的辐射定标结果。风云三号卫星微波湿度计在轨实测数据分析表明：月球对风云三号卫星微波湿度计在轨辐射定标结果影响最严重时一天内可干扰4~5条轨道，每条轨道有近100个扫描周期受到污染。月球影响致使冷空定标观测数据跳升1000个计数值，如果不进行污染滤除会造成对地观测亮温下降约20 K，导致辐射资料无法同化进入数值天气预报模式。通过与同类载荷的交叉比对分析，修正月球影响后，风云三号卫星微波湿度计在轨实时辐射定标结果精度与在轨测试结果相当。
2015, 26(4): 451-459.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150407
摘要:
综合分析人工触发闪电通道底部的电流数据和电场变化数据，获得对M分量的新认识。M分量的幅值、上升时间、半峰值宽度、转移电荷量的几何平均值分别为301 A，341 μs，662 μs，0.207 C。但发现有两种类型的M分量，其统计特征和分布特征均体现了较大差别。第1类M分量幅度较小，半峰值宽度较大，上升时间较长；第2类M分量则幅度较大，半峰值宽度较小，上升时间较短，两类M分量和回击的时间间隔有较大差异。采用双波放电模型，通过设定不同入射电流波速度和反射电流波速度，对两类M分量进行从电流到电场的反演。结果表明：当模拟电场和测量电场比较一致时，第1类M分量的入射速度和反射速度的比值大于第2类M分量，即两类M分量的放电机制具有一定差异。
综合分析人工触发闪电通道底部的电流数据和电场变化数据，获得对M分量的新认识。M分量的幅值、上升时间、半峰值宽度、转移电荷量的几何平均值分别为301 A，341 μs，662 μs，0.207 C。但发现有两种类型的M分量，其统计特征和分布特征均体现了较大差别。第1类M分量幅度较小，半峰值宽度较大，上升时间较长；第2类M分量则幅度较大，半峰值宽度较小，上升时间较短，两类M分量和回击的时间间隔有较大差异。采用双波放电模型，通过设定不同入射电流波速度和反射电流波速度，对两类M分量进行从电流到电场的反演。结果表明：当模拟电场和测量电场比较一致时，第1类M分量的入射速度和反射速度的比值大于第2类M分量，即两类M分量的放电机制具有一定差异。
2015, 26(4): 460-471.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150408
摘要:
选取上海市世博园区站、金山站和嘉定F1赛车场站3个风廓线雷达站2012年3月7日凌晨一次降水过程生成的错误水平风场数据，通过对比该时段高、低模式扫描实时径向功率谱数据，指出在降水初期风廓线雷达软件质量控制出现错误的原因，并重新识别错误时段的功率谱，反演水平风场数据。分析表明：在降水初期由于风廓线雷达各波束探测的数据在空间上不一致，易导致雷达软件采用的质量控制算法并不能全部识别和消除降水对数据的干扰，从而出现偏差。基于风廓线雷达高时空分辨率径向功率谱数据的分析处理方法可有效验证雷达软件质量控制算法，且经过该方法反演后的水平风场更为合理。
选取上海市世博园区站、金山站和嘉定F1赛车场站3个风廓线雷达站2012年3月7日凌晨一次降水过程生成的错误水平风场数据，通过对比该时段高、低模式扫描实时径向功率谱数据，指出在降水初期风廓线雷达软件质量控制出现错误的原因，并重新识别错误时段的功率谱，反演水平风场数据。分析表明：在降水初期由于风廓线雷达各波束探测的数据在空间上不一致，易导致雷达软件采用的质量控制算法并不能全部识别和消除降水对数据的干扰，从而出现偏差。基于风廓线雷达高时空分辨率径向功率谱数据的分析处理方法可有效验证雷达软件质量控制算法，且经过该方法反演后的水平风场更为合理。
2015, 26(4): 472-481.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150409
摘要:
风廓线雷达探测过程中电磁波传输会受到各类杂波的干扰，其中，地物是主要来源。从功率谱数据上看，地物杂波主要集中在零频附近，且幅度较高，不加以抑制会影响气象回波的识别。针对目前常用的小波阈值滤波法在处理近零频回波被杂波覆盖时效果不佳的情况，该文结合风廓线雷达特点，提出一种根据小波分解高频系数自适应确定阈值的方法，并通过模拟数据与风廓线雷达实测数据进行检验，结果表明：即便信号靠近零频，且被杂波覆盖，该方法也能快速准确识别信号回波。同时，该算法原理简单、计算量小、易于实现，在实际应用中能够增加谱峰识别准确率，可为改善风廓线雷达产品质量提供参考。
风廓线雷达探测过程中电磁波传输会受到各类杂波的干扰，其中，地物是主要来源。从功率谱数据上看，地物杂波主要集中在零频附近，且幅度较高，不加以抑制会影响气象回波的识别。针对目前常用的小波阈值滤波法在处理近零频回波被杂波覆盖时效果不佳的情况，该文结合风廓线雷达特点，提出一种根据小波分解高频系数自适应确定阈值的方法，并通过模拟数据与风廓线雷达实测数据进行检验，结果表明：即便信号靠近零频，且被杂波覆盖，该方法也能快速准确识别信号回波。同时，该算法原理简单、计算量小、易于实现，在实际应用中能够增加谱峰识别准确率，可为改善风廓线雷达产品质量提供参考。
2015, 26(4): 482-491.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150410
摘要:
基于西藏当雄2009年9月—2011年8月地基紫外线指数 (UVI) 观测，结合TUV辐射传输模式分析, 该文检验太阳天顶角、云、臭氧、积雪和气溶胶对UVI的影响。结果显示，影响地面UVI主要因素是太阳天顶角和云。晴天地面UVI可简单用太阳天顶角拟合函数表征；地面UVI的云调制因子总体上随云量增加呈下降趋势，但间隙性、未遮蔽日面的云可增强太阳散射辐射，使云调制因子值平均增加约3%~6%，个别情形达40%。臭氧低谷使当雄UVI比同纬度平原地区增加约12%；冬季短期、浅层积雪使UVI增加16%或更低，也低于模式模拟值 (23%)；气溶胶 (光学厚度为0.02~0.1) 对UVI衰减低于3%。因臭氧低谷导致青藏高原臭氧南北分布的差异，相同太阳天顶角下拉萨 (海拔为3650 m) UVI较瓦里关 (海拔为3810 m) 偏高7%~10%。与卫星产品比较表明：OMI卫星UVI产品在当雄、沱沱河、瓦里关和拉萨较地基测值总体偏高65%以上，而晴天则平均分别偏高8.6%，13%，9%和50%。云、地基与卫星像元地理位置差异应是卫星UVI产品偏高的原因。当雄地基UVI测值大于14时，卫星UVI产品反而低3%应与间隙性云有效增强了地面辐射有关。
基于西藏当雄2009年9月—2011年8月地基紫外线指数 (UVI) 观测，结合TUV辐射传输模式分析, 该文检验太阳天顶角、云、臭氧、积雪和气溶胶对UVI的影响。结果显示，影响地面UVI主要因素是太阳天顶角和云。晴天地面UVI可简单用太阳天顶角拟合函数表征；地面UVI的云调制因子总体上随云量增加呈下降趋势，但间隙性、未遮蔽日面的云可增强太阳散射辐射，使云调制因子值平均增加约3%~6%，个别情形达40%。臭氧低谷使当雄UVI比同纬度平原地区增加约12%；冬季短期、浅层积雪使UVI增加16%或更低，也低于模式模拟值 (23%)；气溶胶 (光学厚度为0.02~0.1) 对UVI衰减低于3%。因臭氧低谷导致青藏高原臭氧南北分布的差异，相同太阳天顶角下拉萨 (海拔为3650 m) UVI较瓦里关 (海拔为3810 m) 偏高7%~10%。与卫星产品比较表明：OMI卫星UVI产品在当雄、沱沱河、瓦里关和拉萨较地基测值总体偏高65%以上，而晴天则平均分别偏高8.6%，13%，9%和50%。云、地基与卫星像元地理位置差异应是卫星UVI产品偏高的原因。当雄地基UVI测值大于14时，卫星UVI产品反而低3%应与间隙性云有效增强了地面辐射有关。
2015, 26(4): 492-499.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150411
摘要:
从电力气象服务需求出发，利用2001—2010年5—9月河北省南电网逐日电力日峰负荷、日谷负荷与对应时间的气象资料，探讨晴热天气和闷热天气对电力日峰负荷、日谷负荷的影响特征。分析发现持续3 d以上的闷热天气相对晴热天气使电力日峰负荷、日谷负荷增长更显著；日最高气温32℃是引起河北省南电网日峰负荷增长的初始气温敏感点，35℃为强气温敏感点，38℃为极强气温敏感点，日最低气温25℃为引起日谷负荷增加的敏感气温临界点；建立了引入积温热累积效应的日峰负荷、日谷负荷多元回归气象预测模型，经2011—2013年应用检验，日峰负荷、日谷负荷预测平均相对误差分别为4.8%和3.5%，提高了预测准确率，对电力调度具有参考价值。
从电力气象服务需求出发，利用2001—2010年5—9月河北省南电网逐日电力日峰负荷、日谷负荷与对应时间的气象资料，探讨晴热天气和闷热天气对电力日峰负荷、日谷负荷的影响特征。分析发现持续3 d以上的闷热天气相对晴热天气使电力日峰负荷、日谷负荷增长更显著；日最高气温32℃是引起河北省南电网日峰负荷增长的初始气温敏感点，35℃为强气温敏感点，38℃为极强气温敏感点，日最低气温25℃为引起日谷负荷增加的敏感气温临界点；建立了引入积温热累积效应的日峰负荷、日谷负荷多元回归气象预测模型，经2011—2013年应用检验，日峰负荷、日谷负荷预测平均相对误差分别为4.8%和3.5%，提高了预测准确率，对电力调度具有参考价值。
2015, 26(4): 500-512.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150412
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。
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。
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