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2016年  第27卷  第1期

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2016年第1期封面及目次
2016, 27(1)
摘要:
2016年第1期封面及目次
GRAPES全球三维变分同化系统的检验与诊断
刘艳, 薛纪善, 张林, 陆慧娟
2016, 27(1): 1-15, DOI: 10.11898/1001-7313.20160101
摘要:
中国气象局数值预报中心新近升级的GRAPES全球三维变分同化系统的大气基本状态变量在物理属性与定义的网格和坐标上与预报模式保持一致,是一个完全针对GRAPES预报模式的同化系统。该系统不仅有利于减小分析误差,也是构建GRAPES四维变分同化系统的基本环节之一。该文通过与观测资料的对比、与国际其他业务中心分析场的对比,以及中期数值预报的检验,对新的GRAPES全球三维变分同化系统性能进行较全面讨论,并通过对这一系统的检验,探索资料同化系统性能的检验方法,尤其是观测资料同化效果的定量评价方法。诊断结果表明:在宏观特征上,GRAPES变分同化系统的分析场与欧洲中期数值预报中心和美国国家环境预测中心的分析场十分相似, 但细节上仍有差别。这些差别主要源自GRAPES同化系统中探空、地面报、掩星以及飞机报观测的贡献偏大,而卫星垂直探测仪观测资料的作用尚未充分发挥。从探测单要素来讲,风及湿度观测的作用发挥不够。此外,青藏高原周围地区、模式高层及赤道地区分析场偏差较大,它们与模式地形及高层的处理等有关系,这些问题有待进一步改进。
闪电起始过程时空特征的宽带干涉仪三维观测
刘恒毅, 董万胜, 徐良韬, 张义军
2016, 27(1): 16-24, DOI: 10.11898/1001-7313.20160102
摘要:
闪电的起始位置和起始阶段发展速度是闪电研究中的重要问题。2010年夏季,使用架设在广州市从化区的两套甚高频 (VHF) 宽带干涉仪对闪电的起始阶段放电过程进行三维定位观测。对观测数据给出的地闪和云闪的起始高度分布特征以及起始阶段击穿过程的时空发展特征进行统计和对比分析,结果表明:闪电的起始高度分布呈双峰值特征,分别在5.0 km和8.8 km有两个明显的分布峰值,符合雷暴云三极性总体电荷结构的描述。对起始阶段闪电放电发展速度的计算表明,云闪和地闪在起始阶段的前15 ms内的平均发展速度均在104~105 m·s-1量级之间;多数云闪、地闪起始阶段前15 ms内的平均发展速度表现出减速趋势,但云闪个例中起始阶段前10 ms存在减速趋势的比例更高,且其中在前15 ms一直保持减速趋势个例所占比例也大于地闪。云闪和地闪的起始阶段放电过程的发展方向有向上、向下和水平发展3种情形,可用于指示闪电始发位置的环境电场方向。
激光雨滴谱仪测速误差对雨滴谱分布的影响
李淘, 阮征, 葛润生, 金龙
2016, 27(1): 25-34, DOI: 10.11898/1001-7313.20160103
摘要:
该文研究PARSIVEL激光雨滴谱仪的测量误差并提出订正方法。对2014年在广东阳江的PARSIVEL激光雨滴谱仪采集的两次降水过程数据进行分析发现,雨滴下落速度V随粒径D变化与静止大气中雨滴下落末速度随粒径变化的Atlas-Ulbrich曲线分布趋势一致,但D < 1 mm及D > 3 mm的速度偏差较大。其主要原因是大粒径雨滴形变造成速度偏离较大,仪器测量误差造成小粒径测速偏大,激光雨滴谱仪所在高度的大气垂直运动影响雨滴下落速度。根据PARSIVEL激光雨滴谱仪测量原理,基于雨滴形变与粒径关系,给出形变订正后的Atlas-Ulbrich修正曲线,并用于对小粒径测速订正。比较订正前后的雨滴谱分布,订正后的小雨滴浓度明显增加,大雨滴浓度略有减小,订正后浓度参数和斜率参数均增加,形状参数变化不明显。
“13·12”西安重污染气象条件及影响因素
张雅斌, 林琳, 吴其重, 王雯燕, 樊超, 赵荣, 刘波, 姚东升
2016, 27(1): 35-46, DOI: 10.11898/1001-7313.20160104
摘要:
使用高分辨监测资料对2013年12月18—25日西安严重污染天气气象条件及影响因素进行分析。结果表明:严重污染期间,亚洲大陆中高纬度500 hPa呈一槽一脊经向环流型,陕西处于地面冷高压南部均压场控制下。空气质量转好时,高空锋区明显增强,地面冷锋快速东移、南压,边界层高度增大,近地层集聚污染物显著抬升。严重污染与非污染时段气象条件差异明显。除接地逆温外,近地层不同高度存在悬浮逆温,相对湿度呈湿-干-湿垂直分布,温湿条件有利于污染加强。严重污染属于以湿霾为主的重度霾天气,日平均能见度小于1.5 km,边界层高度小于0.7 km,郊区湿霾每日持续时间平均比市区长约5 h。严重污染期间,细颗粒物浓度远高于粗颗粒物,随时间增加趋势明显。颗粒物平均浓度在午后出现峰值,可能与边界层高度偏低、关中盆地地形因素密切相关,本地地面风场日变化对污染有加重效应。
5—6月东北冷涡持续活动及强度特征
刘刚, 王宁, 秦玉琳, 曹玲, 褚曲成, 姚瑶
2016, 27(1): 47-55, DOI: 10.11898/1001-7313.20160105
摘要:
利用1960—2012年5—6月NCEP/NCAR逐日再分析资料,基于冷涡经典定义,采取客观识别方法检索东北冷涡活动过程,根据东北冷涡活动时空变化特征给出东北冷涡持续活动过程标准, 通过冷涡强度指数进行定量化分析,该指数对冷涡持续活动过程具有较好表征意义。冷涡活动强对应5月乌拉尔山阻塞高压、贝加尔湖阻塞高压和6月鄂霍次克海阻塞高压活动频繁。通过强弱指数年合成,得到6月强指数年冷涡系统较深厚,集中于对流层中高层,冷心结构明显,具有一定大气斜压特征; 高层存在冷中心,低层有冷空气活动,中高层西风带呈明显的上游分流和下游汇合特征,分汇流之间呈东北高、西南低的偶极子阻塞形势;弱指数年冷涡系统较浅薄,主要集中在对流层中低层,冷心结构不明显,不存在阻塞形势。
内蒙古典型暴雨过程的中尺度雨团观测分析
常煜
2016, 27(1): 56-66, DOI: 10.11898/1001-7313.20160106
摘要:
利用FY-2E逐时云顶黑体亮温资料 (TBB)、闪电定位资料、自动气象站资料和逐时降水资料,对2009—2013年6—8月内蒙古7例暴雨天气过程的中尺度雨团特征进行分析。结果表明:内蒙古暴雨的降水强度在1~3 h即可达到暴雨或大暴雨量级,中尺度雨团活动是内蒙古暴雨过程形成原因,而80%雨团活动是中尺度对流系统 (MCS) 造成的。MCS内TBB不超过-52℃冷云区和地闪密度大值中心对雨团强度和发展具有重要的指示作用,冷锋云系中MCS造成的雨团多原地生成和消亡,TBB不超过-52℃冷云区面积小,维持时间为2~8 h,地闪密度增长缓慢而且发生频次低;冷涡云系中雨团跳跃式出现在MCS冷云区或冷空气流入一侧,出现TBB不超过-62℃冷云区,雨团出现频次高,持续出现时间可长达24 h,地闪密度增长迅速且发生频次高。7次暴雨过程中约有60%雨团伴有地闪活动,地闪密度达到最大值时刻预示未来1~3 h最强雨团出现和MCS发展到成熟。地面加密风场中尺度辐合线先于MCS和雨团出现,中尺度辐合线造成的局地辐合可作为MCS发展的启动机制。
淮河流域夏季降水异常与若干气候因子的关系
王月, 张强, 顾西辉, 孔冬冬
2016, 27(1): 67-74, DOI: 10.11898/1001-7313.20160107
摘要:
基于旋转经验正交函数分解 (REOF) 方法探讨淮河流域1961—2010年夏季降水与厄尔尼诺/南方涛动 (ENSO)、北大西洋涛动 (NAO)、印度洋偶极子 (IOD)、太平洋年代际振荡 (PDO) 之间的关系,并进一步分析各气候因子不同位相单独以及联合对淮河流域夏季降水的影响。结果表明:淮河流域夏季降水与ENSO,PDO,NAO,IOD等气候因子具有较稳定的相关性,其中,PDO和IOD是影响淮河流域夏季降水的关键因子,且PDO与夏季降水呈显著负相关关系;各气候因子的冷暖位相单独及联合对淮河流域夏季降水的影响不同,PDO的冷期以及NAO,IOD冷位相使流域北部的夏季降水量呈显著增加趋势,PDO分别联合ENSO,NAO和IOD的冷、暖位相对流域北部地区和淮河上游地区的夏季降水影响显著。
大气低频变化对福建前汛期典型持续性暴雨影响
陈彩珠, 高建芸, 黄丽娜, 游立军, 林昕, 陈琳
2016, 27(1): 75-84, DOI: 10.11898/1001-7313.20160108
摘要:
在分析福建前汛期典型持续性暴雨过程大气低频变化特征基础上,建立了福建前汛期典型持续性暴雨大气低频扰动物理概念模型:典型持续性暴雨发生期间,对流层高层朝鲜半岛至渤海湾为低频低压,青藏高原西侧为弱高压,副热带西风急流核位于长江口至东海上空,福建上空为低频辐散区;对流层中层高度场低频分量中高纬度地区若出现贝加尔湖阻塞高压加强型、乌拉尔山及鄂霍次克海双阻塞高压加强型、鄂霍次克海阻塞高压加强型和乌拉尔山阻塞高压加强型4种低频扰动之一,福建上空为低频低值区;对流层低层低频流场福建上空为低频气旋控制,气旋中心位于江南或南海上空,如此高低空低频系统配置将引起异常的低频垂直经向环流,从而导致典型持续性暴雨的形成。
近50年秦岭南北不均匀增温及对城市化响应
王钊, 罗慧, 李亚丽, 李红梅
2016, 27(1): 85-94, DOI: 10.11898/1001-7313.20160109
摘要:
根据1961—2012年陕西省均一化气温数据分析了秦岭南北两侧平均气温、最高气温、最低气温的年、季节变化特征,结果表明:秦岭南北两侧年平均气温、最高气温和最低气温均呈增加趋势,增加幅度南北分布不均,北麓温度增幅较南麓显著;气温季节变化存在一定差异,平均气温在春季和冬季增温显著,最高气温在春季增温显著,最低气温在冬季增温显著,秦岭南北两侧春季、秋季气温日较差变大,冬季和夏季气温日较差变小。为了进一步明确气温变化的原因,结合DMSP (defense mete-orological satellite program)/OLS (operational lines-can system) 数据将秦岭南北两侧分为5个区域,分别计算每个区域内城市化对气温变化的影响以及城市化影响的贡献率表明:秦岭北麓城市化过程较秦岭南麓快,城市化发展的差异,导致了城市化对秦岭南北两侧温度影响的不均匀性,秦岭北麓气温变化受城市化影响程度明显高于秦岭南麓,影响主要以平均气温和最低气温为主,城市化发展的差异加剧了秦岭南北两侧气温变化的非均匀性。
广西甘蔗秋旱灾害风险评估技术初步研究
李莉, 匡昭敏, 莫建飞, 刘芳, 黄肖寒
2016, 27(1): 95-101, DOI: 10.11898/1001-7313.20160110
摘要:
为增强对广西甘蔗秋旱灾害的风险评估和应急管理能力,利用气象、植被、基础地理信息和社会经济数据,根据风险三角形理念,从广西甘蔗秋旱灾害的危险度、受灾可能性和承灾体脆弱度3个方面,选择因子构建甘蔗秋旱灾害风险评估的指标体系,采用层次分析法构造判断矩阵以确定各指标和因子的权重,构建评估模型,并计算广西甘蔗秋旱灾害风险指数,再基于GIS绘制广西甘蔗秋旱灾害风险区划,结果显示:高风险区和较高风险区主要分布在来宾和崇左等市的局部地区,低风险区主要分布在桂东南地区。利用灾情数据进行验证表明:广西甘蔗秋旱灾害风险分布与甘蔗灾情损失空间分布情况基本一致。
FY-2E资料空间响应订正及对强对流监测改进
王新, 郭强, 陈怡羽
2016, 27(1): 102-111, DOI: 10.11898/1001-7313.20160111
摘要:
建立空间响应匹配滤波 (spatial-response matched filter, SRMF) 方法,针对强对流低温研究目标,开展我国风云二号E星 (FY-2E) 红外亮温订正计算,并选取2013—2014年典型对流天气进行统计分析,从对流的空间分布、发展过程、云团结构等多角度进行方法性能评估。结果表明:对于对流云团结构,SRMF方法可改进FY-2E卫星红外波段对对流云团识别的准确度,减小高温背景对低温对流云团的邻近像元效应,增加了FY-2E卫星对中尺度对流内部小尺度精细化结构的揭示能力;对于对流空间分布,SRMF方法降低了对流判识空间分布统计误差,减少极短时间、极小范围强对流天气的漏判;对于对流识别时间响应,SRMF方法能够正确且提前显现出云团由弱对流向强对流的发展潜势,提高FY-2E卫星探测仪器对强对流天气的临近预警能力。
基于模糊评价的福建沿海水质卫星遥感监测模型
张春桂, 曾银东, 马治国
2016, 27(1): 112-122, DOI: 10.11898/1001-7313.20160112
摘要:
卫星遥感技术对于开展连续、实时、大尺度的海洋水质状况监测具有明显优势。该文充分利用卫星遥感的标准算法模型和半分析算法模型分别反演得到叶绿素a、颗粒状有机碳、黄色物质和透明度等海洋生态参数,并选取与福建沿海海水受污染程度密切相关的溶解氧、化学耗氧量、无机氮和活性磷酸盐作为海洋水质的评价因子,通过建立海洋生态参数与海洋水质评价因子两者之间的统计关系模型,在海洋水质综合评价中引入模糊综合评价法,最终建立一套基于卫星遥感和模糊评价的海洋水质监测模型,并利用2009—2013年福建沿海同步获取的海洋水质现场实测数据对模型的反演精度进行验证。结果表明:使用该监测模型开展对福建沿海海洋水质卫星遥感监测是可行的,监测准确率为81%,具有较好的业务化应用前景,由于模型对于Ⅳ类海洋水质监测的准确率明显高于Ⅱ类和Ⅲ类海洋水质,因此,比较适合于福建近岸海域的海洋水质监测。
FY-3微波成像仪10.6 GHz通道超分辨率图像重建
陈博洋, 谷松岩, 陈凡胜
2016, 27(1): 123-128, DOI: 10.11898/1001-7313.20160113
摘要:
为改善风云三号 (FY-3) 微波成像仪10.6 GHz通道空间分辨率,提出利用超分辨率图像重建算法进行图像重建。分析并指出FY-3微波成像仪10.6 GHz通道具有过采样特征,具备重建得到高于瞬时视场图像的潜力;基于超分辨率图像重建理论,根据FY-3气象卫星轨道、姿态,微波成像仪性能参数以及工作模式等物理约束,建立微波成像仪的超分辨率成像模型,并推导计算出超分辨率成像模型参数;采用POCS算法重建得到10.6 GHz通道的超分辨率图像,采用目视比较分析、图像统计分析对重建图像进行质量评价:重建图像像元平均梯度提高26.5%,功率谱分量和提高5.7%,重建图像具有更高的空间分辨率;台风亮温分析应用显示了从重建图像可发现更微小的景物细节目标。采用超分辨率图像重建算法对FY-3微波成像仪10.6 GHz通道进行重建处理,结果有效且正确,可为数据用户提供更多可用的遥感数据,对微波遥感数据应用具有提升作用。