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《应用气象学报》投稿模版
中国气象局2016年 第27卷 第2期
摘要
PDF 660KB
2016, 27(2): 129-139.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160201
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摘要:
云数值模拟是研究降雹过程和人工防雹试验的重要手段。利用三维冰雹云AgI催化模式，对北京1996年6月10日的一次降雹过程进行AgI不同催化高度、催化剂量和催化时间的系列催化模拟试验，并优选催化方案，为外场防雹设计和作业提供依据。在催化系列模拟中发现，不同催化高度的催化剂均在上升到-5℃高度后开始核化。在2.1~4.9 km高度范围内催化，AgI成核率比较高，防雹效果较好。核化的人工冰晶有效弥补了该高度上自然冰晶的不足。小剂量催化，可在减雹的同时增加部分降雨量，而大剂量催化，在减雹的同时会减少降雨。在催化时间、剂量和高度的系列催化试验中得出，采用在模拟的第15分钟在5 km高度附近播撒AgI，连续4次以5×106 kg-1的催化剂量进行催化，催化效果较好，可减少降雹量约60%，同时可避免降雨量的大幅减少。
云数值模拟是研究降雹过程和人工防雹试验的重要手段。利用三维冰雹云AgI催化模式，对北京1996年6月10日的一次降雹过程进行AgI不同催化高度、催化剂量和催化时间的系列催化模拟试验，并优选催化方案，为外场防雹设计和作业提供依据。在催化系列模拟中发现，不同催化高度的催化剂均在上升到-5℃高度后开始核化。在2.1~4.9 km高度范围内催化，AgI成核率比较高，防雹效果较好。核化的人工冰晶有效弥补了该高度上自然冰晶的不足。小剂量催化，可在减雹的同时增加部分降雨量，而大剂量催化，在减雹的同时会减少降雨。在催化时间、剂量和高度的系列催化试验中得出，采用在模拟的第15分钟在5 km高度附近播撒AgI，连续4次以5×106 kg-1的催化剂量进行催化，催化效果较好，可减少降雹量约60%，同时可避免降雨量的大幅减少。
2016, 27(2): 140-147.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160202
摘要:
三七炮弹是进行人工增雨和防雹作业所需碘化银催化剂的主要载体之一，炮弹中碘化银催化剂的成核率数据是人工影响天气作业设计和指挥中进行催化剂作业剂量测算的重要参考，因此，对人工影响天气业务中使用的三七炮弹的碘化银成核率进行检测非常重要。2013年11—12月中国气象局人工影响天气中心利用新建的1200 L等温云室和钢板式20 m3专用爆炸室等设备，对目前人工影响天气业务中使用的两个厂家三七炮弹 (样品1、样品2) 的碘化银成核率进行国内首次统一检测。检测结果表明：两厂家炮弹成核率检测结果的拟合值量级均为109~1012/(g·AgI)(检测温度-6℃至-20℃)，样品2成核率明显高于样品1。将本次检测结果与国内历次三七炮弹检测结果相比发现，两样品在负温高温段的成核率值均高于以往检测结果，其中，在具有指示意义的-10℃下的成核率，两样品均比以往检测结果要高2~3个量级。不同检测实验中成核率检测结果存在较大差异的现状说明，采用同一平台开展成核率统一检测十分必要。
三七炮弹是进行人工增雨和防雹作业所需碘化银催化剂的主要载体之一，炮弹中碘化银催化剂的成核率数据是人工影响天气作业设计和指挥中进行催化剂作业剂量测算的重要参考，因此，对人工影响天气业务中使用的三七炮弹的碘化银成核率进行检测非常重要。2013年11—12月中国气象局人工影响天气中心利用新建的1200 L等温云室和钢板式20 m3专用爆炸室等设备，对目前人工影响天气业务中使用的两个厂家三七炮弹 (样品1、样品2) 的碘化银成核率进行国内首次统一检测。检测结果表明：两厂家炮弹成核率检测结果的拟合值量级均为109~1012/(g·AgI)(检测温度-6℃至-20℃)，样品2成核率明显高于样品1。将本次检测结果与国内历次三七炮弹检测结果相比发现，两样品在负温高温段的成核率值均高于以往检测结果，其中，在具有指示意义的-10℃下的成核率，两样品均比以往检测结果要高2~3个量级。不同检测实验中成核率检测结果存在较大差异的现状说明，采用同一平台开展成核率统一检测十分必要。
2016, 27(2): 148-159.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160203
摘要:
风廓线雷达系统误差和探测数据时空代表性影响风的数据质量。针对五波束探测风廓线雷达，提出雷达系统误差检测方法并分析风的空间不均匀分布和时间代表性对风数据质量的影响。在此基础上，通过比较4组三波束计算的两组水平风u，v分量离差进行风的空间均匀性判别，并比较了一致性平均和数学平均两种时间代表性处理算法间的测风精度差异。利用广东风廓线雷达站网2014年3—5月10部雷达数据进行方法应用和评估。结果表明：稳定大气条件下，3种型号雷达 (LC，PB，PA) 的有效数据高度分别达到3，6 km和10 km的雷达系统功能设计需求。经空间均匀性检验与时间一致性平均处理的风数据在降水期间质量优于业务雷达数据，3—5月10部雷达获取的两组u，v分量离差标准差约为1 m·s-1，表明经过空间一致性检验和时间一致性平均处理后的数据质量较好。
风廓线雷达系统误差和探测数据时空代表性影响风的数据质量。针对五波束探测风廓线雷达，提出雷达系统误差检测方法并分析风的空间不均匀分布和时间代表性对风数据质量的影响。在此基础上，通过比较4组三波束计算的两组水平风u，v分量离差进行风的空间均匀性判别，并比较了一致性平均和数学平均两种时间代表性处理算法间的测风精度差异。利用广东风廓线雷达站网2014年3—5月10部雷达数据进行方法应用和评估。结果表明：稳定大气条件下，3种型号雷达 (LC，PB，PA) 的有效数据高度分别达到3，6 km和10 km的雷达系统功能设计需求。经空间均匀性检验与时间一致性平均处理的风数据在降水期间质量优于业务雷达数据，3—5月10部雷达获取的两组u，v分量离差标准差约为1 m·s-1，表明经过空间一致性检验和时间一致性平均处理后的数据质量较好。
2016, 27(2): 160-172.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160204
摘要:
基于北京地区快速更新循环同化预报系统 (BJ-RUC)、WRF-Chem模式和优选的能见度参数化方案，建立了北京区域环境气象数值预报系统。对2014年全年PM2.5浓度、能见度和APEC (Asia-Pacific Economic Cooperation) 期间预报效果检验结果表明:该系统对京津冀及周边地区PM2.5浓度的预报效果较好，大部分站点的相关系数在0.6以上，特别是北京的部分站点可达0.8以上，预报结果相比观测总体偏低，随着预报时效的延长，24 h之后预报效果略有下降。相比人工观测，能见度预报结果与自动观测能见度更加接近，对持续性低能见度过程预报与实况吻合较好，对于小时能见度低于10 km的分级检验显示，预报准确率从77%左右逐级下降，2 km以下在40%左右。2014年APEC期间，系统很好地预报出北京地区空气质量指数、PM2.5浓度和能见度的时空演变特征，为APEC期间环境气象预报服务提供了有力的技术支撑。
基于北京地区快速更新循环同化预报系统 (BJ-RUC)、WRF-Chem模式和优选的能见度参数化方案，建立了北京区域环境气象数值预报系统。对2014年全年PM2.5浓度、能见度和APEC (Asia-Pacific Economic Cooperation) 期间预报效果检验结果表明:该系统对京津冀及周边地区PM2.5浓度的预报效果较好，大部分站点的相关系数在0.6以上，特别是北京的部分站点可达0.8以上，预报结果相比观测总体偏低，随着预报时效的延长，24 h之后预报效果略有下降。相比人工观测，能见度预报结果与自动观测能见度更加接近，对持续性低能见度过程预报与实况吻合较好，对于小时能见度低于10 km的分级检验显示，预报准确率从77%左右逐级下降，2 km以下在40%左右。2014年APEC期间，系统很好地预报出北京地区空气质量指数、PM2.5浓度和能见度的时空演变特征，为APEC期间环境气象预报服务提供了有力的技术支撑。
2016, 27(2): 173-181.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160205
摘要:
该文提出了一种新的雷暴识别、追踪与外推方法。该方法基于地闪数据，利用密度极大值快速搜索聚类算法实现雷暴的识别，采用Kalman滤波算法实现雷暴的追踪与外推。应用该方法处理了2013年的全国地闪定位数据，同时利用多普勒天气雷达等数据对选取的个例进行评估。结果表明：该方法能有效识别雷暴并对其进行实时追踪，且能有效处理雷暴分裂与合并的情况；算法具有较好的0~60 min的临近外推预报能力，各项性能指标整体与TITAN (Thunderstorm Identification, Tracking, Analysis and Nowcasting) 算法接近，在30 min时效有更好的表现。该方法能够实时监测、预报全国雷暴发生发展状况，对于0~60 min临近预报具有一定参考价值。
该文提出了一种新的雷暴识别、追踪与外推方法。该方法基于地闪数据，利用密度极大值快速搜索聚类算法实现雷暴的识别，采用Kalman滤波算法实现雷暴的追踪与外推。应用该方法处理了2013年的全国地闪定位数据，同时利用多普勒天气雷达等数据对选取的个例进行评估。结果表明：该方法能有效识别雷暴并对其进行实时追踪，且能有效处理雷暴分裂与合并的情况；算法具有较好的0~60 min的临近外推预报能力，各项性能指标整体与TITAN (Thunderstorm Identification, Tracking, Analysis and Nowcasting) 算法接近，在30 min时效有更好的表现。该方法能够实时监测、预报全国雷暴发生发展状况，对于0~60 min临近预报具有一定参考价值。
2016, 27(2): 182-190.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160206
摘要:
基于1983—2012年国家气候中心第2代月动力延伸模式 (DERF2.0) 回报资料和春播历史资料，结合NCEP/NCAR再分析资料，选取影响长江中下游地区春播期气候条件的关键环流因子。利用最优子集回归方法建立针对长江中下游地区春播期气候条件的动力模式解释应用预测模型，并对不同起报时次的模式解释应用预测结果进行检验评估。检验结果表明：该解释应用方案对于长江中下游春播期气候条件有较好的预测能力，且随着起报时间的临近，预测技巧整体呈上升趋势。1983—2012年的回报检验还显示，解释应用方案能够较好地模拟出连续不利日数和不利日数的年际变率，同时对年代际变率也有所体现。
基于1983—2012年国家气候中心第2代月动力延伸模式 (DERF2.0) 回报资料和春播历史资料，结合NCEP/NCAR再分析资料，选取影响长江中下游地区春播期气候条件的关键环流因子。利用最优子集回归方法建立针对长江中下游地区春播期气候条件的动力模式解释应用预测模型，并对不同起报时次的模式解释应用预测结果进行检验评估。检验结果表明：该解释应用方案对于长江中下游春播期气候条件有较好的预测能力，且随着起报时间的临近，预测技巧整体呈上升趋势。1983—2012年的回报检验还显示，解释应用方案能够较好地模拟出连续不利日数和不利日数的年际变率，同时对年代际变率也有所体现。
2016, 27(2): 191-200.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160207
摘要:
在新型统计检验聚类分析 (CAST) 方法对山东省冬小麦种植区进行合理分区的基础上，利用基于作物产量历史丰歉气象影响指数、关键气象因子影响指数、气候适宜度指数、WOFOST (world food study) 作物生长模型分别建立各区域冬小麦产量动态预报方法，利用这4种方法分别对2004—2011年山东省冬小麦产量进行动态预报，在分析历史预报结果平均准确率的基础上，剔除预报准确率低于90.0%的预报方法，确定每种方法的权重系数，采用加权方法建立山东省冬小麦产量动态集成预报方法。结果表明：4种单一产量预报方法在各区域各时段的预报准确率很不稳定，波动范围较大。而集成预报方法对山东省各区域冬小麦产量动态预报准确率相对于4种单一预报方法均有所提高，预报准确率普遍在95.0%以上，且其预报结果稳定性较好，变化比较平稳, 集成预报方法更适合在业务上应用。
在新型统计检验聚类分析 (CAST) 方法对山东省冬小麦种植区进行合理分区的基础上，利用基于作物产量历史丰歉气象影响指数、关键气象因子影响指数、气候适宜度指数、WOFOST (world food study) 作物生长模型分别建立各区域冬小麦产量动态预报方法，利用这4种方法分别对2004—2011年山东省冬小麦产量进行动态预报，在分析历史预报结果平均准确率的基础上，剔除预报准确率低于90.0%的预报方法，确定每种方法的权重系数，采用加权方法建立山东省冬小麦产量动态集成预报方法。结果表明：4种单一产量预报方法在各区域各时段的预报准确率很不稳定，波动范围较大。而集成预报方法对山东省各区域冬小麦产量动态预报准确率相对于4种单一预报方法均有所提高，预报准确率普遍在95.0%以上，且其预报结果稳定性较好，变化比较平稳, 集成预报方法更适合在业务上应用。
2016, 27(2): 201-208.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160208
摘要:
利用MODIS云光学厚度、云粒子有效半径、云顶高度、云相态等产品，以及表征6种云类的云光学厚度、云粒子有效半径、云顶高度、云相态的特征值，采用最小距离分类法和多阈值判识法相结合，对卫星观测像元的云进行分类，包括层云、层积云、积云、积雨云、雨层云、高积云/高层云、卷云以及卷云伴随高积云或高层云的多层云、卷云伴随层云或层积云的多层云、高积云或高层云伴随层积云或层云的多层云10类。2008年、2013年卫星分类结果与地面站云类观测对比，达到60%的一致性；将相同时间的地面小时降水量与分类结果叠加显示，出现降水处多为雨层云或积雨云。
利用MODIS云光学厚度、云粒子有效半径、云顶高度、云相态等产品，以及表征6种云类的云光学厚度、云粒子有效半径、云顶高度、云相态的特征值，采用最小距离分类法和多阈值判识法相结合，对卫星观测像元的云进行分类，包括层云、层积云、积云、积雨云、雨层云、高积云/高层云、卷云以及卷云伴随高积云或高层云的多层云、卷云伴随层云或层积云的多层云、高积云或高层云伴随层积云或层云的多层云10类。2008年、2013年卫星分类结果与地面站云类观测对比，达到60%的一致性；将相同时间的地面小时降水量与分类结果叠加显示，出现降水处多为雨层云或积雨云。
2016, 27(2): 209-219.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160209
摘要:
利用1979—2011年NCEP/NCAR再分析资料、我国160个站降水和气温资料，分析欧亚大陆热力变化特征，其在冬季和春季的气候变率最明显，且南北区域呈反相差异。在此基础上, 探讨1—3月欧亚大陆热力差异与中国降水异常的关系，欧亚大陆正 (负) 热力差异年，1—3月华南、西南至河套西部地区降水偏多 (少) 明显，后期夏季多雨带位于长江中下游地区 (华南地区)。大气环流异常特征显示：1—3月欧亚大陆南北热力差异与同期北极涛动 (AO)、东亚大槽、东亚高空急流等大尺度大气环流，以及后期东亚高空急流、南亚高压、低层季风风系异常的密切相关是欧亚大陆热力变化与中国降水联系的可能途径。
利用1979—2011年NCEP/NCAR再分析资料、我国160个站降水和气温资料，分析欧亚大陆热力变化特征，其在冬季和春季的气候变率最明显，且南北区域呈反相差异。在此基础上, 探讨1—3月欧亚大陆热力差异与中国降水异常的关系，欧亚大陆正 (负) 热力差异年，1—3月华南、西南至河套西部地区降水偏多 (少) 明显，后期夏季多雨带位于长江中下游地区 (华南地区)。大气环流异常特征显示：1—3月欧亚大陆南北热力差异与同期北极涛动 (AO)、东亚大槽、东亚高空急流等大尺度大气环流，以及后期东亚高空急流、南亚高压、低层季风风系异常的密切相关是欧亚大陆热力变化与中国降水联系的可能途径。
2016, 27(2): 220-229.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160210
摘要:
利用2011年3月—2013年2月TIGGE资料中ECMWF，NCEP及CMA 3个中心的500 hPa位势高度场、850 hPa温度场和海平面气压场的集合预报资料，采用Jumpiness指数同时结合单点跳跃、异号两点跳跃等预报跳跃相关概念，研究了集合控制预报和集合平均预报的预报跳跃特征问题，并进行对比分析。结果表明:平均而言，短时效预报之间的跳跃性低于长时效预报之间的跳跃性。集合平均预报的结果之间较其相应的控制预报具有更好的一致性。在预报跳跃的频率统计方面，集合平均预报结果总体上明显低于集合控制预报，两者在长时效的预报跳跃情况差别较大。该文研究了预报跳跃对不同区域、时间和变量的敏感性，结果表明：时间平均的预报跳跃性对区域和变量很敏感。不同预报跳跃类型出现的频率及集合控制预报和集合平均预报在预报跳跃性方面的差异对区域、时间和变量的敏感性有限。
利用2011年3月—2013年2月TIGGE资料中ECMWF，NCEP及CMA 3个中心的500 hPa位势高度场、850 hPa温度场和海平面气压场的集合预报资料，采用Jumpiness指数同时结合单点跳跃、异号两点跳跃等预报跳跃相关概念，研究了集合控制预报和集合平均预报的预报跳跃特征问题，并进行对比分析。结果表明:平均而言，短时效预报之间的跳跃性低于长时效预报之间的跳跃性。集合平均预报的结果之间较其相应的控制预报具有更好的一致性。在预报跳跃的频率统计方面，集合平均预报结果总体上明显低于集合控制预报，两者在长时效的预报跳跃情况差别较大。该文研究了预报跳跃对不同区域、时间和变量的敏感性，结果表明：时间平均的预报跳跃性对区域和变量很敏感。不同预报跳跃类型出现的频率及集合控制预报和集合平均预报在预报跳跃性方面的差异对区域、时间和变量的敏感性有限。
2016, 27(2): 230-238.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160211
摘要:
土壤湿度是控制陆地和大气间水分和能量交换过程的重要变量，而自动气象站观测是获取地表土壤湿度的主要手段。地表自动气象站观测的准确性能够直接影响其应用效果，因此, 开展自动气象站土壤湿度质量控制分析具有重要意义。基于2010—2014年云南省37个自动气象站土壤湿度数据，采用谱分析方法，以观测值及其Savitzky-Golay二次导数的平均值、均方差、变化率等统计量为判据，筛选剔除了观测数据中的随机噪声、异常峰值和异常平稳值。结果表明：云南省自动气象站观测数据均有缺测，两种异常值中，异常平稳值占绝大部分。与降水时间序列对比发现，不同降水强度下各层土壤湿度变化存在一定差异，砂质土站点对降水的响应最为明显，黏质土站点雨后土壤湿度变化幅度最小。
土壤湿度是控制陆地和大气间水分和能量交换过程的重要变量，而自动气象站观测是获取地表土壤湿度的主要手段。地表自动气象站观测的准确性能够直接影响其应用效果，因此, 开展自动气象站土壤湿度质量控制分析具有重要意义。基于2010—2014年云南省37个自动气象站土壤湿度数据，采用谱分析方法，以观测值及其Savitzky-Golay二次导数的平均值、均方差、变化率等统计量为判据，筛选剔除了观测数据中的随机噪声、异常峰值和异常平稳值。结果表明：云南省自动气象站观测数据均有缺测，两种异常值中，异常平稳值占绝大部分。与降水时间序列对比发现，不同降水强度下各层土壤湿度变化存在一定差异，砂质土站点对降水的响应最为明显，黏质土站点雨后土壤湿度变化幅度最小。
2016, 27(2): 239-248.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160212
摘要:
利用架设在福建省尤溪站和屏南站的两台PARSIVEL第2代激光雨滴谱仪对2014年7月23—25日影响福建省的台风麦德姆 (1410) 进行观测，尤溪站位于移动路径中轴，屏南站位于台风强降水的区域即右侧云系，观测显示了台风不同部位雨滴谱特征：台风麦德姆在外围右前侧和后侧以及残留云系出现强降水，台风中心为连续性降水，雨强变化平稳；台风右侧云系雨滴平均谱谱宽由宽变窄，小滴数浓度先增后减，大滴逐渐减少，移动路径中轴后侧的残留云系出现大滴数浓度和谱宽的突增；含水量与雨强变化一致, 雨强小于10 mm·h-1时，以大量的小粒子贡献为主，形状因子μ及斜率参数λ分布较广；雨强大于10 mm·h-1时，大滴的贡献随雨强增大而增大，μ及λ均减小；同时，可利用μ与λ线性函数关系对Gamma分布进行简化。
利用架设在福建省尤溪站和屏南站的两台PARSIVEL第2代激光雨滴谱仪对2014年7月23—25日影响福建省的台风麦德姆 (1410) 进行观测，尤溪站位于移动路径中轴，屏南站位于台风强降水的区域即右侧云系，观测显示了台风不同部位雨滴谱特征：台风麦德姆在外围右前侧和后侧以及残留云系出现强降水，台风中心为连续性降水，雨强变化平稳；台风右侧云系雨滴平均谱谱宽由宽变窄，小滴数浓度先增后减，大滴逐渐减少，移动路径中轴后侧的残留云系出现大滴数浓度和谱宽的突增；含水量与雨强变化一致, 雨强小于10 mm·h-1时，以大量的小粒子贡献为主，形状因子μ及斜率参数λ分布较广；雨强大于10 mm·h-1时，大滴的贡献随雨强增大而增大，μ及λ均减小；同时，可利用μ与λ线性函数关系对Gamma分布进行简化。
2016, 27(2): 249-256.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160213
摘要:
以澳大利亚阿德莱德中心城区为研究区，基于高分辨率城市三维建筑物数据计算得到天空开阔度 (sky view factor，SVF) 与迎风面积指数 (frontal area index，FAI)，并将其与晴好天气下四季的城市热岛强度进行相关性分析。结果表明：晴好天气下，阿德莱德城市热岛强度 (urban heat island intensity，UHII) 在2010—2011年四季均呈现出夜间强、白天弱的变化特征。SVF与UHII在夜间呈显著线性负相关，白天呈线性正相关；而FAI与UHII在四季的夜间和早晨时段呈对数关系，白天呈线性负相关。SVF和FAI对不同季节、不同时刻的城市热岛影响不同，在不同空间尺度下的适用性也存在差异，SVF在不同空间尺度下适用性更强。
以澳大利亚阿德莱德中心城区为研究区，基于高分辨率城市三维建筑物数据计算得到天空开阔度 (sky view factor，SVF) 与迎风面积指数 (frontal area index，FAI)，并将其与晴好天气下四季的城市热岛强度进行相关性分析。结果表明：晴好天气下，阿德莱德城市热岛强度 (urban heat island intensity，UHII) 在2010—2011年四季均呈现出夜间强、白天弱的变化特征。SVF与UHII在夜间呈显著线性负相关，白天呈线性正相关；而FAI与UHII在四季的夜间和早晨时段呈对数关系，白天呈线性负相关。SVF和FAI对不同季节、不同时刻的城市热岛影响不同，在不同空间尺度下的适用性也存在差异，SVF在不同空间尺度下适用性更强。
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