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2020年  第31卷  第4期

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2020年第4期封面及目次
2020, 31(4)
摘要:
2020年第4期封面及目次
论著
微波辐射计温湿廓线反演方法改进试验
张雪芬, 王志诚, 茆佳佳, 汪章维, 张东明, 陶法
2020, 31(4): 385-396, DOI: 10.11898/1001-7313.20200401
摘要:
为提升地基微波辐射计在不同天气条件下, 特别是云天条件下温湿廓线的反演精度, 利用2011年1月—2016年12月中国气象局北京国家综合气象观测试验基地探空数据, 在微波辐射计反演温湿度廓线的过程中通过区分晴天和云天条件并引入全固态Ka波段测云仪云高及云厚信息, 对反演输入亮温进行质量控制和偏差订正, 建立BP神经网络模型, 采用2017年1月—2018年3月微波辐射计探测数据评估检验, 结果表明:在亮温订正前提下, 晴天温度模型、云天温度模型、晴天相对湿度模型和云天相对湿度模型反演结果与探空的相关系数分别为0.99, 0.99, 0.80和0.78, 均方根误差为2.3℃, 2.3℃, 9%和16%, 较微波辐射计自带产品(LV2产品)减小约0.4℃, 0.3℃, 11%和9%, 准确性提升约30%, 28%, 64%和45%;温度模型偏差在±2℃以内、湿度模型偏差在±20%以内的占比分别为68%, 70%和95%, 78%, 较LV2产品分别提高了7%, 5%和27%, 23%, 其中相对湿度改善明显。可见亮温订正、区分天气类型训练反演模型有利于改善地基微波辐射温湿廓线反演精度。
玉米冠层对降水的截留模型构建
郭建平, 栾青, 王婧瑄, 张丽敏
2020, 31(4): 397-404, DOI: 10.11898/1001-7313.20200402
摘要:
降水资源是农作物的主要水分来源,农作物通过吸收土壤中的水分维持正常的生长发育,但由于未考虑农作物冠层对降水截留作用,在水资源评估和农田水分平衡研究中往往高估降水作用。该文通过2018年玉米生长季在辽宁锦州农业气象试验站开展的降水模拟试验系统分析了玉米冠层对降水的截留效应,结果表明:在降水量一定条件下,玉米冠层截留量与叶面积指数的二次多项式拟合相关最佳;在叶面积指数一定条件下,玉米冠层截留量与降水量的幂函数拟合相关最佳。综合叶面积指数和降水量分析表明:玉米冠层截留量与叶面积指数平方及降水量对数函数拟合呈正相关。根据我国玉米传统种植方式,高产玉米的叶面积指数最大一般为5~6,因此,对一次降水的最大截留量通常约为1.5~2.3 mm,当叶面积指数小于1时,对降水的截留可忽略不计。
我国北方地区苹果不同干旱等级时空特征
程雪, 孙爽, 张镇涛, 张方亮, 刘志娟, 王培娟, 霍治国, 杨晓光
2020, 31(4): 405-416, DOI: 10.11898/1001-7313.20200403
摘要:
为定量评估我国北方地区苹果不同干旱等级灾害时空分布特征,以我国苹果主产地为研究区域,对前人提出的干旱指数进行等级划分,结合历史灾情资料,对划分的等级进行验证;利用验证后的干旱指数,明确1981—2016年苹果不同干旱等级时空变化特征。结果表明:划分的干旱指数等级能够较好地反映我国北方地区苹果实际干旱特征;各生育阶段甘肃省中北部、宁夏回族自治区各年代以重旱发生为主,山西省、陕西省、山东省以及河南省干旱等级随年代变化较大;重旱发生面积在果树萌动-花芽萌动和成熟-落叶生育阶段1981—2000年随年代变化逐渐增加;各生育阶段无旱和重旱高频区频率高于50%,轻旱和中旱高频区频率高于30%;1981—2016年轻旱发生范围最大,果树萌动-花芽萌动生育阶段的重旱和盛花-成熟生育阶段的中旱站次比呈显著上升趋势。研究区域西北地区干旱严重,且发生频率较高。
宁夏枸杞花期霜冻指标试验研究
段晓凤, 朱永宁, 张磊, 王静, 徐蕊, 王静梅
2020, 31(4): 417-426, DOI: 10.11898/1001-7313.20200404
摘要:
2019年3—5月利用人工霜冻模拟箱进行枸杞现蕾期、初花期和盛花期霜冻指标试验,模拟-8~-1℃、持续1~6 h的32组不同低温和持续时间处理组合,根据室内霜冻模拟试验冻后观测结果,将受冻症状划分为3个级别,并统计每个级别的受冻率,制定霜冻等级判断标准,建立基于低温、持续时间、受冻级别和受冻率的霜冻指标;利用2018年3—5月13个点次的大田霜冻试验结果和25个枸杞种植区自然霜冻调查结果验证霜冻指标。结果表明:枸杞霜冻与低温及其持续时间密切相关,温度越低、持续时间越长,霜冻越重;现蕾期抗冻性最强,初花期抗冻性明显较现蕾期弱,盛花期一定程度上较初花期弱。利用霜冻指标判断的结果与实际灾害情况符合率较高,具有较强的实用性,可作为枸杞花期不同阶段的霜冻灾害预报及评估依据。
福建省台湾青枣寒害综合气候指标与等级划分
杨凯, 陈彬彬, 陈惠, 陈福梓, 杨锡琼, 李丽容, 李丽纯, 林晶
2020, 31(4): 427-434, DOI: 10.11898/1001-7313.20200405
摘要:
通过专家走访和寒害灾情调查,建立福建省台湾青枣寒害受害症状分级标准。基于果园定位观测、地理移置试验和冬季寒害灾情调查得到的2004—2016年32个寒害实例,采用主成分分析和K-means聚类分析方法,研究了福建省台湾青枣寒害综合气候指标及其等级划分。结果表明:台湾青枣寒害临界气温为5.0℃,其致灾因子包括过程极端最低气温(X1)、小于等于5.0℃低温持续日数(X2)、小于等于5.0℃过程有害积寒(X3)、小于等于5.0℃过程降温幅度(X4),对各因子归一化处理,构建台湾青枣寒害综合气候指标(Ih),寒害等级包括:轻度,0.02≤Ih < 0.72;中度,0.72≤Ih < 1.76;重度,1.76≤Ih < 2.72;严重,Ih≥2.72。通过典型年对比印证,建立的福建省台湾青枣寒害综合气候等级指标与实际发生的寒害情况吻合较好,研究结果可供台湾青枣的寒害评估、引种、扩种参考。
川藏地区雷暴大风活动特征和环境因子对比
王黉, 李英, 宋丽莉, 谌芸
2020, 31(4): 435-446, DOI: 10.11898/1001-7313.20200406
摘要:
利用2010—2017年中国气象局重要天气报、地面观测和探空资料以及欧洲中期天气预报中心ERA-Interim再分析资料,对川藏地区雷暴大风的活动特征、环境因子和环流形势进行统计分析,并对其中高原(海拔高度不低于1 km)和盆地(海拔高度低于1 km)区域雷暴大风活动进行对比。结果表明:川藏高原区域雷暴大风频次呈5—6月和9月双峰型分布,主要发生在午后;盆地区域主要发生在夏季,午后和夜间均较活跃。高原站雷暴大风年平均频次约为2次/站,在雷暴和大风中分别约占4.5%和8%。盆地站年平均频次仅为0.4次/站,雷暴中仅占1.5%,但在大风中约占60%。高原站雷暴大风的中低层环境温度递减率较大,一般呈上湿下干的逆湿垂直结构;而盆地站雷暴大风通常具有上干下湿的垂直结构。分别对5—6月和9月高原站雷暴大风两个峰值时段的环流形势进行合成分析,发现5—6月受高空西风槽影响,中层有弱冷平流侵入,高层位于高空急流入口区右侧,环境垂直风切变较大;而9月受副热带高压边缘影响,中高层较干,低层暖湿气流明显。这些均有利于雷暴大风发生。
探空观测的边界层高度时空变化特征
梁智豪, 王东海, 梁钊明
2020, 31(4): 447-459, DOI: 10.11898/1001-7313.20200407
摘要:
基于2010—2018年我国119个站点L波段探空秒级资料,通过对位温廓线法所得边界层高度进行Kmeans聚类,将我国分为青藏地区、西北地区、中部地区和东部地区4个分区,分析我国边界层高度及边界层状态(对流、中性和稳定边界层)发生频率的变化特征。结果表明:2010—2018年08:00我国年平均边界层高度均为200~600 m,以稳定边界层为主,20:00年平均边界层高度从青藏地区、西北地区、中部地区到东部地区逐渐减小,其中青藏地区和西北地区全年以对流和中性边界层状态为主,中部地区和东部地区以中性边界层为主;4个分区的月平均边界层高度在08:00逐月变化不明显,且各分区间差异不大,而4个分区20:00月平均边界层高度随时间呈单峰结构,最大值出现在春夏季,最小值出现在秋冬季,从青藏地区、西北地区、中部地区到东部地区变化幅度逐渐减小;青藏地区、西北地区和中部地区的边界层高度日变化幅度春夏季大、秋冬季小,而东部地区边界层高度日变化在不同季节特征相近。
四川盆地暖区暴雨的雷达回波特征及分类识别
罗辉, 肖递祥, 匡秋明, 青泉, 康岚
2020, 31(4): 460-470, DOI: 10.11898/1001-7313.20200408
摘要:
暖区暴雨强度大且降水集中,可造成严重气象灾害。利用四川盆地实况降水和7部天气雷达资料,分析了2012—2017年28次暖区暴雨过程的降水特征,按超过20 mm·h-1降水站数的突增,将暖区暴雨的雷暴群分为初生阶段和成熟阶段,根据不同降水类型成熟前后的雷达回波特征,将雷暴群分为3种类型,3类回波特征差异明显,雷暴的长时间生消、合并以及传播作用使暖区暴雨降水强度大、范围广。在28次暖区暴雨过程中,四川盆地西北部出现次数最多,持续时间最长,回波基本呈现东北—西南向,与四川盆地西部龙门山脉走向基本一致,地形(产生偏东风)抬升在暖区暴雨的发生发展中起关键作用。对3类雷暴群质心高度、顶高、最大回波强度等要素的统计显示,不同类型雷暴群在初生阶段和成熟阶段的概率密度曲线存在双峰和单峰等结构特征。利用雷暴群的多个参数构建暖区暴雨分类识别的特征向量,并采用随机森林机器学习方法进行识别,取得较好效果。
预估临边探测大气温度和水汽廓线的反演精度
宗雪梅
2020, 31(4): 471-481, DOI: 10.11898/1001-7313.20200409
摘要:
针对在研仪器——大气辐射超高光谱探测仪的临边探测模式,模拟计算了大气温度和水汽的权重函数。以此为基础,利用信息量和权重函数线性化方法,结合仪器的可探测亮温阈值0.3 K,计算并分析6种大气状态下,大气温度和水汽混合比廓线在不同反演精度条件下可获得的光谱通道数,在满足最佳光谱通道数200的要求下,理论上预估其反演精度。温度廓线整体反演精度为0.6 K,水汽混合比廓线反演精度可达到5%,但热带大气在16~20 km高度的水汽廓线反演精度仅为10%。反演精度预估,仅提供了一种全面认识仪器性能的方法,精度的确定还有赖于真实探测数据的获取和反演方法。
南极中山站太阳紫外辐射测值比较
郑向东, 程海轩
2020, 31(4): 482-493, DOI: 10.11898/1001-7313.20200410
摘要:
比较分析了2017年南极中山站3种仪器测量地面太阳紫外B(UVB)波段和紫外A(UVA)波段的辐照度。以Brewer光谱仪测值为参考,国产宽波段FSUVB日射表在UVB(波段280~315 nm)的辐照度相对误差为(55±75)%,误差随大气臭氧总量的增加呈上升趋势,但在南极“臭氧洞”期间偏低。Yankee UVB宽波段日射表在UVB(波段280~320 nm)的辐照度相对误差为(-31±22)%;国产宽波段FSUVA日射表在UVA(波段315~400 nm)的辐照度相对误差为(23±5.9)%。太阳天顶角低于80°的晴天以Tropospheric Ultraviolet Visible(TUV)辐射模式计算结果为参考时,FSUVB,Yankee UVB和FSUVA辐照度的平均相对误差分别为(30±37)%,(-22±19)%和(27±6.4)%,而Brewer相对误差未超过3.5%。国产宽波段UV日射表测值偏高,反映出波长较长的杂散光对太阳辐照度测值影响明显。
基于ECMWF产品的站点气温预报集成学习误差订正
陈昱文, 黄小猛, 李熠, 陈悦, 徐挚仁, 黄兴
2020, 31(4): 494-503, DOI: 10.11898/1001-7313.20200411
摘要:
提出一种基于数值模式预报产品的气温预报集成学习误差订正方法,通过人工神经网络、长短期记忆网络和线性回归模型组合出新的集成学习模型(ALS模型),采用2013—2017年的欧洲中期天气预报中心数值天气预报模式2 m气温预报产品和中国部分气象站点数据,利用气象站点气温、风速、气压、相对湿度4个观测要素,挖掘观测数据的时序特征并结合模式2 m气温预报结果训练机器学习模型,对2018年模式2 m气温6~168 h格点预报产品插值到站点后的预报结果进行偏差订正。结果表明:ALS模型可将站点气温预报整体均方根误差由3.11℃降至2.50℃,降幅达0.61℃(19.6%),而传统的线性回归模型降幅为0.23℃(8.4%)。ALS模型对站点气温预报误差较大的区域和气温峰值预报的订正效果尤为显著,因此,集成学习方法在数值模式预报结果订正中具有较大的应用潜力。
CWRF模式极端降水模拟误差订正
董晓云, 余锦华, 梁信忠, 王琛
2020, 31(4): 504-512, DOI: 10.11898/1001-7313.20200412
摘要:
基于1980—2015年6—8月CWRF模式(Climate-Weather Research and Forecasting model)14种方案的模拟结果和全国逐日降水观测资料,对比了Q-lin,Q-tri,RQ-lin,RQ-tri,SSP-lin和CDFt 6种误差订正方法对CWRF模式控制化方案(C1)模拟中国东部夏季日极端降水的订正效果,以CWRF模式14种方案日极端降水的模拟效果排名为基础,对比了模拟效果较好的4种方案集合、模拟较差的4种方案集合以及14种方案集合的订正效果,选出相对较好的订正方案进一步评估其成员集合后订正和成员分别订正后再集合的订正效果,结果表明:采用6种误差订正方法均可明显减少日极端降水模拟误差,其中RQ-lin方法订正效果最佳。CWRF模式对中国东部的极端降水指数均表现出较好的模拟能力,不同参数化集合方案得到14种方案成员先订正再集合与观测日极端降水平均值最为接近,研究结果对于改进模拟结果、提高其预测能力有重要应用价值。