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中国气象局2005年 第16卷 第1期
2005, 16(1): 1-12
摘要
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摘要:
为解决城市边界层中大气O3浓度的预报问题，选用一种简明有效的光化学反应方案建立光化学模式, 并与大气平流扩散的箱格预报模型进行了嵌套，从而将大气化学过程引入到城市空气污染数值预报系统 (CAPPS) 中。同时，根据实际需要研究了VOC (Volatile Organic Compounds) 浓度及NOx源排放量等参数缺测时，根据前期监测浓度采用遗传算法反演未知参数的具体方法。利用2001年9月8~17日在北京舞蹈学院监测的O3、NOx资料及相应的气象数据，用改进后的CAPPS模式进行了单箱预报试验。预报试验结果表明，嵌套后的模式对O3浓度的变化具备一定的预报能力。
为解决城市边界层中大气O3浓度的预报问题，选用一种简明有效的光化学反应方案建立光化学模式, 并与大气平流扩散的箱格预报模型进行了嵌套，从而将大气化学过程引入到城市空气污染数值预报系统 (CAPPS) 中。同时，根据实际需要研究了VOC (Volatile Organic Compounds) 浓度及NOx源排放量等参数缺测时，根据前期监测浓度采用遗传算法反演未知参数的具体方法。利用2001年9月8~17日在北京舞蹈学院监测的O3、NOx资料及相应的气象数据，用改进后的CAPPS模式进行了单箱预报试验。预报试验结果表明，嵌套后的模式对O3浓度的变化具备一定的预报能力。
2005, 16(1): 13-23
摘要:
将模式NP-89的陆面过程参数化方法应用到北京大学的三维复杂地形中尺度数值模式中, 得到了一个较理想的三维陆面过程及边界层模式, 利用这个改进的三维模式对20 km×20 km范围的山丘地形的陆面过程及边界层特征进行了数值模拟。模拟结果表明, 由于地形阻挡所造成山后的湍流较山前强, 进而造成近地面温度梯度和感热支出小, 最终造成山后的温度比山前的温度明显偏高; 而且随着山高的增加, 这种现象更加明显, 即该模式对山丘地形条件下的陆面过程和大气边界层特征具有较强的模拟能力; 模拟结果合理, 对研究过山气流形成机制、起伏地形大气边界层物理特征和污染物的扩散具有理论和应用价值。
将模式NP-89的陆面过程参数化方法应用到北京大学的三维复杂地形中尺度数值模式中, 得到了一个较理想的三维陆面过程及边界层模式, 利用这个改进的三维模式对20 km×20 km范围的山丘地形的陆面过程及边界层特征进行了数值模拟。模拟结果表明, 由于地形阻挡所造成山后的湍流较山前强, 进而造成近地面温度梯度和感热支出小, 最终造成山后的温度比山前的温度明显偏高; 而且随着山高的增加, 这种现象更加明显, 即该模式对山丘地形条件下的陆面过程和大气边界层特征具有较强的模拟能力; 模拟结果合理, 对研究过山气流形成机制、起伏地形大气边界层物理特征和污染物的扩散具有理论和应用价值。
2005, 16(1): 24-34
摘要:
利用区域气候模式对大尺度天气过程进行模拟, 分析了模式对多种降水过程模拟能力的差别, 对模式中的物理过程、积分步长对模拟结果的影响进行了简单的分析; 并利用模式模拟了长江三角洲地区地面特征改变对气候的影响。模拟结果显示, 长江三角洲地区植被退化、城市化面积扩大等因素会引起比较显著的局地气候变化。
利用区域气候模式对大尺度天气过程进行模拟, 分析了模式对多种降水过程模拟能力的差别, 对模式中的物理过程、积分步长对模拟结果的影响进行了简单的分析; 并利用模式模拟了长江三角洲地区地面特征改变对气候的影响。模拟结果显示, 长江三角洲地区植被退化、城市化面积扩大等因素会引起比较显著的局地气候变化。
2005, 16(1): 35-44
摘要:
根据微波遥感积雪的原理, 提出了利用NOAA-16 AMSU的1通道 (23.8 GHz)、2通道 (31.4 GHz) 和15通道 (89.0 GHz) 等3个通道监测中国五大区域雪盖范围的初步判识方法。由该方法制作合成了2001年10月1日至2002年4月1日中国地区的周积雪覆盖监测图, 与来自全国气象台站的地面积雪观测记录以及美国人机交互式冰雪制图系统 (I nteractive Snow and Ice Mapping System, IMS) 的雪盖图、SSM/ I (Special Sensor Microwave Imager) 雪盖图的比较结果表明:AMSU监测结果不仅具有比较高的准确性, 而且其准确性和可靠性达到甚至优于其它两种积雪监测结果 (尤其是雪季中期)。
根据微波遥感积雪的原理, 提出了利用NOAA-16 AMSU的1通道 (23.8 GHz)、2通道 (31.4 GHz) 和15通道 (89.0 GHz) 等3个通道监测中国五大区域雪盖范围的初步判识方法。由该方法制作合成了2001年10月1日至2002年4月1日中国地区的周积雪覆盖监测图, 与来自全国气象台站的地面积雪观测记录以及美国人机交互式冰雪制图系统 (I nteractive Snow and Ice Mapping System, IMS) 的雪盖图、SSM/ I (Special Sensor Microwave Imager) 雪盖图的比较结果表明:AMSU监测结果不仅具有比较高的准确性, 而且其准确性和可靠性达到甚至优于其它两种积雪监测结果 (尤其是雪季中期)。
2005, 16(1): 45-53
摘要:
根据理论和经验上已证明的地表温度与AVHRR窗区通道4、5的亮度温度存在线性或非线性关系, 通过对2818条全球晴空大气廓线做不同比辐射率地表的FY-1D窗区通道4、5辐射率的模拟计算, 推导出FY-1D极轨气象卫星的红外通道4、5亮温与地表温度的二次回归关系式。同时详细介绍了由这一回归关系式和FY-1D高分辨率图像传输 (HRPT) 遥测数据计算陆表温度的方法, 最后给出陆表温度计算结果的精度:用中国地面气象台站的0 cm地温观测数据与相同时刻的分辨率为0.01°×0.01°经纬度的卫星陆表温度相对比, 两者非常吻合, 绝大部分台站|ΔT|＜3.0 K。
根据理论和经验上已证明的地表温度与AVHRR窗区通道4、5的亮度温度存在线性或非线性关系, 通过对2818条全球晴空大气廓线做不同比辐射率地表的FY-1D窗区通道4、5辐射率的模拟计算, 推导出FY-1D极轨气象卫星的红外通道4、5亮温与地表温度的二次回归关系式。同时详细介绍了由这一回归关系式和FY-1D高分辨率图像传输 (HRPT) 遥测数据计算陆表温度的方法, 最后给出陆表温度计算结果的精度:用中国地面气象台站的0 cm地温观测数据与相同时刻的分辨率为0.01°×0.01°经纬度的卫星陆表温度相对比, 两者非常吻合, 绝大部分台站|ΔT|＜3.0 K。
2005, 16(1): 54-59
摘要:
该文利用2002年“973”项目安徽GPS外场试验和2000年北京GPS/VAPOR试验积累的资料对GPS遥感的大气可降水量与局地降水之间关系进行了定量分析。结果表明:在降水前后, GPS遥感的大气可降水量有很大的变化; 在2002年入梅前后, 其变化甚至大于30mm; 在海拔高的山区台站, 2hGPS遥感的大气可降水量增量和本站是否发生降水关系密切; 多数情况下, 降水出现在GPS遥感的大气可降水量迅速增加的3~4h内; 每小时降水量峰值和GPS遥感的大气可降水量增量的大小有关。
该文利用2002年“973”项目安徽GPS外场试验和2000年北京GPS/VAPOR试验积累的资料对GPS遥感的大气可降水量与局地降水之间关系进行了定量分析。结果表明:在降水前后, GPS遥感的大气可降水量有很大的变化; 在2002年入梅前后, 其变化甚至大于30mm; 在海拔高的山区台站, 2hGPS遥感的大气可降水量增量和本站是否发生降水关系密切; 多数情况下, 降水出现在GPS遥感的大气可降水量迅速增加的3~4h内; 每小时降水量峰值和GPS遥感的大气可降水量增量的大小有关。
2005, 16(1): 60-69
摘要:
对2002年6月8日发生在陕西佛坪的一次特大暴雨过程进行了综合分析, 结果表明:500 hPa槽前的中尺度切变线是直接影响暴雨产生的中-α尺度系统; 位于台湾岛以东洋面台风“浣熊”外围的低空偏东急流从海上一直延伸到陕西, 成为特大暴雨的主要水汽来源; 华北高脊稳定, 使得高原低值系统移速减慢、停滞, 有利于特大暴雨的形成; 急流次级环流为特大暴雨提供了持续强劲的上升运动; 在地面中尺度风场中, 两个中-β尺度气旋稳定少动, 与地面降水强中心相对应; 在红外云图上, 中-β尺度对流云团呈椭圆状, 云顶亮温TBB在-60 ℃~-70 ℃之间。中-β尺度对流云团的强弱变化与次级环流的强弱有直接的关系。
对2002年6月8日发生在陕西佛坪的一次特大暴雨过程进行了综合分析, 结果表明:500 hPa槽前的中尺度切变线是直接影响暴雨产生的中-α尺度系统; 位于台湾岛以东洋面台风“浣熊”外围的低空偏东急流从海上一直延伸到陕西, 成为特大暴雨的主要水汽来源; 华北高脊稳定, 使得高原低值系统移速减慢、停滞, 有利于特大暴雨的形成; 急流次级环流为特大暴雨提供了持续强劲的上升运动; 在地面中尺度风场中, 两个中-β尺度气旋稳定少动, 与地面降水强中心相对应; 在红外云图上, 中-β尺度对流云团呈椭圆状, 云顶亮温TBB在-60 ℃~-70 ℃之间。中-β尺度对流云团的强弱变化与次级环流的强弱有直接的关系。
2005, 16(1): 70-77
摘要:
该文利用3830/CC单多普勒雷达加密资料和Micaps客观分析资料, 对2002年8月22日在副高外围偏南气流影响下, 对流回波发展形成中尺度NNE — SSW向带状回波的演变及其环境条件进行分析。结果表明:带状回波是造成这次中尺度雨带的直接影响系统, 偏南暖湿气流源源不断沿着带状输送, 利于带状回波的维持和发展; 强降水主要发生在低层风随高度顺转 (暖平流)、高空有急流和出现逆风区的阶段, 副高外围偏南气流为带状回波的形成和发展提供了水汽和热力条件, 而高空倒槽为其提供了动力条件, 湿位涡的分布特征较好地说明了这一点, 带状回波和雨带出现在斜压不稳定和正压稳定而中低层为负涡度环流的潜在不稳定区中。
该文利用3830/CC单多普勒雷达加密资料和Micaps客观分析资料, 对2002年8月22日在副高外围偏南气流影响下, 对流回波发展形成中尺度NNE — SSW向带状回波的演变及其环境条件进行分析。结果表明:带状回波是造成这次中尺度雨带的直接影响系统, 偏南暖湿气流源源不断沿着带状输送, 利于带状回波的维持和发展; 强降水主要发生在低层风随高度顺转 (暖平流)、高空有急流和出现逆风区的阶段, 副高外围偏南气流为带状回波的形成和发展提供了水汽和热力条件, 而高空倒槽为其提供了动力条件, 湿位涡的分布特征较好地说明了这一点, 带状回波和雨带出现在斜压不稳定和正压稳定而中低层为负涡度环流的潜在不稳定区中。
2005, 16(1): 78-88
摘要:
以MM5模式作为试验模式, 通过选取不同的物理过程参数化方案产生8个集合成员, 分别用平均法、相关法和Rank法对2001年11月至2002年5月期间的22个降水个例进行短期集合降水概率预报试验。试验结果显示对小雨—大暴雨6类降水的概率预报, Rank法的综合预报效果明显好于相关法和平均法, 相关法的综合预报效果与平均法基本相同; 无论从均方误差角度还是从命中率和假警报率的相对大小角度, 对小雨、中雨、大雨和暴雨各量级以上降水的概率预报, Rank法的平均预报效果是三种方法中最好的, 相关法的平均预报效果与平均法相同; Rank法好于平均法的平均幅度从均方误差角度较大, 从命中率和假警报率的相对大小角度则较小。平均而言, 三种方法对各量级以上降水的概率预报都是有技巧预报, 对量级小的降水的概率预报技巧高于对量级大的降水的概率预报技巧。
以MM5模式作为试验模式, 通过选取不同的物理过程参数化方案产生8个集合成员, 分别用平均法、相关法和Rank法对2001年11月至2002年5月期间的22个降水个例进行短期集合降水概率预报试验。试验结果显示对小雨—大暴雨6类降水的概率预报, Rank法的综合预报效果明显好于相关法和平均法, 相关法的综合预报效果与平均法基本相同; 无论从均方误差角度还是从命中率和假警报率的相对大小角度, 对小雨、中雨、大雨和暴雨各量级以上降水的概率预报, Rank法的平均预报效果是三种方法中最好的, 相关法的平均预报效果与平均法相同; Rank法好于平均法的平均幅度从均方误差角度较大, 从命中率和假警报率的相对大小角度则较小。平均而言, 三种方法对各量级以上降水的概率预报都是有技巧预报, 对量级小的降水的概率预报技巧高于对量级大的降水的概率预报技巧。
2005, 16(1): 89-95
摘要:
在1955~1993年各种类型青藏高原冬季积雪资料进行综合再分析基础上, 通过典型年份合成对比与相关分析, 发现青藏高原冬季雪盖异常, 同期北半球中高纬500 hPa高度场存在3正2负遥相关结构及相似二维Rossby遥相关波列, 该遥相关型强度指数Iasp与夏季大气环流又存在一个明显的东亚—太平洋遥相关的关系, 与长江中下游汛期旱涝呈正相关, 最高相关区位于江南北部。遥相关强度指数Iasp的强弱在较大程度上间接反映高原积雪异常与否, 并为积雪因子在我国汛期旱涝预测的应用提供一定的物理基础。
在1955~1993年各种类型青藏高原冬季积雪资料进行综合再分析基础上, 通过典型年份合成对比与相关分析, 发现青藏高原冬季雪盖异常, 同期北半球中高纬500 hPa高度场存在3正2负遥相关结构及相似二维Rossby遥相关波列, 该遥相关型强度指数Iasp与夏季大气环流又存在一个明显的东亚—太平洋遥相关的关系, 与长江中下游汛期旱涝呈正相关, 最高相关区位于江南北部。遥相关强度指数Iasp的强弱在较大程度上间接反映高原积雪异常与否, 并为积雪因子在我国汛期旱涝预测的应用提供一定的物理基础。
2005, 16(1): 96-104
摘要:
将全球海洋海表温度异常 (SSTA) 分解为年代际、年际变化两部分, 用方差分析法给出年代际变化分量显著的洋区及其季节变化, 用奇异值分解 (SVD) 方法分析了它与中国冬温 (冬季平均气温)、夏雨 (夏季总降水量) 年代际异常分量的同期和时滞相关联系的时空结构。结果表明, 无论冬、夏, SSTA的方差构成中, 年代际变化分量方差均较年际变化分量显著; SSTA年代际分量正异常时, 中国 (以北方和东部为主) 易出现一致的冬温正异常, 长江流域、华南夏雨易出现正异常, 而华北夏雨易出现负异常; 反之亦然。
将全球海洋海表温度异常 (SSTA) 分解为年代际、年际变化两部分, 用方差分析法给出年代际变化分量显著的洋区及其季节变化, 用奇异值分解 (SVD) 方法分析了它与中国冬温 (冬季平均气温)、夏雨 (夏季总降水量) 年代际异常分量的同期和时滞相关联系的时空结构。结果表明, 无论冬、夏, SSTA的方差构成中, 年代际变化分量方差均较年际变化分量显著; SSTA年代际分量正异常时, 中国 (以北方和东部为主) 易出现一致的冬温正异常, 长江流域、华南夏雨易出现正异常, 而华北夏雨易出现负异常; 反之亦然。
2005, 16(1): 105-113
摘要:
利用NCEP/NCAR再分析资料和全球海温海冰GISST2.3b资料、英国CRU提供的南方涛动指数以及中国160站月平均降水和气温资料, 分析了冬季西太平洋海温和南方涛动与中国冬季气候异常关系年代际变化特征。结果表明:最近50年, 西太平洋海温指数 (WPI) 与南方涛动指数 (SOI) 之间相关关系的年代际变化在冬季很明显。当WPI-SOI相关关系不显著时, 在西太平洋赤道北侧的对流层低层存在高 (低) 海温-反气旋 (气旋) 异常环流系统, 不利于维持ENSO与西太平洋海温变化间的紧密联系; 与此相对应, 冬季整个对流层环流呈相当正压结构。在WPI-SOI相关显著 (不显著) 时段, 冬季中国降水、气温与西太平洋海温之间的相关较弱 (较强)。
利用NCEP/NCAR再分析资料和全球海温海冰GISST2.3b资料、英国CRU提供的南方涛动指数以及中国160站月平均降水和气温资料, 分析了冬季西太平洋海温和南方涛动与中国冬季气候异常关系年代际变化特征。结果表明:最近50年, 西太平洋海温指数 (WPI) 与南方涛动指数 (SOI) 之间相关关系的年代际变化在冬季很明显。当WPI-SOI相关关系不显著时, 在西太平洋赤道北侧的对流层低层存在高 (低) 海温-反气旋 (气旋) 异常环流系统, 不利于维持ENSO与西太平洋海温变化间的紧密联系; 与此相对应, 冬季整个对流层环流呈相当正压结构。在WPI-SOI相关显著 (不显著) 时段, 冬季中国降水、气温与西太平洋海温之间的相关较弱 (较强)。
2005, 16(1): 114-120
摘要:
元数据在数据交换、网络信息资源发现和共享系统建设中具有很重要的作用。文章简论了元数据和元数据标准的最新研究和应用概况, 并重点介绍了WMO核心元数据标准, 以及我国气象数据集元数据格式标准制定的原则、依据和内容。还论述了元数据系统的构建和发布流程; 最后结合气象科学数据共享项目建设规划和分布式共享平台的建设实践, 详细阐述了中国气象科学数据共享服务网元数据发布系统的设计方案和实现方式。
元数据在数据交换、网络信息资源发现和共享系统建设中具有很重要的作用。文章简论了元数据和元数据标准的最新研究和应用概况, 并重点介绍了WMO核心元数据标准, 以及我国气象数据集元数据格式标准制定的原则、依据和内容。还论述了元数据系统的构建和发布流程; 最后结合气象科学数据共享项目建设规划和分布式共享平台的建设实践, 详细阐述了中国气象科学数据共享服务网元数据发布系统的设计方案和实现方式。
2005, 16(1): 121-128
摘要:
数值预报系统中经常要用到矩阵乘运算。在分布式超级计算机 (如IBM-SP) 上, 矩阵乘的并行计算需要较多的数据移动, 有效的数据传输对矩阵乘的实现至关重要。该文讨论了两种矩阵乘的并行算法, 一种是基于矩阵的列-行划分方式, 一种是基于矩阵的网格划分方式。在IBM-SP计算机上的实验结果表明, 网格划分的矩阵乘并行算法通讯开销更小, 并行效率更高, 其并行加速比较列-行并行算法改善约10 %。
数值预报系统中经常要用到矩阵乘运算。在分布式超级计算机 (如IBM-SP) 上, 矩阵乘的并行计算需要较多的数据移动, 有效的数据传输对矩阵乘的实现至关重要。该文讨论了两种矩阵乘的并行算法, 一种是基于矩阵的列-行划分方式, 一种是基于矩阵的网格划分方式。在IBM-SP计算机上的实验结果表明, 网格划分的矩阵乘并行算法通讯开销更小, 并行效率更高, 其并行加速比较列-行并行算法改善约10 %。
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