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2008年  第19卷  第2期

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陆面网格尺度变换时植被类型处理方法的探讨
张正秋, 孙菽芬
2008, 19(2): 129-136
摘要:
针对陆面模式与大气模式耦合, 对比分析了模式网格点上多种植被并存和单一植被两种情况下的计算结果, 同时给出了网格元上地表有效温度、地表有效感热和潜热通量等的计算方案。试验使用SSiB陆面模式并以HAPEX-MOBILHY资料作为气象强迫场。试验结果表明:如果将网格元上多种植被类型归类成同一种植被类型, 模式对有效地表温度、感热和潜热通量等的计算结果与考虑多种植被类型的结果有很大差异。根据实际情况, HAPEX-MOBILHY试验区40%为森林, 60%为混合农业区, 如果根据一般的植被类型归类法, 将该试验区全部看作草地, 其积分结果与将该试验区看作40%为落叶针叶林和60%为草地的积分结果也存在一定的差别; 虽然有些植被类型在网格元上所占的覆盖面积较小, 但它却对网格元上地表通量的计算有较大的贡献。该研究对今后陆面模式耦合工作有一定的指导意义。
含AgI人工冰核粒子的电镜分析
苏正军, 郑国光, 关立友, 张纪淮, 黄庚
2008, 19(2): 137-144
摘要:
为深入认识当前人工影响天气作业中广泛使用的AgI焰剂的成冰特性, 利用电子显微镜对含AgI焰剂产生的人工冰核粒子尺度特征进行分析研究。利用环境场扫描电镜对焰剂颗粒的尺度分布和形态学特征进行研究, 利用场发射高分辨透射电镜纳米区域的X射线成分分析 (EDS) 对实验样品的颗粒结构特点和主要组成成分进行研究。实验结果表明:不同配方焰剂燃烧产生的颗粒谱分布特征有明显差异, 所取5种焰剂产生的颗粒平均谱分布, 其直径在0.02~0.50 μm之间的粒子数占98.96%, 即产生粒子绝大部分都可直接参加云内的成冰核化过程, 但其谱宽、峰值直径, 分布特征都不相同。透射电镜结果表明:焰剂颗粒的主要组成是KCl, 其表面附着AgI小颗粒, 该结构特征可能更有利于焰剂颗粒的成冰核化。利用中国气象科学研究院1 m3等温冷云室对AgI焰剂阈温对比实验表明:5种焰剂的成冰阈温在-3.5~-4.4 ℃范围内, 不同焰剂配方的阈温不同, 最大相差1 ℃。焰剂成冰核化速率主要由颗粒的大小 (均立方根直径) 决定, 同时受到谱宽、主峰位置等多种分布特征量影响, 改进配方时应综合考虑。同时, 由于高于-4.4 ℃时, 焰剂产生颗粒接触过冷水滴缺少活性, 即含AgI焰剂不适于云中较暖区的催化。
热带对流季内振荡强度异常特征及其与海表温度的关系
李丽平, 王盘兴, 管兆勇, 杨松
2008, 19(2): 145-142
摘要:
利用外逸长波辐射 (outgoing longwave radiation, OLR) 资料分析了热带对流季内振荡 (ISO) 强度的季节变化及年际异常特征, 重点研究其与海表温度的关系。结果表明:最强的OLR季内振荡主要位于高海表温度 (SST) 区, 即热带印度洋和热带西太平洋区域, 终年存在, 冬、春季最强, 振荡中心偏于夏半球。OLR季内振荡强度年际异常显著区域是热带中东太平洋区域、西北太平洋区域和西南太平洋区域, 它与SST年际异常存在局地正相关关系, 伴随环流的辐合辐散, 并与ENSO事件关系密切。另外, El Niño事件发生之前, 热带印度洋和热带西太平区域OLR季内振荡增强, 其中心随事件的发展逐渐东移, 事件发生后这两个区域ISO减弱, 这与OLR季内振荡强度年际异常显著的区域具有内在连贯性。海表温度是决定OLR季内振荡强度季节变化、年际异常的一个关键因子。
雷达资料在孤立单体雷电预警中的初步应用
王飞, 张义军, 赵均壮, 吕伟涛, 孟青
2008, 19(2): 153-160
摘要:
利用多普勒雷达资料, 结合探空、闪电资料对2005年夏季北京地区的20个单体过程进行综合分析, 结果表明:40 dBz是比较适合该地区雷电预警的一个雷达回波特征参量; 在此基础之上, 将0 ℃层结高度作为基础特征高度, 并结合-10 ℃层结高度和强回波所占比例对孤立单体的雷电发生进行综合预警是一种较为接近实际应用的方法。根据以上分析, 该文针对孤立单体能否发生闪电、以及闪电发生的起始时间给出了一个初步的预报方法, 并利用22个孤立单体进行了检验。检验结果证明:该方法在对单体是否会发展为雷暴单体, 以及雷暴单体中初次闪电发生时段的预报方面效果较好。同时还发现, 雷暴单体中从25 dBz回波出现到单体的35 dBz回波厚度变化率达到极值的时间差, 与雷暴中最早的云闪与最早的地闪之间的时间差, 两者存在一定的线性关系。这为进一步预测地闪的发生提供了一个参考依据。
青藏高原冬季NDVI与西南地区夏季气温的滞后关系
李学敏, 周定文, 范广洲, 李洪权, 华维, 刘雅勤
2008, 19(2): 161-170
摘要:
该文利用EOF分解得到的1982—2001年西南地区夏季平均、最高和最低气温的时空特征显示, 西南地区夏季平均、最高气温的时空变化具有很好的一致性, 尤其是川渝地区20世纪80年代为气温负距平, 90年代开始有明显升温。利用GIMMS NDVI和西南4省市96个台站的气温资料进行了相关分析、合成分析以及SVD分析, 得到前期冬季青藏高原植被影响该区夏季气温的滞后关系以及影响较大的区域。结果表明:西南地区夏季平均气温、最高气温对青藏高原冬季植被变化较敏感, 其中青藏高原西部NDVI与西南地区夏季气温的相关强于东部; 青藏高原NDVI异常偏高对应西南地区夏季气温偏高, 其中最高气温升高较明显, 增温最大值出现在7月, 位于西南地区北部; 青藏高原冬季植被变化与西南地区平均气温、最高气温和最低气温的最佳耦合模态中影响程度及关键区域略有差异, 青藏高原冬季NDVI与夏季平均气温关系最密切, 其中青藏高原东北大部分地区和南部 (包括拉萨及林芝东部地区) 的影响最大, 气温对前期青藏高原NDVI变化反应的敏感区主要位于四川盆地及其附近地区。
新疆夏季降水年际变化与亚洲副热带西风急流
杨莲梅, 张庆云
2008, 19(2): 171-179
摘要:
利用1960—2003年NCEP/NCAR再分析和新疆75个气象站月降水资料, 分析了新疆夏季降水与亚洲副热带西风急流的关系, 新疆夏季降水与西亚急流的南北位置和准静止波活动密切联系。通过波作用量的动力学诊断分析, 研究了新疆降水异常年准静止波活动特征, 新疆降水异常年斯堪的纳维亚半岛向东传播的中高纬静止波传播方式的不同, 从而影响沿副热带西亚西风急流传播的静止波活动, 进而影响新疆夏季降水, 并存在沿60°E自南极高纬低层经向上传至低纬对流层顶部, 并在北半球副热带地区转为经向下传至北半球中纬地区的波列, 该波列活动与西亚急流变化联系。
雾灵山GPS掩星观测实验分析
宫晓艳, 胡雄, 吴小成, 张训械, 宋淑丽
2008, 19(2): 180-187
摘要:
在高山的山顶上, 利用GPS接收机跟踪低仰角和负仰角的GPS卫星信号, 即山基GPS掩星观测, 该技术可以获得低层大气折射指数剖面。2005年8月1—29日, 在河北雾灵山 (40.60°N, 117.48°E, 海拔2118 m) 开展了山基GPS掩星观测实验, 共获得576 h的原始观测数据, 跟踪到掩星事件共1136次, 其中621次上升掩星事件, 515次下降掩星事件, 平均每小时观测到2次掩星事件, 经反演成功获得939个大气折射指数剖面。分析结果表明:山基掩星事件发生时间 (地方时) 大体呈平均分布; 山基掩星事件持续时间大部分在15~20 min; 山基掩星事件跟踪最低负仰角分布的峰值出现在-3°~-2.5°之间, 所跟踪到的最低负仰角达到-4.994°, 出现在正南稍偏东方向; 下降掩星事件的最低仰角分布明显低于上升掩星事件的最低仰角分布。上述实验结果表明:山基掩星观测每天可为低层大气环境监测提供大量时空分布的折射率数据, 具有潜在的应用前景。
地面雨滴谱观测的图像自动识别方法
安英玉, 金凤岭, 张云峰, 祖雪梅
2008, 19(2): 188-193
摘要:
该文介绍了地面雨滴谱观测方法的研究, 通过增大取样面积、增加辅助观测手段, 改进了传统的滤纸取样法, 设计出图像自动识别软件应用到雨滴谱资料的处理中, 这种方法不仅可以增加观测的样本数, 以获得稳定的雨滴谱资料, 而且有利于资料的相互配合与分析。对其图像的位置变化、形状改变、滴谱重叠等情况进行验证以及对计算结果进行误差分析, 雨滴谱资料中的单个滴谱图像位置变化和形状变化对图像识别后的结果没有影响, 自动图像处理程序运行结果稳定可靠。程序在处理不粘连的滴谱资料时敏感性较好, 对于大滴溅散而形成的很多溅散滴时, 会处理成很多单独的小雨滴, 同时也说明无法解决溅散问题。在雨滴重叠问题上该程序智能程度不高, 不能真正鉴别是否存在重叠现象, 无法将重叠的雨滴分离开来, 往往会将重叠在一起的雨滴视为一个滴, 从而带来观测雨滴数量减少的现象。从雨滴谱资料处理误差分析上看, 斑迹直径在3~18 mm时相对误差小于6%, 对于直径小于4 mm雨滴误差完全控制在6%以内, 且在处理小滴时误差更小。该方法在地面雨滴谱观测及资料处理中准确度高、性能稳定、实用性强, 为雨滴谱资料的处理分析提供了一个新的思路, 可以应用到实际工作中。
GRAPES模式切线性垂直扩散方案的误差分析和改进
张林, 朱宗申
2008, 19(2): 194-200
摘要:
针对GRAPES四维变分同化系统的升级, 研究了GRAPES模式垂直扩散方案线性化问题。通过2005年8月7—27日21个个例的批量试验, 发现在GRAPES模式垂直扩散方案源代码的基础上逐句线性化得到的切线性垂直扩散方案即使能通过正确性测试试验, 在少数情况下也会存在很大误差。切线性模式计算的扰动气压场和扰动风场可能出现明显异常, 这种异常与垂直扩散方案中地表动量通量的强非线性有关。如果在切线性垂直扩散方案中忽略地表动量通量扰动, 既可以避免异常的出现, 又不影响其他正常时刻的计算精度。修改后的切线性垂直扩散方案能够在所有变量上一致地提高切线性模式的计算精度。
对偶Kriging插值方法在气象资料分析中的应用
郑永骏, 金之雁
2008, 19(2): 201-208
摘要(5082) HTML全文 (1426) PDF 2214KB(2295)
摘要:
非对偶Kriging方法是一种局部插值, 因此对每个插值点都要重新求解Kriging线性系统从而非常耗时。该文介绍了通过等价变换将泛Kriging方法转换成对偶Kriging方法, 对偶Kriging方法是一种全局插值, 其Kriging线性系统不依赖插值点, 因此仅需一次求解Kriging线性系统即可计算所有插值点的值, 从而极大提高了计算效率。数值试验的实际计算表明, 对偶Kriging方法不仅计算精度完全与泛Kriging方法一致, 整体效果相当于或优于GrADS绘图软件的Cressman方法; 而且对偶Kriging方法的计算效率远高于泛Kriging方法。最后, 该文通过统计与拟合得到了降水的4类半变异函数模型的表达式, 并通过敏感试验研究4类半变异函数模型对降水分析精度的影响。
麦莎台风造成冀东大暴雨的数值模拟和诊断分析
陈艳, 宿海良, 寿绍文, 贾子冰, 王莉萍
2008, 19(2): 209-218
摘要:
2005年第9号台风麦莎登陆后减弱为热带风暴, 受其影响, 8月8—10日河北东部地区出现大暴雨天气过程。采用中尺度数值模式MM5对这次过程进行了模拟, 对模拟结果进行了综合分析。结果表明:暴雨区上空有准饱和且深厚稳定的湿层, 低层强烈辐合与高层辐散互相配合, 强降水区与散度和垂直上升中心有很好的对应关系; 台风东部暖、西部冷, 中低层偏东风急流将海洋上的高能量暖湿空气向暴雨区输送; 局地螺旋度的极大值中心对未来强降水区有一定的指示作用, 强降水区发生在风暴相对螺旋度的大值中心或其东南部的等值线密集区域。
长江三角洲地区降水资料的均一性检验与订正试验
李庆祥, 江志红, 黄群, 游泳
2008, 19(2): 219-226
摘要:
该文对1961—2002年我国长江三角洲地区36个地面观测站的年、月降水资料序列作均一性检验和订正试验, 以探讨我国年、月降水气候观测序列的均一化方法和思路。该文首先从与待检台站序列相关性较好、台站距离较近的台站中选取了若干站点作为待检台站的参考台站建立参考序列, 采用传统的标准正态检验 (SNHT) 方法, 对所研究的地区年降水的均一性进行了检验。检验结果显示, 该地区降水序列中存在非均一性现象。考虑到所选地区站点密度仍然不够, 文中还采用了一种不依赖于参考台站的思路, 对上述检验结果进行了进一步确认后, 最后对不连续序列进行了逐月订正调整。对比分析表明, 对序列的订正较为合理。在已有的研究基础上, 结合我国台站网络实际特点, 提出结合不同思路来研究我国降水量数据均一性是必要的和可行的, 应用该思路对于我国降水序列进行均一性研究具有一定的合理性和应用前景。
电接风向风速自记纸数字化处理系统的设计与实现
屈志毅, 胡文超, 孔令旺, 吴换霞
2008, 19(2): 227-232
摘要:
纸质记录曲线的识别和数字化是图像处理和模式识别领域的一项重要内容, 是对气象档案馆保存的气象纸质曲线资料数字化的有效方法。该文研究并构建了电接风向风速自记纸数字化处理系统, 该系统主要包括4个处理阶段:自记纸图像的输入、图像预处理、自记曲线的分割、曲线的跟踪和识别。其中, 自记纸图像的输入应用TWAIN (Toolkit Without An Interesting Name, 无注名工具包协议) 标准来设计, 对记录曲线的跟踪识别, 该文提出的基于灰度积分投影的分段线性插值算法, 取得了很好的识别效果。
贵州高原起伏地形下日照时间的时空分布
袁淑杰, 缪启龙, 邱新法, 谷小平
2008, 19(2): 233-237
摘要:
由于坡度、坡向和地形之间相互遮蔽等局地地形因子的影响, 实际起伏地形下的日照时间与水平面上的日照时间有一定差异。该文建立了一种基于数字高程模型 (DEM) 的起伏地形下日照时间的模拟方法, 计算了起伏地形下贵州高原100 m×100 m分辨率日照时间的时空分布。结果表明:坡度、坡向、地形遮蔽对日照时间的影响较大, 实际起伏地形下日照时间的空间分布具有明显地域特征。1月太阳高度角较低, 坡度、坡向的作用非常明显, 地形遮蔽面积较大, 日照时间的空间差异较多, 日照时间为16~142 h, 最大值约为最小值9倍; 7月太阳高度角较高, 地形遮蔽面积相对较小, 日照时间的空间差异相对较少, 日照时间为133~210 h, 最大值为最小值1.6倍, 但由于7月日照时间相对较多, 局地地形对日照时间影响仍明显。4月、10月日照时间及其变化幅度介于1月和7月之间。
东亚冬季风经向异常与后期嘉兴梅雨关系
陆琛莉
2008, 19(2): 238-242
摘要:
利用1948—2005年NCEP/NCAR再分析资料, 定义了一个可以反映中高纬度间冬季风强弱差异的冬季风经向变化指数 (WMMCI), 该指数与东亚冬季风指数有较好的对应关系。强 (弱) 冬季风年后期嘉兴梅雨偏多 (少) 为主, 年际、年代际关系对应为正相关, 并对后期降水有持续影响, WMMCI指数持续增强 (减弱) 2年并处于强 (弱) 冬季风年时, 后期嘉兴梅雨持续偏多 (少), 嘉兴梅雨降水升高或降低的变化趋势滞后于该指数变化。对500 hPa高度场距平合成分析表明:强 (弱) 冬季风年北正 (负) 南负 (正) 的距平分布使中高纬度经向 (纬向) 环流发展, 有利 (不利) 于冷空气南下影响, 并对后期大气环流产生持续影响, 从而有利 (不利) 于降水。冬季风经向异常对嘉兴后期降水持续影响的一个可能解释是, 持续增强 (减弱) 的强 (弱) 冬季风使赤道太平洋地区盛行风向发生改变, 使赤道太平洋海温变化出现异常, 触发El Niño (La Niña) 事件, 从而对后期大气环流造成持续影响。
Lustre并行文件系统的发展及在气象领域的应用前景
杨昕, 沈文海
2008, 19(2): 243-249
摘要:
Lustre是一个在Linux集群环境中广为应用的并行文件系统。该文介绍Lustre相关技术, 并针对气象应用的特点和国家气象信息中心的现状和发展, 设计了一个基于Lustre的多集群全局文件系统整合模型。分析表明:这一模型可以为气象应用提供高效、灵活和统一的在线存储资源, 同时能够较好地满足总体计算环境对“业务连续性”的需求。
风云二号卫星空间天气监测预警系统开发及其应用
单海滨, 关敏, 刘玉洁, 余涛, 戎志国
2008, 19(2): 250-256
摘要:
风云二号卫星载有太阳X射线监测仪及空间粒子探测器, 空间粒子探测器实时监测轨道空间的质子、电子及α粒子的能谱及通量变化, 太阳X射线监测仪实时监测太阳软硬X射线暴。这些监测数据直接反映了太阳的活动水平, 可对X射线暴、质子事件及电子事件进行实时监测。同时, 利用风云二号X射线探测器的数据, 可对一些空间环境灾害进行预警。该文介绍了中国气象局“空间天气监测预警系统一期工程”中有关风云二号静止气象卫星 (B星) 空间环境监测资料软件处理系统的设计思路, 以及高能粒子探测器和太阳X射线监测仪的数据处理方法, 并通过一些实例, 介绍了该系统在利用风云二号卫星空间环境监测数据进行空间天气监测预警业务的情况。