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2009年  第20卷  第6期

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北京夏季空气质量的气象指数预报
杨元琴, 王继志, 侯青, 王亚强
2009, 20(6): 649-655
摘要:
该文提出一种参数化预报方法,制作北京及其周边地区夏季空气质量气象条件指数预报。采用2000-2007年7-9月北京市观象台大气成分 (PM10) 逐日观测资料和华北区域气象站网加密地面观测及探空信息,分析北京地区夏季奥运会历史同期与高污染过程 (PM10浓度>150μg/m3) 关系密切的敏感气象要素和变量。引入适应度函数分级方法,计算北京周边不同观测站可能形成污染向北京输送的权重,建立北京夏季空气质量气象条件参数PLAM (parameters linking air-quality and meteorology) 预报模型。PLAM指数给出北京局地污染气象条件的客观定量诊断和预测,并可指示周边地区有利 (或不利) 于污染向北京输送的强度和方位。夏季“静稳型”气象条件参数化PLAM方法为北京奥运气象保障任务实时提供预报产品,分别用PM10及可吸入颗粒物指数 (API) 对2008年7-8月PLAM逐日预报进行检验,相关系数达到0.001显著性水平。
输送对区域本底站痕量气体浓度的影响
徐晓斌, 刘希文, 林伟立
2009, 20(6): 656-664
摘要(3506) HTML全文 (626) PDF 975KB(2158)
摘要:
利用HYSPLIT4轨迹模式计算了临安、上甸子和龙凤山区域大气本底站2005年7月-2007年6月的气块后向轨迹, 并通过聚类分析取得了各站点平均轨迹的空间分布和季节变化等结果。将各站点同期观测到的O3, SO2, NOx和CO浓度通过滑动平均法去除季节变化, 取得其短期变化信号, 并将轨迹与这种短期变化信号对应, 比较真实地反映了排放源空间分布和轨迹移动特性对污染物浓度的影响。研究结果表明:移动高度高、速度快的气块不利于污染物积累, 对站点污染物起清除作用。但个别来自高空的轨迹会将富含O3的气块输送到地面, 从而使站点O3浓度升高。各站均有大约50%~60%的轨迹输送污染气块, 导致站点气体浓度升高。临安站的污染主要来自S-SW和N-SE扇区; 上甸子站的污染最主要来自SE-SW扇区, 其次来自N-SE和W-N扇区; 龙凤山的污染主要由来自S-WSW扇区。
我国北方地区对流层中下层臭氧收支
彭丽, 林云萍, 周广强, 赵春生, 耿福海
2009, 20(6): 665-672
摘要:
为了揭示我国北方地区对流层中下层臭氧(O3) 的形成机理以及周边地区的污染输送对我国北方地区对流层中下层O3收支的影响, 在与外场观测数据比较分析的基础上, 利用全球化学输送模式(MOZART-2) 采用收支分析方法定量分析了影响我国北方地区对流层中下层O3的各个物理化学过程。结果表明:我国北方地区对流层下层O3最重要的来源是光化学生成作用, 约占总来源的58.3%(41.5 Tg), 光化学生成反应中HO2对于O3生成的贡献最大; 最大的汇是干沉降过程, 约占总汇的43.2%(26.2Tg); 水平净输送作用对我国北方地区对流层中下层O3收支的影响非常大, 在我国北方地区对流层下层, 41.6%左右的O3来自水平净输送, 随高度增加, 水平输送影响增大, 我国北方地区对流层中层大约81.5%的O3来自水平净输送。
中国区域云特性分析及在FY-2云检测中的应用
刘健
2009, 20(6): 673-681
摘要:
云检测中所使用的云检测阈值正确与否是关系到云检测精度的重要因素。该文利用1983年7月-2007年6月ISCCP数据对覆盖我国及周边区域不同云类云顶温度的年、日变化特征进行分析, 得到云顶温度的分布特征; 对晴空下垫面与最暖云云顶温度差随纬度分布特征、不同区域晴空下垫面及云顶温度与晴空地表温度差日变化特征进行分析, 这些特征及每3 h的晴空下垫面24年平均亮温作为云检测算法的背景场, 用以判识实时动态提取云检测阈值的合理性。个例分析表明:利用多年平均晴空下垫面温度及最暖云云顶温度与晴空下垫面温度之差, 可有效识别云检测阈值的合理性, 合理的阈值有助于提高连续多日被云覆盖及冰雪下垫面条件下的云检测精度。
水物质对云雨区卫星微波观测模拟影响
董佩明, 王海军, 韩威, 王德英
2009, 20(6): 682-691
摘要:
受云和降水影响卫星资料在数值天气预报中的同化应用对于进一步改善数值预报效果具有重要作用, 这部分工作的开展要求快速辐射传输模式中能够较好地考虑各种水物质的辐射效应。使用美国卫星资料同化联合中心新近开发的快速辐射传输模式CRTM, 通过中尺度数值模式WRF的预报输出提供水物质输入, 分析水物质辐射效应对云雨区卫星微波观测模拟计算的影响。在WRF模式预报水物质的分布和天气系统配置合理并符合云物理基本特征的前提下, 水物质辐射效应的考虑极大改善了卫星观测模拟的效果。结合卫星各通道探测特性, 进一步分析各种水物质粒子对NOAA-16 AMSU A/B各通道卫星亮温模拟的影响和物理机理, 定量统计各类水物质对各卫星观测通道亮温计算偏差和偏差贡献的权重大小。分析结果表明:快速辐射传输模式中, 考虑水物质辐射效应为数值天气预报中云雨区卫星资料的同化应用提供了必需的基础条件。
晴雨(雪) 和气温预报评分方法的初步研究
张强, 熊安元, 张金艳, 冯明农, 王伯民
2009, 20(6): 692-698
摘要(2778) HTML全文 (625) PDF 612KB(1813)
摘要:
利用全国逐日天气预报产品和对应实况数据, 分析了目前普遍使用的晴雨(雪) 和气温预报评分方法存在的问题, 并进行了改进尝试和研究。结果表明:由于没有考虑降水概率的影响, 在降水概率全国差异较大的多数月份, 晴雨(雪) 预报正确率与单站无降水频率表现为正相关, 具有无降水频率越大评分越高的趋势; 采用绝对标准值(1 ℃或2 ℃) 作为阈值进行气温预报准确率评分, 评分结果与气温日际变化呈明显负相关, 气温日际变化偏小则评分值偏高的趋势比较明显。该文提出的晴雨(雪) 和气温预报改进评分方法能有效减少降水概率和气温日际变化对晴雨(雪) 和气温预报评分的影响, 提高不同气候背景地区天气预报评分结果的可比性, 在天气预报质量检验和评估业务中具有一定的应用和推广价值。
利用神经网络方法建立热带气旋强度预报模型
黄小刚, 费建芳, 陈佩燕
2009, 20(6): 699-705
摘要:
以神经网络方法为基础,建立西北太平洋热带气旋强度预测模型,模型首先进行历史相似热带气旋选择。从选择的样本出发,计算得到一组气候持续因子、天气学经验因子和动力学因子, 对这些因子采用逐步回归方法进行筛选,将筛选得到的因子同对应时效的热带气旋强度输入神经网络训练模块,从而得到优化的预测模型。从2004-2005年西北太平洋26个热带气旋过程对12,24,36,48,72h等不同预报时效分别进行的634,582,530,478,426次预测试验结果的统计来看,相对于线性回归模型预测水平,该模型显著降低了各时段的预测误差。从几个热带气旋个例的预测结果来看, 该模型对超强台风, 以及具有强度迅速加强、再次加强等特征的热带气旋过程均有很好的描述能力。
基于TIGGE资料的地面气温多模式超级集合预报
林春泽, 智协飞, 韩艳, 王靖宇
2009, 20(6): 706-712
摘要:
基于TIGGE资料, 采用均方根误差分别对欧洲中期天气预报中心、日本气象厅、美国国家环境预报中心和英国气象局4个中心集合预报的地面气温场集合平均结果进行检验评估, 比较各中心地面气温的预报效果。并利用超级集合、多模式集合平均和消除偏差集合平均3种方法对4个中心的地面气温预报进行集成, 同时对预报结果进行分析。结果表明: 2007年夏季日本气象厅与欧洲中期天气预报中心在北半球大部分地区预报效果最好, 各中心在不同地区预报效果不同。超级集合与消除偏差集合平均降低了预报误差, 预报效果优于最好的单个中心预报和多模式集合平均。对于较长的预报时效, 消除偏差集合平均表现出了更好的预报性能。
基于自适应阈值的地基云自动检测方法
杨俊, 吕伟涛, 马颖, 姚雯, 李清勇
2009, 20(6): 713-721
摘要:
云的高精度检测是云量计算的基础,利用晴朗天空下天空呈蓝色、云呈白色的属性, 该文提出一种基于最大类间方差的自适应阈值云检测方法, 并分别基于蓝红波段比值、差值和归一化差值处理进行试验。相比固定阈值的云检测方法, 自适应阈值具有更大的通用性, 且定量的评估结果表明:归一化差值处理在云检测的正确率和精确度方面都获得了令人满意的检测效果。
全国电线结冰厚度分布及等级预报模型
殷水清, 赵珊珊, 王遵娅, 张强, 唐为安
2009, 20(6): 722-728
摘要:
利用1961-2008年全国电线结冰及相关气象要素台站观测资料,分析电线结冰厚度的空间分布特征,并建立利用前期冰冻日数,前1天日最低气温、相对湿度、风速和降水量预报电线结冰厚度等级的3层人工神经网络BP模型。结果表明:电线结冰厚度最大值在10mm以上的地区,在北方主要位于东北东南部、内蒙古东北部、华北中部以及甘肃南部等地,在南方主要位于安徽东南部、江西北部、湖南南部、湖北西部、重庆南部、贵州中部以及四川东部等地,呈东-西向带状分布。近48年来,安徽黄山和江西庐山覆冰厚度历年极大值和覆冰日数均呈增长趋势;四川峨眉山、甘肃西峰镇的历年极大值和覆冰日数均呈减小趋势。建立的人工神经网络BP模型能在一定程度上预报结冰厚度等级, 模型对近10年的回报结果显示, 准确率为81.3%。
四川省潜在蒸散量估算模型
张顺谦, 马振峰, 张玉芳
2009, 20(6): 729-736
摘要:
Penman-Monteith法是FAO-56推荐的计算潜在蒸散量的标准方法, 但由于涉及的气象要素较多, 难于在业务中应用。以综合气象干旱指数的业务化应用为目标, 利用1971-2000年四川省156个气象站的观测资料, 以Penman-Monteith法计算结果作为标准,分析了Thornthwaite法和Hargreaves法对川西高原和四川盆地年、月潜在蒸散量的估算精度, 建立了可供业务应用的ET0估算模型, 并应用于2006年四川省特大伏旱监测, 结果表明:Thornthwaite法反映不出ET0的年际变化,在冬季显著偏小, 而Hargreaves法对ET0的年际变化具有较好的反映能力, 与Thornthwaite法相比,其ET0年、月估算值更接近于Penman-Monteith法标准值,且Hargreaves法估算值与Penman-Monteith法标准值之间具有较好的线性关系,引入风速和相对湿度两个订正因子后,Hargreaves订正值的误差可控制在10%以内, 基于该文ET0估算模型计算的综合气象干旱指数对四川干旱具有较强的监测能力。
沪宁高速公路路面温度变化特征及统计模型
田华, 吴昊, 赵琳娜, 陈辉, 李坤玉, 杨晓丹
2009, 20(6): 737-744
摘要:
使用2006年7月-2007年6月沪宁高速公路沿线梅村和仙人山站附近的逐分钟路面温度、气温、湿度、风向、风速、降水气象资料, 分析了梅村和仙人山不同季节和不同天气状况下路面温度的日变化特征。结果表明:不同季节路面温度和气温具有明显的日变化;日出至日落时段,路面温度与气温有较大差异。在此基础上,应用逐步回归方法建立了梅村和仙人山最高和最低路面温度统计模型, 得出最低路面温度模型模拟结果与实况的变化趋势接近,误差绝对值不超过2℃, 具有很好的实际应用价值; 而最高路面温度模型在一定程度上模拟结果偏差较大,实际应用中需进行适当修订。
近40年河北省地表干燥度的时空变化
杨彬云, 吴荣军, 杨保东, 牛英洁
2009, 20(6): 745-752
摘要:
利用河北省1970-2007年48个气象台站逐日资料, 采用Penman-Monteith模型计算潜在蒸散量, 由潜在蒸散量和降水量之比构建干燥度指数, 并采用Kriging插值法进行空间插值以分析其区域特征。结果表明:1970-1985年, 由于降水量减少和潜在蒸散量减少, 蒸散量的减少速率大于降水量的减少速率, 地表干燥度指数呈下降趋势, 潜在蒸散量的显著减少是地表干燥度下降的主要原因, 而风速和日照时数的显著降低决定了潜在蒸散量的显著下降; 1986-2007年, 由于年平均气温的显著升高, 潜在蒸散量增加, 使得地表干燥度略呈上升趋势。河北省地表干燥度高值区分布在张家口地区的桑洋盆地和坝西高原, 而低值区主要在燕山南麓低山丘陵地区的承德西南部、唐山的北部和秦皇岛中北部大部分地区。干燥度减少区域主要集中在河北省东北部至河北省西部的带状区域。
华西秋雨天气过程中GPS遥感水汽总量演变特征
陈娇娜, 李国平, 黄文诗, 刘碧全, 杨东
2009, 20(6): 753-760
摘要:
利用成都地区地基GPS观测网2007年9-11月的观测数据, 结合自动气象站资料计算出30 min间隔GPS遥感的大气水汽总量(GPS-PWV)。将成都地区秋季降雨分为阵性降雨和连续性降雨(秋绵雨), 结合其他气象要素资料, 分析了GPS-PWV变化与成都秋雨之间的关系。结果表明:高值的水汽总量是产生降水的必要条件; 不同的降水过程, GPS-PWV的变化幅度、极值水平和持续时间存在明显差异。水汽的增长、上升运动的增强和温度的减少是造成阵性降水的主要原因; 而秋绵雨过程中, 水汽的增长和地面露点温度差与降水过程有较好的对应关系。
净全辐射表两种校准方法比较
杨云, 吕文华, 付锡贵, 王冬, 丁蕾
2009, 20(6): 761-766
摘要(2624) HTML全文 (607) PDF 890KB(1906)
摘要:
该文介绍了净全辐射表的两种校准方法。使用长短波辐射表组成的净全辐射标准器组, 在不同环境条件下对现用标准净全辐射表和6台气象台站用工作级净全辐射表的灵敏度进行了测试, 通过试验了解检定环境条件下新的标准器组与现用标准器之间的关系, 分析了通过不同标准器组得到的工作级净全辐射表的测量结果, 得到了新的标准器组使用后检定结果的随机误差。通过数据对比分析, 得出使用新的标准组检定的净全辐射表, 其不确定度白天降低9.2%, 夜间降低5.2 %。
基于多普勒天气雷达产品的降雪及冻雨综合分析
何彩芬, 黄旋旋, 卢晶晶
2009, 20(6): 767-771
摘要:
利用常规观测资料、探空资料、多普勒雷达资料从天气背景、温度层结及雷达回波特征等方面对宁波2004-2008年的7次降雪过程进行综合分析。结果表明:中层西南气流、低层逆温、低层转偏北风及地面气温低于4 ℃是宁波降雪的必要条件, 西南气流的强弱与范围很大程度上决定降雪强度; 冻雨要求中低空存在高于0 ℃的融化层, 下垫面温度低于0 ℃, 降雪则要求冻结层厚度远大于融化层或者没有融化层; 降雪回波特征中, 回波强度一般低于30dBz, 与降雪量对应关系不明显, 水平和垂直反射率因子梯度小, 结构均匀, 一般谱宽小于4 m/ s, 回波顶高低于6000 m; 零度层亮带所在高度的降低、消失与雨雪转换时间基本吻合, 可以利用零度层亮带高度的变化来判断降水性质的转变; 600 hPa以下零速度线随高度的变化, 对雪止临近预报有一定的指示意义。
浙江省台风灾害影响评估模型
张永恒, 范广洲, 马清云, 李泽椿, 曹海维
2009, 20(6): 772-776
摘要(3257) HTML全文 (608) PDF 464KB(2193)
摘要:
选取2000-2006年影响浙江省的20个台风所造成的灾害进行分析, 采用模糊数学原理和方法建立评估模型, 在考虑台风本身自然灾变因素的基础上加入了致灾的社会、经济因素, 组合成10个灾害影响因子输入模型, 计算出台风综合评价指数, 并利用数理统计分析方法将台风灾后的死亡人数、受伤人数和直接经济损失折算成规范化指数---灾级指数, 用来表示实际灾情, 并客观地将两指数划分为特别重大、重大、较重、一般4个等级, 分别得到两指数各自的轻重灾害判据。对比分析表明:该灾害评估模型具有较高的拟合率, 全部个例的两指数同级率达到了90 %, 错报等级也仅差一级, 能够较好地评价和预测台风可能造成的损失程度, 将其应用到应急管理中, 可为台风防灾减灾工作提供决策支持。