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2010年  第21卷  第1期

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中国4个地点地基与卫星臭氧总量长期观测比较
郑向东, 韦小丽
2010, 21(1): 1-10
摘要:
对我国河北香河、云南昆明、青海瓦里关及黑龙江龙凤山地基观测臭氧总量与不同时期、不同卫星反演的产品差别特点进行比较,评估地基和卫星观测臭氧总量数据的质量信息以及近30年来我国不同区域臭氧总量的变化趋势特征。结果表明:4个站点的地基与卫星观测臭氧总量的绝对和相对差别分别为-5~10 DU和-5%~4%;日平均相对差别基本上呈现随机分布特征。TOMS算法反演的卫星臭氧总量与地基差别总体上要优于与DOAS算法反演的同期产品。地基与卫星臭氧总量差别呈明显的区域特点,可能反映了卫星反演计算中所需的臭氧、温度垂直分布等初始条件的纬度分布差异对卫星产品精度的影响。在过去30年,4个站点的臭氧总量在经历1993年前的显著降低后于1995—1996年逐渐回升,而瓦里关站在2001年前后的回升更为明显。
长江下游梅雨期低涡统计分析
杨引明, 谷文龙, 赵锐磊, 刘洁
2010, 21(1): 11-18
摘要:
应用1998—2005年长江下游地区常规观测资料,结合卫星云图和中尺度数值模拟结果,对该时段发生在长江下游的局地生成中尺度低涡活动进行统计,并对低涡生成大尺度环境场及物理量参数进行合成诊断分析,为长江中下游地区梅雨期暴雨预报提供实际参考。结果表明:长江下游地区中尺度低涡主要形成于大别山山脉及山脉两侧的高能高湿的环境条件中,槽前的正涡度平流输送是低涡形成的必要条件之一。长江下游地区中尺度低涡一般存在于700 hPa以下的对流层低层,水平尺度普遍在400 km之内,形成后沿东北方向移动,在山东北部沿海入海,或沿东南方向移动在江苏南部到浙江北部沿海入海,在陆地上的生命期一般小于48 h,但70%以上的低涡都在长江下游地区触发中尺度对流系统发展而产生暴雨。暴雨区主要发生在低涡的南侧或东南侧,高低层急流配置、低层水汽输送和地形条件对低涡暴雨的触发具有重要作用。
AMDAR资料在北京数值预报系统中的同化应用
仲跻芹, 陈敏, 范水勇, 张朝林
2010, 21(1): 19-28
摘要:
该文针对北京市气象局业务快速更新循环同化预报系统 (BJ RUC),通过对有无飞机观测资料参加同化的预报试验客观要素预报均方根误差和降水量TS评分的对比分析,探讨了飞机观测资料对短期数值天气预报的影响。结果表明:飞机观测资料的同化对于前9 h预报时效内的高空风和温度预报有明显的正面影响。其中,对风预报的正面影响集中在925~250 hPa高度上;而对温度预报的正面影响主要体现在850~400 hPa之间的各层内。在快速更新循环的暖启动模式下,飞机观测资料同化比冷启动模式下带给预报结果更明显的正面贡献。飞机观测资料参加同化对于降水预报技巧的提高也有正面效应,对24 h和12 h累积降水量TS评分以及12~18 h和18~24 h时段内的6 h累积降水TS评分有明显提高,提高的最大幅度达50%,并对相应阈值和时段内无飞机观测资料参加同化的试验中雨区偏大现象有改善。分析增量分布特征与同化带来的风温要素3 h预报改进的垂直特征基本对应,表明飞机观测资料参加同化对初始场中风场和温度场质量的改进。
近40年我国极端温度变化趋势和季节特征
杨萍, 刘伟东, 王启光, 熊开国, 侯威
2010, 21(1): 29-36
摘要:
利用1961—2000年我国194个测站逐日最高温度和最低温度器测资料,结合具有实际意义的季节极端温度指数,分析了我国近40年极端温度事件的年变化趋势和季节特征。对年极端气候指数的研究表明:绝对阈值定义的冷暖指数由于无法考虑南北气候差异,其结果不理想。百分比阈值所得的冷暖指数中,冷日指数和暖日指数具有不对称性,冷夜指数和暖夜指数具有较强的对称性。对季节极端温度指数研究表明:冬季极端冷指数变化趋势最为明显,夏季极端暖指数的变化趋势次之,春、秋两季极端冷指数的变化趋势不明显;年和季节尺度的极端冷暖指数均反映出增暖趋势。
青藏高原积雪异常与大气环流异常间关系分析
钟爱华, 严华生, 李跃清, 夏兰
2010, 21(1): 37-46
摘要:
在参考前人对青藏高原积雪异常年的划分成果的基础上,初步确定出1957—2003年的典型积雪异常年。采用NCEP提供的全球144×73个格点1957—2003年前一年12月至当年5月100 hPa和500 hPa的月平均高度场资料,分析了青藏高原积雪异常与大气环流异常的相互关系,提出了大气环流异常影响青藏高原积雪异常可能的天气气候成因机制;应用三因子最优子集二级判别,建立了判别青藏高原积雪多雪年/少雪年的判别方程,作为客观、定量判断高原积雪异常的指标;结合初步确定的典型青藏高原积雪异常年,用得到的最优判别方程进行划分,并经反复论证后,确定出1957—2003年青藏高原积雪正常略多年和正常略少年。
近45年华中地区不同级别强降水事件变化趋势
陈波, 史瑞琴, 陈正洪
2010, 21(1): 47-54
摘要:
利用华中五省84个测站1961—2005年逐日降水资料,通过分位值法、趋势系数法、蒙特卡洛统计检验法、曼肯德尔法、小波分析等现代统计诊断方法,分析了华中地区不同级别强降水的时空变化趋势、突变和周期特征。结果表明:随着分位值减小,降水量、日数的平均值和均方差逐渐减小,变差系数逐渐增大;而强度的3项指标均逐渐增大;在空间分布上,降水量自河南向湖南和江西逐渐增大;日数自北向南逐渐增大;强度以湖北东部至江西北部的长江中下游一线以及湖南西北部局部地区为高值区;区域平均的降水量、日数和强度均呈增加趋势,但不同测站表现不同;降水量一致在1993年发生突变,呈增多趋势;日数在20世纪80年代末、90年代初发生突变;强度自1994年开始增强,21世纪后加强、减弱现象交替出现;降水量、日数和强度有12~14年的年代际变化和6~9年的短期变化。
一种改进的BP算法及在降水预报中的应用
闵晶晶, 孙景荣, 刘还珠, 王式功, 曹晓钟
2010, 21(1): 55-62
摘要:
传统BP(back propagation)算法在实际应用中具有网络结构参数和学习训练参数难以确定、泛化能力差、训练学习易陷入局部极小点等问题。该文在传统BP算法的基础上,提出一种改进算法,在训练过程中能自动确定各种参数,并避免陷入局部极小点,提高网络的泛化能力。利用2003—2005年5—9月中国国家气象中心T213的数值预报产品,通过动力诊断得出反映降水的物理量,然后从中挑选出与降水关系较好的25个因子,连同中国国家气象中心T213模式、日本气象厅业务模式和德国气象局业务模式相应的降水量预报结果作为预报因子。采用改进的BP算法建立江淮流域68个站24 h降水 (08:00—08:00,北京时)3个等级(降水量≥0.1 mm,降水量≥10 mm,降水量≥25 mm)的预报模型。通过对2006—2007年5—9月68个站试报结果表明:改进BP算法对降水预报的TS评分大大高于传统BP算法,也高于几种模式的降水预报结果,同时,改进算法使降水预报的平均空报率、漏报率明显降低。
兰州至关中电线积冰与导线线径及高度关系
吴素良, 范建勋, 姜创业, 李卫林, 何晓嫒, 崔巍
2010, 21(1): 63-69
摘要:
对2006—2007年、2007—2008年冬季甘肃、陕西、宁夏多个测点不同线径、不同架线高度电线积冰观测资料分析可知,不同线径电线积冰的净直径、净厚度、等效厚度、积冰重量间存在显著线性关系。直径为26 mm导线电线积冰重量约为18 mm导线的1.2倍,是4 mm铁丝的1.3倍。直径为26 mm导线与直径为18 mm导线电线积冰间的各项关系都较26 mm导线与4 mm铁丝的线性关系更为显著;大直径导线电线积冰的净直径、净厚度、等效厚度均小于4 mm铁丝;26 mm导线与18 mm导线电线积冰的净直径、等效厚度基本相等。电线积冰等效厚度是架设高度比的幂函数;忽略水滴下沉速度,在假定捕获系数为常数、假定时间各物理量均衡不变情况下,电线积冰重量与电线导线线径成正比,且随架设高度的增加而增加。
中国区域典型大气廓线样本库的一种选择方法
漆成莉, 刘辉, 马刚, 张鹏, 吴雪宝
2010, 21(1): 70-75
摘要:
在模拟大气辐射传输过程、发展大气透过率模式及反演大气参数等许多应用中,大气状态廓线是重要的输入参数,为方便使用,建立具有一定代表性的样本数据库十分必要。目前,国际上有几十种各具特色的大气样本库,但包含中国区域的样本极少。为了弥补国际大气样本库中缺少中国区域大气廓线的不足,以中国区域2002年气象探空资料为基础,利用拓扑学方法建立了包含30条大气温度和湿度廓线的中国区域大气廓线样本库2。通过对所选样本的覆盖区域、观测时间、海拔高度、廓线垂直分布等特征分析,结果表明:该样本库具有样本时空分布均匀、样本独立性和气候代表性好等特点,符合大气样本库建立的基本原则,可为辐射传输研究和业务应用提供大气样本支持。
浅析卫星遥感在黄海浒苔监测中的应用
李三妹, 李亚君, 董海鹰, 孙凌, 刘诚, 刘征, 赁青, 闫华, 赵长海
2010, 21(1): 76-82
摘要:
通过对浒苔的光谱特性分析,建立基于极轨气象卫星和环境卫星资料监测浒苔的模型技术方法,利用该模型实现浒苔信息提取,生成浒苔监测产品,并在地理信息技术支持下,分析浒苔影响范围及移动路径。利用2006—2008年卫星资料分析表明:2006年和2007年夏季,黄海未出现明显的浒苔信息;2008年5月中旬,浒苔始发于黄海中南部;6月中下旬, 浒苔影响范围最大时达到800 km2;7月中下旬,黄海海域浒苔范围明显减小。对浒苔移动路径和黄海海域风场等资料的综合分析结果表明,浒苔位置移动主要受风力和洋流作用的影响。
涡旋流自发辐射惯性重力波的初步解析研究
赵南, 甘璐, 沈新勇
2010, 21(1): 83-88
摘要(3294) HTML全文 (654) PDF 510KB(1759)
摘要:
平衡流(或粗略地说涡旋流)调整目前被认为是惯性重力波产生的一种新的机制并被称为自发辐射问题。基于f平面上正压模式,该文对涡旋流自发辐射惯性重力波这一问题进行了初步解析研究。首先,通过该模式讨论了慢流形和平衡流的概念并强调了平衡流的涡旋运动特征。假定Froude数F<<1且Rossby数ε=O(1)(即近似为平衡流的涡旋流包括了梯度风和其他非地转成分),于是基本方程可以写为有关惯性重力波的非齐次波动方程,其非齐次项与涡旋流的非平衡性质有关,而对于严格平衡的涡旋流,非齐次项消失, 故涡旋流的非平衡性实际上提供了惯性重力波的强迫源, 通过找出该方程的格林函数给出了反映自发辐射的非齐次解。在远离波源的区域,该非齐次解可以展开为远场形式,包括单极、偶极和四极辐射, 另一方面,在波源区域以内及其附近,解的近场形式可以看作是慢流形的近似表达式。结果表明:与涡旋流相伴随的辐合/辐散运动主要由两部分组成,即由它自发辐射出的惯性重力波以及从属于平衡流的缓慢变化的辐合/辐散运动。与Ford的匹配渐近展开方法相比较,尽管不能给出更高阶近似,但格林函数法得到的非齐次解形式,在描写自发辐射方面更具物理直观性。
无机盐热力学平衡模式的简化及其应用
李树, 王体健, 谢旻, 庄炳亮
2010, 21(1): 89-94
摘要:
利用查表法简化无机盐热力学平衡模式ISORROPIA,对温度、相对湿度、总氨(NH3+NH4+)、总氮(HNO3+NO3-)和总硫(H2SO4+SO42-)等5个影响因子进行分档,建立不同组合情况下硫酸盐、硝酸盐、铵盐等物种平衡浓度的查算表。在区域气候化学模式系统(RegCCMS)中,分别用查算表检索法和直接耦合热力学平衡模式的方法模拟我国2003年1月和7月硝酸盐气溶胶的浓度分布。结果表明:查表法既能显著提高计算效率,在无机盐模拟性能方面又与直接耦合法保持较好的一致性,在气溶胶气候效应研究方面具有良好的应用前景。
一次多分叉多接地的空中触发闪电过程
李俊, 吕伟涛, 张义军, 董万胜, 郑栋, 陈绍东, 邱实, 王涛, 刘恒毅, 陈绿文
2010, 21(1): 95-100
摘要(4619) HTML全文 (1173) PDF 1291KB(2230)
摘要:
该文分析了2007年广州从化人工引雷试验中,6月30日一次空中触发负极性闪电的光学和电学观测资料,结果表明:此次空中触发闪电的上行正先导和下行负先导分别出现了多个分叉。上行正先导早于下行负先导4.93 ms始发,上行正先导初始阶段的二维平均速度为104 m/s量级,后增加到105 m/s量级。下行负先导经历了3次分叉后分为4个分支接地,其中有两个接地分支一直持续发光到闪电放电结束, 观测到下行负先导的二维平均速度为1.69×1 05 m/s。小回击之后上行正先导也出现了多个分支,高速摄像和宽带干涉仪对这些分支的观测结果基本一致。小回击之后,初始长连续电流过程的持续时间为178.6 ms。
全天空测云技术现状及进展
高太长, 刘磊, 赵世军, 孙学金, 刘剑
2010, 21(1): 101-109
摘要(7179) HTML全文 (3377) PDF 445KB(4433)
摘要:
云是一种常见和重要的天气现象,在大气辐射传输中扮演着重要角色。云的形态、分布、数量及其变化标志着大气运动的状况。云的观测对军事活动、国民经济和社会服务等方面具有重要意义。目前在业务上尚未实现云的自动观测,单点测量云高的仪器已经较为成熟,然而云量和云状的自动观测仪器目前还处于研究阶段。文中总结了目前地基全天空测云仪器现状,分析了全天空云图获取、镜头保护、云点识别、云量计算、云高计算和云状识别等几个测云技术问题,最后从相关测量技术和产品应用角度做一定的思考和展望,认为需要从提高仪器性能、加强云高测量技术攻关、建立器测云分类标准等方面推进全天空测云仪器业务化应用。
基于神经网络的单站雾预报试验
王彦磊, 曹炳伟, 黄兵, 董兆俊, 路泽廷, 陈兴明
2010, 21(1): 110-114
摘要(4159) HTML全文 (632) PDF 583KB(2174)
摘要:
采集大连某机场2004—2007年大雾、轻雾和无雾天气事件共186例,选取雾天气事件前期(前一日08:00,14:00,20:00(北京时)实测资料)的温、压、湿、风等要素指标为预报因子,基于学习向量量化神经网络 (learning vector quantization, LVQ),采用逐级预报思想建立起某机场雾天气事件的预报模型。在网络训练过程中,动态调整网络神经元比例参数,提高模型的预报能力;采用根据检验准确率适时终止训练的“先停止”技术,有效提高了模型的泛化能力。预报试验表明:无论是拟合率还是独立预报准确率, 模型均已达到较高水准,具有实际应用意义。
L波段气象探测网运行监控系统设计
李伟, 张春晖, 孟昭林, 刘凤琴, 梁海河
2010, 21(1): 115-120
摘要(3275) HTML全文 (667) PDF 670KB(2107)
摘要:
L波段气象探测网监控系统用来监视包括L波段探空设备与探空数据在内的全国高空气象探测网总体运行情况。基于L波段探空系统提供的监控信息与探空资料,结合业务运行经验与用户需求建立L波段高空气象探测网监控系统。运行结果表明:利用L波段高空监视系统,结合探空资料质量检查,能够及时发现探空系统存在的问题;高空监视系统有助于全面掌握全国探测网系统设备的运行状况,保障高空探测网稳定运行,提高气象探空数据质量,业务效果显著。但是在探空质量评估中也发现位势高度、温度以及风向与风速变化阈值存在控制过严的现象,需要加以改进,以避免虚警次数过多。
分布式气象元数据同步系统的探索研究
周峥嵘, 王琤, 何文春
2010, 21(1): 121-128
摘要:
WMO对未来信息系统提出了包括提供在线元数据、数据目录服务和提高元数据定义、收集、归档和交换的标准化水平在内的总体需求,正在建设的“新一代天气雷达信息共享平台”也对解决气象元数据在气象宽带网环境下的全网同步问题提出了现实要求。该文首先从现有气象元数据标准着手阐述同步系统所承载主体——气象元数据在数据发现、数据应用及服务、数据展示和信息冗余度方面的不足,提出相应的改进措施,并对同步系统的数据一致性模型以及OAI PMH元数据同步协议等同步机制进行研究,分析FIFO、单调读和单调写等几种典型一致性模型的特点和适用范围以及OAI PMH协议的可行性,给出同步系统的总体设计思路,针对由总体设计思路形成的原型系统进行试验。分析试验结果数据表明:气象元数据全网同步系统原型基本满足符合WMO核心元数据标准的气象元数据在广域网分布环境下的多节点同步交换需求。