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2010年  第21卷  第2期

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多尺度大气数值预报的技术进展
彭新东, 李兴良
2010, 21(2): 129-138
摘要(3467) HTML全文 (773) PDF 785KB(4416)
摘要:
随着计算机和计算理论的发展,数值模式正在向全球化、精细化发展,以适应多尺度、多目的应用的要求,从而模糊了大气环流模式和中尺度数值模式的界限,其主要手段就是改进模式动力框架、离散化手段、计算方法、物理过程的普适性。在实际应用中如何提高模式的多尺度计算性能则是问题关键。该文从模式球面坐标系、网格构造、离散化方法的动力特性、垂直坐标和地形处理以及对物理过程的要求出发,探讨分析多尺度大气数值模式的特点:全球/区域可选、非静力近似、具有良好的频散关系和详细的物理过程,垂直高度坐标和“剪切”地形对多尺度通用模式的改良十分重要。除上述特点外,模式所采用的计算方法也应该最大限度地描述大气动力过程特性,采用高性能计算方案有利于多尺度预报。结合当前多尺度预报的国际研究热点和开发前沿,探讨我国新一代多尺度数值预报系统GRAPES的进一步发展及改进方向。
数值预报中自由度的压缩及误差相似性规律
郑志海, 封国林, 丑纪范, 任宏利
2010, 21(2): 139-148
摘要:
利用历史资料的有用信息提高数值模式预报水平是长期以来人们努力的目标。该文提出了一种在气候吸引子上缩小初始场自由度的相似选取方法, 有效滤除了小尺度分量,避开了原有相似选取中自由度太大,相似选取困难的问题。分析表明:相似初值间的模式预报误差存在相似性,依此估计的预报误差与实际预报误差很接近。在空间分布特征上,相似初值间的模式预报误差也有很好的一致性。这为发展相似 动力方法,利用历史资料改进数值模式提供了支持。
FY-4气象卫星定位用导航星选取方法
王素娟, 郭强, 许健民
2010, 21(2): 149-156
摘要:
给出了一种导航星的选取方法,该方法以J1991.25 Hipparcos星表为中心,联合Tycho 2星表、SAO星表及Pulkovo视向速度表,通过精密历元转换至J2000.0历元时刻,引入位置精度阈值,使得高精度的恒星作为导航星,为高精度的卫星姿态反演奠定了基础;引入辅助导航星,以提高星图识别率和识别速度;通过对星图识别失败的个例分析,剔除冗余星,以进一步提高星图识别效率。189颗辅助导航星遍及全天球,其中亮于3等星的恒星占34.4%,非常有利于提高星图识别率,且弥补了部分天区恒星稀疏的不足。参考星表的不精确将引起姿态输出的误差,这是无法避免的,通过精密历元转换计算FY 4观测历元时刻的导航星精确位置,与直接利用常用星表中提供的恒星位置相比,改善了参考星的输入误差,是提高姿态确定精度的手段之一。
卫星观测的我国近海海域闪电分布特征
王艳, 张义军, 马明
2010, 21(2): 157-163
摘要:
利用星载闪电探测仪OTD(optical transient detecter)和LIS(lightning imaging sensor)所获取的1995年6月—2006年4月的卫星闪电资料,结合NOAA Optimum Interpolation SST 海温资料,分析我国近海海域的闪电分布时空特征以及闪电活动与该海域海温之间的相关性。结果表明:我国近海闪电密度平均值为3.39 fl·km-2·a-1,其中,南海和渤海的闪电活动相对频繁,随着与海岸线间距离以及纬度的增加,该海域闪电密度逐渐下降;在春季和冬季,黑潮主干海域的海温值相对较高,该处闪电活动也明显强于同纬度的东海近海和太平洋海域,表明黑潮海域是强闪电活动区;在季节变化上,我国近海海域闪电活动与同海域海温呈明显正相关,相关系数达0.797,闪电活动与海温变化体现出了一致的变化趋势;而在年际变化上,我国近海海域闪电活动与该海域海温的线性相关不显著,说明我国近海海域海温的年际变化并不是引起该海域闪电活动年际变化的主要原因。
北京奥运会开幕式期间的中尺度天气系统研究
杨波, 孙继松, 魏东
2010, 21(2): 164-170
摘要:
利用北京地区稠密的地面观测网资料以及北京市观象台、海淀、上甸子3部风廓线仪的观测资料,通过分析2008年8月8日北京奥运会开幕式期间发生在北京地区的降水过程,讨论了此次过程中在环境风场、地形和城市热岛作用下,中尺度系统发展或减弱的可能机制及对城区降水的影响。结果表明:城市热岛和地形作用形成的次级环流圈对城区南北两侧的影响不同,在城区南侧,次级环流圈使南风减弱,同时受次级环流圈下沉气流影响,中尺度系统北上时会减弱;在城区北侧,次级环流圈使南风加强,中尺度系统南下时会使气流辐合增强,有利于中尺度系统发展。当环境风场是较弱的偏南风时,城市热岛 地形次级环流圈在城区1500 m以下形成辐合,以上辐散,在3000 m 左右辐散最强,不利于北上的中尺度系统向城区发展形成降水。
CINRAD-SA/SB零度层亮带识别方法
张乐坚, 程明虎, 陶岚
2010, 21(2): 171-179
摘要:
该文提出一种使用S波段多普勒天气雷达回波三维特征和反射率因子垂直廓线(vertical profile of reflectivity, VPR)来自动识别零度层亮带的方法(简称3DVPR BBID),并利用2003年6月22日—7月11日和2007年7月合肥雷达资料、2008年6月广州雷达资料以及相应的探空资料,同仅使用VPR识别零度层亮带的方法(简称VPR BBID)进行比较。结果表明:VPR BBID和3DVPR BBID在大部分情况下能够有效识别零度层亮带的存在,而且3DVPR BBID能够减少VPR BBID产生的误识别。在同探空资料观测的零度层高度的比较中,两种方法确定的零度层高度同实况比较接近,进一步分析表明:3DVPR BBID确定的零度层高度比VPR BBID确定的更接近观测值。
云南省闪电活动时大气相对湿度结构特征
张腾飞, 许迎杰, 张杰, 段旭, 尹丽云
2010, 21(2): 180-188
摘要:
利用2007年6月1日—8月31日云南省闪电定位系统监测的云 地闪电资料与NCEP/NCAR再分析资料中的相对湿度物理量,分析了云南省闪电活动时相对湿度的结构特征。结果表明:云南省闪电活动除具有夏季是高发期且日分布具有呈一峰一谷变化特征,在时间演变上还具有不均匀和阶段性的特点,这与特定的大气相对湿度环境条件密切相关;云南省闪电活动一般发生在相对湿度垂直结构具有低层湿度不高、中层高湿、高层又逐渐变干的环境大气中,大约在中层700 hPa以下相对湿度随高度增加,逐渐在中层形成高湿层,中层以上相对湿度又随高度减小,低层湿度不高、中层高湿、高层偏干的环境相对湿度条件非常有利于雷暴天气的发生和闪电的形成,一方面中层以下水汽随高度增加有利于水汽的上升运动和云的凝结形成,另一方面中高层水汽随高度迅速减小有利于形成上干下湿的大气对流不稳定,促使对流云进一步发展,从而产生闪电活动;低层相对湿度在40%~75%之间,中层600~700 hPa之间相对湿度较高,可达80%以上,一般为90%~95%,中层湿层越深厚,闪电过程越强烈,在高层250~400 hPa左右相对湿度减小到35%~60%之间。
一次冷锋过境后的海风三维结构数值模拟
盛春岩, 史茜, 高守亭, 郭俊建
2010, 21(2): 189-197
摘要:
为研究大尺度系统风对海风的影响以及海风三维结构特征,利用山东省123个地面自动站资料、青岛地区三十多个内陆及沿海、海岛观测站以及奥帆赛场3个浮标站资料,对2006年8月21日青岛一次海风个例进行了分析,并利用美国俄克拉荷马大学风暴分析预测中心开发的ARPS(the Advanced Regional Prediction System)模式,对海风过程进行了数值模拟研究。结果发现:在较强的离岸风背景下,当内陆气温高于海面气温2 ℃ 左右时,海风也可以发生。海风首先在海岸线附近的海上开始,发展的同时向内陆及远海地区推进。海风低层环流很浅,主要位于500 m 以下。在较强的偏北离岸风下,海风向内陆推进的距离很短。偏北的大尺度系统风由于渤海冷下垫面的影响,不利于青岛海风的维持。海风开始时,在1500~2500 m 高度处同时有反环流出现,但直到傍晚前后,海风的垂直环流圈才发展得比较清晰,其高度也更接近地面。海风消亡后,高层的垂直环流圈及反环流维持3 h 左右才逐渐消亡。
近50年我国西部地区气象要素的变化特征
杨明, 李维亮, 刘煜, 徐海明
2010, 21(2): 198-205
摘要:
利用1951—2000年全国194站地面观测资料和高空观测资料,对近50年我国西部地区的气候变化特征进行分析。结果表明:从20世纪70年代开始,我国西部地区年平均气温呈上升趋势,其中河套区和新疆区气温上升最为明显,其次为青藏高原区和河西区,西南区气温增幅最不明显,地表温度变化与气温的变化基本同步,但地温变化要比气温变化更加剧烈一些。西南区的地温从70年代中期开始回升,但始终未达到50年代初期的水平,因此从线性变化上表现为下降趋势。西部地区除了河套区外,其他4个区的年平均降水量均增加,增加最明显的是新疆区和青藏高原区。我国整个西部地区年平均总云量和低云量均呈线性减少趋势,减少最明显的是西南区和河套区。在辐射变化上,我国西部总辐射呈减少趋势,青藏高原区减少最多;西南区的散射辐射呈增加趋势,其他4个区减少,其中新疆区和青藏高原区散射辐射减幅明显。散射辐射的大小与天空中云量和气溶胶含量的多少成正比,西南区散射辐射呈增加趋势,而总云量和低云量呈下降趋势,可以推测是气溶胶含量增加导致了散射辐射的增加。
我国飞机观测气象资料概况及质量分析
廖捷, 熊安元
2010, 21(2): 206-213
摘要:
为全面了解我国飞机观测气象资料的时空分布特征和质量状况,该文介绍了AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay)计划的发展及我国通过AMDAR计划实施获取的飞机观测气象资料(又称AMDAR资料)的时空分布特征,分析了起飞和降落阶段飞机观测所获廓线资料的可用性,并分别对全球AMDAR资料和我国AMDAR资料进行极值检查、空间位置检验和时间一致性检验,对我国AMDAR资料错误率的月值变化和垂直分布特征进行了分析。结果表明:我国三分之二的AMDAR资料集中在飞机的起飞和降落阶段,并主要集中在我国中东部地区;利用我国AMDAR资料制作的廓线垂直分辨率大部分高于10 hPa。我国AMDAR资料的气温错误率低于全球水平,但风速错误率高于全球水平,错误资料主要集中在近地面层。从2008年开始,我国AMDAR资料的质量状况较往年有了明显改善,风速错误率一直维持在1.3%以下,气温错误率维持在0.2%以下。总体来说,我国AMDAR资料已成为我国高空气象观测资料的重要组成部分,资料质量稳定,具有较高的应用价值。
59型与L波段探空仪温度和位势高度记录对比
马颖, 姚雯, 黄炳勋
2010, 21(2): 214-220
摘要:
利用全国探空系统换型时获取的70个高空台站的对比观测数据,计算了59型探空仪和L波段探空仪温度和位势高度的差异,分析了探空仪换型对于探空数据一致性的影响。结果表明:就全国平均而言,在100 hPa特别是在400 hPa以下高度,两套系统提供的温度和位势高度观测值没有明显的系统差异;但在70 hPa以上高空,59型探空仪测定的规定等压面温度比L波段探空仪低0.1~0.7℃,导致位势高度在20 hPa高度时偏低达30 m左右,换型前后变化明显。系统差异的产生与59型探空仪的生产厂家、施放地区和季节关系较大,进一步分析表明:太原厂生产的探空仪测得的温度在对流层偏高,在平流层偏低,位势高度在对流层偏高,在平流层逐步转为偏低;上海厂生产的探空仪测得的温度全程偏低,引起位势高度也全程偏低,因此两个厂家的59型探空仪相对于L波段的温度和位势高度系统差也有明显不同。用户在使用局部地区高空站59型探空仪的观测数据时需了解该59型探空仪的生产厂家。
基于NDVI-Ts特征空间的黑龙江省干旱监测
于敏, 程明虎
2010, 21(2): 221-228
摘要:
NDVI-Ts特征空间方法结合了卫星遥感地表反射率和热红外特性,能较好地反映一定时空尺度的地表干旱状况,该文基于Terra MODIS 归一化植被指数(NDVI)和地表温度(LST)产品,构建NDVI-Ts三角形特征空间,采用植被温度状态指数结合MODIS地表分类产品IGBP对黑龙江省2007年夏季干旱进行监测和分析。结果显示:此次夏季干旱的空间分布广,持续时间长,干旱程度重,西部松嫩平原和东部三江平原等地主要农作物产区普遍发生干旱,且旱情严重。结合同期地面气象观测的月降水量数据对监测结果进行验证和评估表明:植被温度状态指数是一项近实时的干旱监测指标,不仅与当地最近的降水事件有关,而且与前期一段时间内的总体降水事件相关,可以较真实地反映当地干旱发生、发展的动态过程。
基于MODIS NDVI和气候信息的草原植被变化监测
陈燕丽, 龙步菊, 潘学标, 莫伟华
2010, 21(2): 229-236
摘要:
对植被的动态监测可以从一定程度上反映气候变化趋势。该文利用2000—2005年MODI S NDVI数据对锡林郭勒盟典型草原植被变化进行动态监测,在此基础上,以降水量、水汽压、 平均气温、最高气温、最低气温、日照时数作为气候指标,分析锡林郭勒盟典型草原和荒漠 草原MODIS NDVI与同期及前期气候因子的相关性,探讨草原植被变化的气候驱动因子。结果 表明:2000—2005年锡林郭勒盟植被改善面积大于退化面积,植被退化面积最大的区域为荒 漠草原,占全盟面积的12.84%,植被改善面积最大的区域为典型草原,占全盟面积29.09%。4 类草原改善趋势由强到弱的顺序为草甸草原、典型草原、沙地草原、荒漠草原。对于 典型草原,其NDVI与最高气温关系最密切,其次为水汽压;对于荒漠草原,其NDVI与最高气 温关系最为密切,其次为最低气温。此外,NDVI对气候因子的响应表现出明显的时滞效应。
沿海风工程设计风速中泊松-耿贝尔法的应用
张容焱, 张秀芝, 蔡连娃
2010, 21(2): 237-242
摘要(2946) HTML全文 (684) PDF 967KB(2441)
摘要:
每年西北太平洋热带气旋(TC)发生的次数、移动路径和强度都是随机的,我国东南沿海各地每年受TC影响的次数便构成了某种离散型分布,而TC影响下的最大风速则可以构成某种连续型分布。该文采用上海台风研究所提供的1961—2006年TC中心风速和TC影响期间各台站大风资料,利用泊松 耿贝尔联合极值风速计算方法,计算了沿海各气象站TC影响大风的多年一遇风工程设计最大风速。结果表明:当观测资料样本序列较短,特别是像TC这样随机性很强的天气事件,泊松 耿贝尔联合极值算法更具优势;我国沿海地区有53.9%的台站50年一遇最大风速在25 m/s以下,最大风速大于42.5 m/s以上的台站分布于浙江的大陈岛、嵊山、石浦,福建的北茭和台山,广东的遮浪、上川岛和海南的西沙岛,在这些地区进行风电开发风险较大,应引起足够重视。
气象数据文件快速下载服务系统的设计与实现
高峰, 王国复, 喻雯, 冯明农, 孙超, 罗琦
2010, 21(2): 243-249
摘要(3711) HTML全文 (648) PDF 780KB(2266)
摘要:
有效地为专业和业务用户提供快速批量下载气象数据服务,需要一种新型数据服务系统,以弥补现有气象数据共享服务系统的不足。该文在分析气象资料服务系统发展阶段和技术特点的基础上,根据业务需求设计了一个基于元数据技术的、针对专业和业务用户的、能快速批量下载数据的新型气象资料服务系统。该系统基于前台应用系统和后台管理系统实现了批量下载、文件目录导航、数据同步更新、多线程断点续传、安全管理和灵活配置等功能。该系统是对气象资料服务方式的一种全新设计,系统发布后得到专业用户的肯定,具有广泛的推广价值,对气象数据服务系统的技术开发有较好的参考作用。
GIS技术在台风预报服务产品制作系统中的应用
郑卫江, 吴焕萍, 罗兵, 刘震坤, 吕终亮, 孙利华
2010, 21(2): 250-255
摘要:
根据台风预报业务的实际需求,建立了基于GIS技术的台风预报服务产品制作系统。提出了采用地图表达技术的台风数据可视化方案,讨论了基于空间插值与动态缓冲的台风预报概率圆生成算法,利用叠加分析技术完成了台风路径影响范围分析功能,并提供了一键式材料快速制作功能。业务化运行结果表明:GIS技术能够实现功能建设,较好地满足了目前中央气象台台风预报服务产品制作需求。