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中国气象局2011年 第22卷 第2期
2011, 22(2): 129-137
摘要
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摘要:
利用我国740个测站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料，使用合成分析等方法，对华北夏季降水的年代际变化特征进行分析。结果表明：华北夏季降水的年代际变化与华北夏季雨带的年代际变化密不可分。在华北夏季降水偏多阶段，华北地区雨带降水量较大，华北雨带能够向西延伸，雨带位置大多数时间能够越过115°E，并且能够接近华北西部边界110°E，位置偏西；而在华北夏季降水偏少阶段，华北雨带降水量偏小，雨带虽然也能够越过115°E，但维持时间不长，且向西延伸并不明显，雨带位置很难接近华北西部边界110°E，位置偏东。华北雨带发生的年代际变化和东亚地区大气环流以及东亚夏季风的年代际变化有关。
利用我国740个测站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料，使用合成分析等方法，对华北夏季降水的年代际变化特征进行分析。结果表明：华北夏季降水的年代际变化与华北夏季雨带的年代际变化密不可分。在华北夏季降水偏多阶段，华北地区雨带降水量较大，华北雨带能够向西延伸，雨带位置大多数时间能够越过115°E，并且能够接近华北西部边界110°E，位置偏西；而在华北夏季降水偏少阶段，华北雨带降水量偏小，雨带虽然也能够越过115°E，但维持时间不长，且向西延伸并不明显，雨带位置很难接近华北西部边界110°E，位置偏东。华北雨带发生的年代际变化和东亚地区大气环流以及东亚夏季风的年代际变化有关。
2011, 22(2): 138-144
摘要:
利用我国1951—2008年逐日最高气温资料集，进行缺测资料的恢复整理，得到较完整的1961—2008年224站逐日最高气温资料集。在此基础上，采用两种基于正态分布的传统阈值计算的方法 (方法1，方法2) 和该文提出的基于实际样本频率分布的阈值计算方法 (方法3)，对我国高温阈值的确定进行比较研究。结果表明：该文提出根据最高气温的实际样本频率分布作为实际概率分布的近似，较传统求极端气候事件阈值方法效果更好，能够比较接近日常使用极端气候事件阈值，亦有较好的稳定性。另外，根据计算结果，除西南地区、青海、东北地区大部和内蒙古外，我国大部分地区最高气温极端气候事件的阈值均超过35℃，即在我国日常人们使用的35℃高温阈值作为夏季高温极端事件标准是合理的。
利用我国1951—2008年逐日最高气温资料集，进行缺测资料的恢复整理，得到较完整的1961—2008年224站逐日最高气温资料集。在此基础上，采用两种基于正态分布的传统阈值计算的方法 (方法1，方法2) 和该文提出的基于实际样本频率分布的阈值计算方法 (方法3)，对我国高温阈值的确定进行比较研究。结果表明：该文提出根据最高气温的实际样本频率分布作为实际概率分布的近似，较传统求极端气候事件阈值方法效果更好，能够比较接近日常使用极端气候事件阈值，亦有较好的稳定性。另外，根据计算结果，除西南地区、青海、东北地区大部和内蒙古外，我国大部分地区最高气温极端气候事件的阈值均超过35℃，即在我国日常人们使用的35℃高温阈值作为夏季高温极端事件标准是合理的。
2011, 22(2): 145-151
摘要:
针对夏季高温极值分布存在偏态性，利用Box-Cox变换，得到一种偏态概率分布拟合函数。基于偏态分布函数中的偏态指数和最概然高温极值，揭示了我国夏季高温极值的概率分布特征及其在20世纪80年代前后的变化规律，发现我国夏季高温极值的概率分布主要呈正偏分布型，最概然高温极值变化较好地反映了分布型的改变。研究不同时间尺度内极值对偏态指数和最概然高温极值的影响发现，最概然高温极值较为稳定，10年尺度内受极值影响较小，而偏态指数所受影响随着时间尺度的增大而越发显著。
针对夏季高温极值分布存在偏态性，利用Box-Cox变换，得到一种偏态概率分布拟合函数。基于偏态分布函数中的偏态指数和最概然高温极值，揭示了我国夏季高温极值的概率分布特征及其在20世纪80年代前后的变化规律，发现我国夏季高温极值的概率分布主要呈正偏分布型，最概然高温极值变化较好地反映了分布型的改变。研究不同时间尺度内极值对偏态指数和最概然高温极值的影响发现，最概然高温极值较为稳定，10年尺度内受极值影响较小，而偏态指数所受影响随着时间尺度的增大而越发显著。
2011, 22(2): 152-157
摘要:
当气溶胶谱满足Junge分布时，Angstrom指数 (α) 可以准确地描述粒子大小，但真实大气气溶胶很少完全满足这一条件，仅用α判断粒子大小会有较大出入。基于北京、香河、兴隆、太湖4个Aeronet观测站21世纪以来各站历时都超过1年的气溶胶光学厚度资料，获得5511组lnτ与lnλ的二次拟合参数a2，a1，尝试找到一种结合α，a2，a1判断粒子大小的方法。结果表明：当气溶胶为粗粒子时 (Vfine/Vtotal＜0.2)，α均小于0.75，仅用α就可以较好地判断粒子大小，但当气溶胶以细粒子为主时 (Vfine/Vtotal＞0.7)，该方法会有较大出入，此时a2，a1可以有效地辅助α判断粒子大小，α＞0.75，a2＜-0.5或a2＜-0.5，a1＜-1.0是较好的判据。此外，分析发现国外研究提出的用a2-a1判断粒子大小的方法效果并不理想，尤其在1＜a2-a1＜2的情况下，粒子的组成有多种可能。
当气溶胶谱满足Junge分布时，Angstrom指数 (α) 可以准确地描述粒子大小，但真实大气气溶胶很少完全满足这一条件，仅用α判断粒子大小会有较大出入。基于北京、香河、兴隆、太湖4个Aeronet观测站21世纪以来各站历时都超过1年的气溶胶光学厚度资料，获得5511组lnτ与lnλ的二次拟合参数a2，a1，尝试找到一种结合α，a2，a1判断粒子大小的方法。结果表明：当气溶胶为粗粒子时 (Vfine/Vtotal＜0.2)，α均小于0.75，仅用α就可以较好地判断粒子大小，但当气溶胶以细粒子为主时 (Vfine/Vtotal＞0.7)，该方法会有较大出入，此时a2，a1可以有效地辅助α判断粒子大小，α＞0.75，a2＜-0.5或a2＜-0.5，a1＜-1.0是较好的判据。此外，分析发现国外研究提出的用a2-a1判断粒子大小的方法效果并不理想，尤其在1＜a2-a1＜2的情况下，粒子的组成有多种可能。
2011, 22(2): 158-168
摘要:
为了探讨上海市区和郊区黑碳气溶胶质量浓度、分布以及来源和输送等特征，利用上海浦东 (市区) 和东滩 (郊区河口湿地)2007年12月—2008年11月的黑碳气溶胶小时平均质量浓度数据，对比分析了两地黑碳气溶胶浓度在不同时间尺度上的变化特征以及气象要素对黑碳质量浓度的影响。结果表明：观测期间浦东和东滩两地黑碳气溶胶小时质量浓度平均值分别为3.8 μg·m-3，1.7 μg·m-3。两地黑碳气溶胶浓度具有类似的季节变化特征，均为冬季较高、夏季较低；同时浦东黑碳气溶胶浓度日变化呈现出明显的双峰结构，并具有显著的周末效应，体现了局地人为源排放的影响。受源排放影响为主的市区与受输送影响为主的郊区，黑碳气溶胶浓度在不同风向上与风速的关系表现出不同特征。
为了探讨上海市区和郊区黑碳气溶胶质量浓度、分布以及来源和输送等特征，利用上海浦东 (市区) 和东滩 (郊区河口湿地)2007年12月—2008年11月的黑碳气溶胶小时平均质量浓度数据，对比分析了两地黑碳气溶胶浓度在不同时间尺度上的变化特征以及气象要素对黑碳质量浓度的影响。结果表明：观测期间浦东和东滩两地黑碳气溶胶小时质量浓度平均值分别为3.8 μg·m-3，1.7 μg·m-3。两地黑碳气溶胶浓度具有类似的季节变化特征，均为冬季较高、夏季较低；同时浦东黑碳气溶胶浓度日变化呈现出明显的双峰结构，并具有显著的周末效应，体现了局地人为源排放的影响。受源排放影响为主的市区与受输送影响为主的郊区，黑碳气溶胶浓度在不同风向上与风速的关系表现出不同特征。
2011, 22(2): 169-181
摘要:
分辨率的限制使得不能被模式识别的地形称为次网格尺度地形，次网格尺度地形在热力和动力方面对实际大气有着不可忽略的作用，其效应只能通过参数化的形式回馈给模式。分辨率的提高使得与较小尺度地形相联系的地形湍流拖曳力凸显其重要性。数值模式中地形湍流拖曳力的参数化对完善模式物理过程和改善模式近地层预报效果具有积极意义，其方法包括有效粗糙度法和直接参数化法，而GRAPES模式中并未以任何方法考虑次网格尺度地形的影响。该文通过单柱模式比较了有效粗糙度法和直接参数化法的优劣, 发现后者在有些方面优于前者。最后，将应用于实际的一个直接参数化方案接入GRAPES中尺度模式中，进行个例模拟，并与NCEP再分析资料进行对比，结果表明：考虑地形湍流拖曳力方案对模式预报具有改进作用，尤其对局地低层风场具有积极影响。
分辨率的限制使得不能被模式识别的地形称为次网格尺度地形，次网格尺度地形在热力和动力方面对实际大气有着不可忽略的作用，其效应只能通过参数化的形式回馈给模式。分辨率的提高使得与较小尺度地形相联系的地形湍流拖曳力凸显其重要性。数值模式中地形湍流拖曳力的参数化对完善模式物理过程和改善模式近地层预报效果具有积极意义，其方法包括有效粗糙度法和直接参数化法，而GRAPES模式中并未以任何方法考虑次网格尺度地形的影响。该文通过单柱模式比较了有效粗糙度法和直接参数化法的优劣, 发现后者在有些方面优于前者。最后，将应用于实际的一个直接参数化方案接入GRAPES中尺度模式中，进行个例模拟，并与NCEP再分析资料进行对比，结果表明：考虑地形湍流拖曳力方案对模式预报具有改进作用，尤其对局地低层风场具有积极影响。
2011, 22(2): 182-193
摘要:
应用国家气象中心的T213L31模式对2006—2009年热带气旋路径数值预报的结果从平均距离误差、距离误差分布、模式系统性偏差、平均全移速误差、模式对背景场的预报偏差进行全面检验分析表明：对于不同走向的热带气旋 (简称TC) 路径预报而言，预报误差最小的是西行路径TC，预报误差最大的是东北行路径TC。按照TC强度进行分类统计发现，TC强度强比强度弱的路径预报平均距离误差小。T213对所有样本的平均预报而言，存在西北偏西向的系统性偏差，不同类型路径TC存在不同的系统性偏差。通过计算平均全移速可以看出，对于西北行、西行、北上类型路径在整个预报时效中移速偏差较小，而对于所有转向类路径移速偏差较大，即偏慢较明显。对T213模式预报2009年TC路径误差较大的个例 (0904，0906，0907号热带气旋) 检验模式对背景场的预报偏差，个例分析表明：模式对中高纬度西风槽预报偏强、对TC环境风场垂直切变预报偏大、对两个相近的TC预报更容易发生藤原效应，这些因素是导致TC路径偏差的主要原因。
应用国家气象中心的T213L31模式对2006—2009年热带气旋路径数值预报的结果从平均距离误差、距离误差分布、模式系统性偏差、平均全移速误差、模式对背景场的预报偏差进行全面检验分析表明：对于不同走向的热带气旋 (简称TC) 路径预报而言，预报误差最小的是西行路径TC，预报误差最大的是东北行路径TC。按照TC强度进行分类统计发现，TC强度强比强度弱的路径预报平均距离误差小。T213对所有样本的平均预报而言，存在西北偏西向的系统性偏差，不同类型路径TC存在不同的系统性偏差。通过计算平均全移速可以看出，对于西北行、西行、北上类型路径在整个预报时效中移速偏差较小，而对于所有转向类路径移速偏差较大，即偏慢较明显。对T213模式预报2009年TC路径误差较大的个例 (0904，0906，0907号热带气旋) 检验模式对背景场的预报偏差，个例分析表明：模式对中高纬度西风槽预报偏强、对TC环境风场垂直切变预报偏大、对两个相近的TC预报更容易发生藤原效应，这些因素是导致TC路径偏差的主要原因。
2011, 22(2): 194-202
摘要:
根据地闪先导发展特征，建立了一个闪电先导的二维随机模式，并模拟研究了下行先导与避雷针或地面的连接过程。模拟得到下行先导感应电荷的数量级为10-4 C/m；下行先导出现明显的分叉，且先导接近地面时分叉逐渐增多；模拟的连接过程形态呈现多样性的特点；建筑物上的避雷针在绝大多数情况下可以有效拦截闪电下行先导，但避雷针正上方的下行先导并不是百分之百击中避雷针，远离避雷针的下行先导仍有很大概率被避雷针拦截；在下行先导与避雷针水平距离一定的条件下，建筑物越宽越矮，避雷针有效拦截闪电先导的概率就越小。
根据地闪先导发展特征，建立了一个闪电先导的二维随机模式，并模拟研究了下行先导与避雷针或地面的连接过程。模拟得到下行先导感应电荷的数量级为10-4 C/m；下行先导出现明显的分叉，且先导接近地面时分叉逐渐增多；模拟的连接过程形态呈现多样性的特点；建筑物上的避雷针在绝大多数情况下可以有效拦截闪电下行先导，但避雷针正上方的下行先导并不是百分之百击中避雷针，远离避雷针的下行先导仍有很大概率被避雷针拦截；在下行先导与避雷针水平距离一定的条件下，建筑物越宽越矮，避雷针有效拦截闪电先导的概率就越小。
2011, 22(2): 203-213
摘要:
利用TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) 卫星降水雷达 (Precipitation Radar，PR) 资料对2005年8月发生在墨西哥湾的热带气旋卡特里娜 (Katrina) 初生、发展和变性3个阶段的层状云和对流云的近地面降水和降水垂直廓线进行分析。结果表明：在热带气旋的整个生命期，对流性降水个数约是层状云降水个数的四分之一；随着气旋的发展，对流性和层状云降水的平均强度逐渐增强, 在登陆前有所减弱，登陆后对流性降水和总平均降水均增强，层状云降水稍有减弱；大部分降水廓线都随高度升高均呈现先略增大 (到4 km高度)、再减小的趋势，在6~7 km处由于冻结层的存在使得降水达到最小值。
利用TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) 卫星降水雷达 (Precipitation Radar，PR) 资料对2005年8月发生在墨西哥湾的热带气旋卡特里娜 (Katrina) 初生、发展和变性3个阶段的层状云和对流云的近地面降水和降水垂直廓线进行分析。结果表明：在热带气旋的整个生命期，对流性降水个数约是层状云降水个数的四分之一；随着气旋的发展，对流性和层状云降水的平均强度逐渐增强, 在登陆前有所减弱，登陆后对流性降水和总平均降水均增强，层状云降水稍有减弱；大部分降水廓线都随高度升高均呈现先略增大 (到4 km高度)、再减小的趋势，在6~7 km处由于冻结层的存在使得降水达到最小值。
2011, 22(2): 214-220
摘要:
该文基于2001—2007年地表温度遥感反演产品 (MOD11A2)，以基准气候站对其周围不同大小窗口内地表温度距平序列的解释方差作为度量，评估了我国142个基准气候站的环境代表性，并将代表性与土地覆盖和高程状况进行相关研究。结果显示：以解释方差大于0.75作为区分是否具有代表性的阈值，约41%的站点代表性较好，代表区域范围可超过51×51 km2，多分布于北方地区；约21%的站点代表性较差，代表区域范围不足7×7 km2，多分布于南方地区；其他代表区域范围居中的站点在南、北方均有分布；站点周围的土地覆盖多样性和地形起伏度与站点代表性存在负相关，且相关性随窗口的增大而加强。文中还评估了基准气候站对所属气候区的代表性，发现在气候特征复杂的西南地区和新疆部分地区，站点对气候区的代表性较差。
该文基于2001—2007年地表温度遥感反演产品 (MOD11A2)，以基准气候站对其周围不同大小窗口内地表温度距平序列的解释方差作为度量，评估了我国142个基准气候站的环境代表性，并将代表性与土地覆盖和高程状况进行相关研究。结果显示：以解释方差大于0.75作为区分是否具有代表性的阈值，约41%的站点代表性较好，代表区域范围可超过51×51 km2，多分布于北方地区；约21%的站点代表性较差，代表区域范围不足7×7 km2，多分布于南方地区；其他代表区域范围居中的站点在南、北方均有分布；站点周围的土地覆盖多样性和地形起伏度与站点代表性存在负相关，且相关性随窗口的增大而加强。文中还评估了基准气候站对所属气候区的代表性，发现在气候特征复杂的西南地区和新疆部分地区，站点对气候区的代表性较差。
2011, 22(2): 221-231
摘要:
采用MODIS的1 km×1 km分辨率数据，以我国黑龙江为研究区，对基于植被指数的植被状态指数 (IVC)、基于地表温度的温度状态指数 (ITC) 和基于植被指数-地表温度特征空间的植被温度状态指数 (IVTC) 与10 cm，20 cm土壤相对湿度、降水量的关系、3种指数监测结果及其相互关系进行了对比分析。结果表明：IVTC相对于ITC，IVC更适于反映土壤湿度的变化，对浅层土壤湿度更加敏感；IVTC相对于ITC，IVC对降水更敏感，与监测时段的降水和前期总体降水都密切相关；在生长季早期，IVTC和ITC用于干旱监测的适用性明显优于IVC；不同区域间，IVTC的可比性较好，IVC和ITC则较差；IVTC所反映的地表温度信息对干旱的直接指示作用最强，所反映的植被信息对干旱的直接指示作用较弱。
采用MODIS的1 km×1 km分辨率数据，以我国黑龙江为研究区，对基于植被指数的植被状态指数 (IVC)、基于地表温度的温度状态指数 (ITC) 和基于植被指数-地表温度特征空间的植被温度状态指数 (IVTC) 与10 cm，20 cm土壤相对湿度、降水量的关系、3种指数监测结果及其相互关系进行了对比分析。结果表明：IVTC相对于ITC，IVC更适于反映土壤湿度的变化，对浅层土壤湿度更加敏感；IVTC相对于ITC，IVC对降水更敏感，与监测时段的降水和前期总体降水都密切相关；在生长季早期，IVTC和ITC用于干旱监测的适用性明显优于IVC；不同区域间，IVTC的可比性较好，IVC和ITC则较差；IVTC所反映的地表温度信息对干旱的直接指示作用最强，所反映的植被信息对干旱的直接指示作用较弱。
2011, 22(2): 232-240
摘要:
卫星遥感广泛应用于宏观、大范围、动态连续的植被和地表温度监测研究。利用2001—2008年MODIS卫星遥感资料, 分析了安徽省归一化植被指数 (NDVI) 和地表温度 (LST) 的季节、月变化和空间分布特征，探讨了代表城市区域的NDVI和LST时空分布及其相关性。结果表明：安徽省NDVI和LST季节变化显著，具有典型地域特征；受当地气候影响，植被、农作物类型地域差异较大，导致LST季节变化以及空间分布不同；城市中心向郊区过渡时，植被覆盖度在不断增加，伴随着NDVI的增加，LST下降；城市LST明显高于郊区值，呈现热岛效应。研究表明，当地气候和植被分布共同决定了LST的分布状况，这将为安徽省合理进行农业区划、科学监测生态环境以及有效评估土地利用与热岛效应提供重要参考依据。
卫星遥感广泛应用于宏观、大范围、动态连续的植被和地表温度监测研究。利用2001—2008年MODIS卫星遥感资料, 分析了安徽省归一化植被指数 (NDVI) 和地表温度 (LST) 的季节、月变化和空间分布特征，探讨了代表城市区域的NDVI和LST时空分布及其相关性。结果表明：安徽省NDVI和LST季节变化显著，具有典型地域特征；受当地气候影响，植被、农作物类型地域差异较大，导致LST季节变化以及空间分布不同；城市中心向郊区过渡时，植被覆盖度在不断增加，伴随着NDVI的增加，LST下降；城市LST明显高于郊区值，呈现热岛效应。研究表明，当地气候和植被分布共同决定了LST的分布状况，这将为安徽省合理进行农业区划、科学监测生态环境以及有效评估土地利用与热岛效应提供重要参考依据。
2011, 22(2): 241-248
摘要:
利用陕西苹果生产基地县及其以北地区气象观测和物候观测资料，采用时间序列分析和专家打分方法，分析了近50年来影响陕西苹果产量和质量的主要气象因子、花期霜冻和高温日数的变化特征以及气候变化对陕西苹果生长的气候适宜性评分的影响。结果表明：年平均气温和夏季平均最低气温具有明显的上升趋势，夏季相对湿度变化不大，近30年 (1979—2008年) 年降水量明显少于1961—1990年平均值；1961—1990年、1971—2000年、1979—2008年3个30年苹果基地县大部分果区气候适宜性总评分没有明显变化；温度升高、降水减少是研究区域一些县 (区) 苹果生长气候适宜性评分变化的主要原因。1961年以来, 4月中旬霜冻频率的增加使渭北西部果区和延安果区遭遇花期冻害的可能性增加；20世纪90年代以来, 高温日数的增加使果树受高温热害的影响增大。
利用陕西苹果生产基地县及其以北地区气象观测和物候观测资料，采用时间序列分析和专家打分方法，分析了近50年来影响陕西苹果产量和质量的主要气象因子、花期霜冻和高温日数的变化特征以及气候变化对陕西苹果生长的气候适宜性评分的影响。结果表明：年平均气温和夏季平均最低气温具有明显的上升趋势，夏季相对湿度变化不大，近30年 (1979—2008年) 年降水量明显少于1961—1990年平均值；1961—1990年、1971—2000年、1979—2008年3个30年苹果基地县大部分果区气候适宜性总评分没有明显变化；温度升高、降水减少是研究区域一些县 (区) 苹果生长气候适宜性评分变化的主要原因。1961年以来, 4月中旬霜冻频率的增加使渭北西部果区和延安果区遭遇花期冻害的可能性增加；20世纪90年代以来, 高温日数的增加使果树受高温热害的影响增大。
2011, 22(2): 249-256
摘要:
基于农业气象业务需求，研发安徽省土壤水分监测预测服务系统，可为防汛抗旱决策服务提供技术支持。该文首先建立人工取土、自动土壤水分观测站等不同渠道土壤水分监测资料的实时传输与处理系统，再利用不同季节资料建立土壤墒情统计预测模型，然后对Surfer 8.0和线柱图控件进行二次开发，实现不同季节和不同土层的土壤墒情监测预测结果表格化、图形化动态显示与输出。该研究建立的土壤旱涝监测预测系统实现了从土壤水分原始监测数据到标准化土壤水分综合数据库、再从监测预测初级产品到动态及图形化显示的服务产品的四级数据文件转化及业务逻辑流程，系统业务实用性和转化力强，该系统已成功应用于安徽省农业旱涝预报预警业务服务。
基于农业气象业务需求，研发安徽省土壤水分监测预测服务系统，可为防汛抗旱决策服务提供技术支持。该文首先建立人工取土、自动土壤水分观测站等不同渠道土壤水分监测资料的实时传输与处理系统，再利用不同季节资料建立土壤墒情统计预测模型，然后对Surfer 8.0和线柱图控件进行二次开发，实现不同季节和不同土层的土壤墒情监测预测结果表格化、图形化动态显示与输出。该研究建立的土壤旱涝监测预测系统实现了从土壤水分原始监测数据到标准化土壤水分综合数据库、再从监测预测初级产品到动态及图形化显示的服务产品的四级数据文件转化及业务逻辑流程，系统业务实用性和转化力强，该系统已成功应用于安徽省农业旱涝预报预警业务服务。
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