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中国气象局2012年 第23卷 第5期
2012, 23(5): 513-522
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摘要:
2006—2011年夏季在广州野外雷电试验基地开展了广东综合闪电观测试验 (GCOELD)。试验期间，针对人工触发闪电进行了近距离声、光、电、磁特征等综合测量，对自动气象站电源线和信号线上产生的感应电压特征进行了观测和分析，并对广东省地闪定位网的探测效率和定位精度与人工触发闪电进行了比对和校验。试验结果表明：人工触发闪电回击峰值电流范围为-31.93~-6.67 kA，回击电流波形的半峰宽度的范围为6.18~74.19 μs，10%—90%的上升时间范围为0.24~2.25 μs。触发闪电的上行正先导的发展速度在104~105 m/s量级；人工触发闪电的回击过程在架空电源线路 (1200 m长，2 m高) 上产生的感应过电压可达十几千伏；广东电网闪电定位系统对人工触发闪电事件的探测效率为95%，平均定位误差为759 m，闪电定位系统反演得到的电流峰值与实际测量的电流峰值平均相对偏差为16.3%。
2006—2011年夏季在广州野外雷电试验基地开展了广东综合闪电观测试验 (GCOELD)。试验期间，针对人工触发闪电进行了近距离声、光、电、磁特征等综合测量，对自动气象站电源线和信号线上产生的感应电压特征进行了观测和分析，并对广东省地闪定位网的探测效率和定位精度与人工触发闪电进行了比对和校验。试验结果表明：人工触发闪电回击峰值电流范围为-31.93~-6.67 kA，回击电流波形的半峰宽度的范围为6.18~74.19 μs，10%—90%的上升时间范围为0.24~2.25 μs。触发闪电的上行正先导的发展速度在104~105 m/s量级；人工触发闪电的回击过程在架空电源线路 (1200 m长，2 m高) 上产生的感应过电压可达十几千伏；广东电网闪电定位系统对人工触发闪电事件的探测效率为95%，平均定位误差为759 m，闪电定位系统反演得到的电流峰值与实际测量的电流峰值平均相对偏差为16.3%。
2012, 23(5): 523-533
摘要:
采用风廓线雷达5波束探测模式的数据对测风精度进行评估分析，用垂直波束和其中两个相邻倾斜波束的探测数据构成一对计算因子，通过对同一距离高度上的4对计算因子进行误差分析，评估风廓线雷达的测风精度，得到水平风在垂直指向连续高度上的精度。对北京延庆CFL-08风廓线雷达2010年3，6，9，12月4个典型代表月份逐日连续探测资料进行了处理分析，结果表明：该雷达满足风速误差不大于1.5 m·s-1、风向误差不大于10°探测精度要求的最大探测高度6月、9月为8 km，3月、12月为6 km，基本符合该雷达探测高度的设计要求。信噪比、大气风场的不均匀性是影响雷达测风精度的主要因素：信噪比影响了高空的测风精度，-15 dB可以作为判断雷达测风可信数据最大探测高度的阈值；晴空大气出现的风场不均匀性对风廓线雷达的测风精度影响不大，降水出现时环境风场不均匀性造成水平风向、风速的测量误差较大，不能满足测风精度要求，特别是对流性降水发生前的1~2 h，水平风向、风速的方差增长迅速，可以作为强降水出现的预警指标。
采用风廓线雷达5波束探测模式的数据对测风精度进行评估分析，用垂直波束和其中两个相邻倾斜波束的探测数据构成一对计算因子，通过对同一距离高度上的4对计算因子进行误差分析，评估风廓线雷达的测风精度，得到水平风在垂直指向连续高度上的精度。对北京延庆CFL-08风廓线雷达2010年3，6，9，12月4个典型代表月份逐日连续探测资料进行了处理分析，结果表明：该雷达满足风速误差不大于1.5 m·s-1、风向误差不大于10°探测精度要求的最大探测高度6月、9月为8 km，3月、12月为6 km，基本符合该雷达探测高度的设计要求。信噪比、大气风场的不均匀性是影响雷达测风精度的主要因素：信噪比影响了高空的测风精度，-15 dB可以作为判断雷达测风可信数据最大探测高度的阈值；晴空大气出现的风场不均匀性对风廓线雷达的测风精度影响不大，降水出现时环境风场不均匀性造成水平风向、风速的测量误差较大，不能满足测风精度要求，特别是对流性降水发生前的1~2 h，水平风向、风速的方差增长迅速，可以作为强降水出现的预警指标。
2012, 23(5): 534-542
摘要:
风云三号A星 (FY-3A) 中分辨率光谱成像仪 (MERSI) 采用45°镜旋转扫描，形成垂直于卫星飞行轨迹的360°连续圆周扫描方式，多元探测器并扫的技术。该研究依据这种扫描特性，给出了适用于FY-3A MERSI遥感图像地理定位的方法；定义了完善的坐标系及坐标系转换关系，根据MERSI观测几何、卫星空间位置和姿态、仪器空间位置和指向建立了探测器像元观测矢量与地面位置之间关系的模型；通过地形校正消除地形起伏带来的定位误差；在FY-3A地面应用系统中业务运行的同时，通过一定数量的地面控制点分析，将定位误差等效为遥感仪器安装误差，修正了MERSI的仪器指向角度。实验结果表明，使用该方法对MERSI遥感图像地理定位精度达到250 m像元级，满足MERSI图像的高精度定位要求。
风云三号A星 (FY-3A) 中分辨率光谱成像仪 (MERSI) 采用45°镜旋转扫描，形成垂直于卫星飞行轨迹的360°连续圆周扫描方式，多元探测器并扫的技术。该研究依据这种扫描特性，给出了适用于FY-3A MERSI遥感图像地理定位的方法；定义了完善的坐标系及坐标系转换关系，根据MERSI观测几何、卫星空间位置和姿态、仪器空间位置和指向建立了探测器像元观测矢量与地面位置之间关系的模型；通过地形校正消除地形起伏带来的定位误差；在FY-3A地面应用系统中业务运行的同时，通过一定数量的地面控制点分析，将定位误差等效为遥感仪器安装误差，修正了MERSI的仪器指向角度。实验结果表明，使用该方法对MERSI遥感图像地理定位精度达到250 m像元级，满足MERSI图像的高精度定位要求。
2012, 23(5): 543-550
摘要:
基于1964—2003年内蒙古44个站日降水量数据，进行了前20年 (1964—1983年)、后20年 (1984—2003年) 候降水变化的聚类分析，得到了最佳聚类数和各聚类的台站组成及其空间分布情况，对前20年和后20年候降水中值的变化情况、候最大降水量出现时间、各聚类的整体特征等进行了分析，并进行了候 (5 d) 和11 d降水中值极图的对比。结果表明：内蒙古不同地区的候降水变化格局存在经向地带性，但站点海拔的差异使这种地带性有所模糊；前、后两个20年候降水的变化格局较为复杂，大多数站点在一些候降水有显著变化，既有降水显著增加的候，也有降水显著减少的候；候最大降水出现的时间和量值有一定变化。
基于1964—2003年内蒙古44个站日降水量数据，进行了前20年 (1964—1983年)、后20年 (1984—2003年) 候降水变化的聚类分析，得到了最佳聚类数和各聚类的台站组成及其空间分布情况，对前20年和后20年候降水中值的变化情况、候最大降水量出现时间、各聚类的整体特征等进行了分析，并进行了候 (5 d) 和11 d降水中值极图的对比。结果表明：内蒙古不同地区的候降水变化格局存在经向地带性，但站点海拔的差异使这种地带性有所模糊；前、后两个20年候降水的变化格局较为复杂，大多数站点在一些候降水有显著变化，既有降水显著增加的候，也有降水显著减少的候；候最大降水出现的时间和量值有一定变化。
2012, 23(5): 551-561
摘要:
借鉴美国CAPS开发的中尺度ARPS模式的资料分析系统ADAS，设计了基于GRAPES_Meso的云分析系统，实现了地面云观测资料、卫星云图、多普勒雷达反射率资料在GRAPRS模式中的综合融合应用。通过对登陆台风莫拉菲 (0906) 数值模拟检验云分析系统的性能。结果表明：云分析系统通过地面云观测资料、卫星红外云图、可见光云图、多普勒雷达反射率的同化，能够反演出合理的三维云覆盖状况；在三维云覆盖的基础上结合云底云顶高度，进而反演出云水、云冰、雨水、雪、霰等云微物理量，并显著改善模式初始湿度场；在台风登陆过程的模拟中，虽然对台风路径的预报有所偏差，但对比控制试验，在台风登陆地点、台风强度、路径的预报中云分析发挥了正作用；通过对云分析后初始场反演的雷达回波进行检验，验证了云分析的可行性与正确性，对整体的降水预报效果也有明显改善。
借鉴美国CAPS开发的中尺度ARPS模式的资料分析系统ADAS，设计了基于GRAPES_Meso的云分析系统，实现了地面云观测资料、卫星云图、多普勒雷达反射率资料在GRAPRS模式中的综合融合应用。通过对登陆台风莫拉菲 (0906) 数值模拟检验云分析系统的性能。结果表明：云分析系统通过地面云观测资料、卫星红外云图、可见光云图、多普勒雷达反射率的同化，能够反演出合理的三维云覆盖状况；在三维云覆盖的基础上结合云底云顶高度，进而反演出云水、云冰、雨水、雪、霰等云微物理量，并显著改善模式初始湿度场；在台风登陆过程的模拟中，虽然对台风路径的预报有所偏差，但对比控制试验，在台风登陆地点、台风强度、路径的预报中云分析发挥了正作用；通过对云分析后初始场反演的雷达回波进行检验，验证了云分析的可行性与正确性，对整体的降水预报效果也有明显改善。
2012, 23(5): 562-570
摘要:
该文介绍了基于基本的支持向量机非线性回归方法，该方法具有解决非线性问题的能力，在数值预报解释应用技术中，对某些预报量与预报因子之间相关性不显著的要素，如风、比湿等，采用支持向量机非线性回归技术较多元回归的MOS方法更具优势；利用北京市气象局中尺度业务模式 (MM5V3) 的12：00(世界时) 起始数值预报产品和观测资料，制作北京15个奥运场馆站点6~48 h逐3 h的气象要素释用产品。对比MM5V3模式，从均方根误差的平均减小率来看，2 m温度减小12.1%，10 m风u分量减小43.3%，10 m风v分量减小53.4%，2 m比湿减小38.2%。与同期的MOS方法预报结果相比，整体预报效果SVM略优于MOS。由此可见，支持向量机非线性回归方法解决与预报因子之间非线性相关的气象要素较好，具有较高的预报优势。
该文介绍了基于基本的支持向量机非线性回归方法，该方法具有解决非线性问题的能力，在数值预报解释应用技术中，对某些预报量与预报因子之间相关性不显著的要素，如风、比湿等，采用支持向量机非线性回归技术较多元回归的MOS方法更具优势；利用北京市气象局中尺度业务模式 (MM5V3) 的12：00(世界时) 起始数值预报产品和观测资料，制作北京15个奥运场馆站点6~48 h逐3 h的气象要素释用产品。对比MM5V3模式，从均方根误差的平均减小率来看，2 m温度减小12.1%，10 m风u分量减小43.3%，10 m风v分量减小53.4%，2 m比湿减小38.2%。与同期的MOS方法预报结果相比，整体预报效果SVM略优于MOS。由此可见，支持向量机非线性回归方法解决与预报因子之间非线性相关的气象要素较好，具有较高的预报优势。
2012, 23(5): 571-577
摘要:
灌溉是河南省冬小麦最重要的种植管理模式。在DSSAT-CERES小麦模型参数调试和区域适用性验证的基础上，利用区域气候模式PRECIS输出的未来气候情景资料，量化分析了2021—2050年河南省灌溉条件下冬小麦产量的可能变化，结果表明：若不采取其他措施，未来A2，B2两种温室气体排放情景下，河南省冬小麦产量平均减少5%左右，A2情景减产率略高于B2；随着产量降低，产量波动区间略有缩小，但25%~75%的稳产区间也相应缩小，且B2情景下更容易出现极端低产的年份；冬小麦水分利用效率相应降低。采取适当应对措施，如延迟播种期、减小种植密度等有利于提高产量或缓解减产趋势。
灌溉是河南省冬小麦最重要的种植管理模式。在DSSAT-CERES小麦模型参数调试和区域适用性验证的基础上，利用区域气候模式PRECIS输出的未来气候情景资料，量化分析了2021—2050年河南省灌溉条件下冬小麦产量的可能变化，结果表明：若不采取其他措施，未来A2，B2两种温室气体排放情景下，河南省冬小麦产量平均减少5%左右，A2情景减产率略高于B2；随着产量降低，产量波动区间略有缩小，但25%~75%的稳产区间也相应缩小，且B2情景下更容易出现极端低产的年份；冬小麦水分利用效率相应降低。采取适当应对措施，如延迟播种期、减小种植密度等有利于提高产量或缓解减产趋势。
2012, 23(5): 578-584
摘要:
通过对2007—2010年北京市气象局交通气象监测站所采集的数据进行分析，研究了北京市高速公路道面结冰特征及气象条件。结果表明：北京市的道面结冰主要出现在西北部和城市环线高速公路；结冰次数年际变化显著，且同降水和气温之间关系密切。除此之外，北京地区高速公路内、外车道的结冰时刻均存在显著日变化，80%以上的结冰事件发生在20：00(北京时，下同) 到08：00之间，又以发生在后半夜为主，且前半夜结冰的持续时间明显长于后半夜。发生降雪结冰的气象条件：道面温度和气温均低于0℃，且道面温度略高于气温，环境风速较小，一般低于4 m·s-1。
通过对2007—2010年北京市气象局交通气象监测站所采集的数据进行分析，研究了北京市高速公路道面结冰特征及气象条件。结果表明：北京市的道面结冰主要出现在西北部和城市环线高速公路；结冰次数年际变化显著，且同降水和气温之间关系密切。除此之外，北京地区高速公路内、外车道的结冰时刻均存在显著日变化，80%以上的结冰事件发生在20：00(北京时，下同) 到08：00之间，又以发生在后半夜为主，且前半夜结冰的持续时间明显长于后半夜。发生降雪结冰的气象条件：道面温度和气温均低于0℃，且道面温度略高于气温，环境风速较小，一般低于4 m·s-1。
2012, 23(5): 585-592
摘要:
PSP总日射表在我国一直作为标准总日射表和质量优良的辐射仪器在使用，2006年以前还曾作为国家散射标准，在太阳辐射量值传递中测量标准散射辐射，通过成分和法计算标准总日射辐照度。总日射表的校准在晴天条件下进行，此时天空无云，由于热偏移为负值，导致对短波灵敏度系数被低估。2011年10月14日—11月15日在北京密云上甸子大气本底站进行了对比观测试验，通过对不同总日射表热偏移订正方法的试验与研究，进行了5种热偏移订正方法的比较。通过订正，在用于室外成分和法校准时，PSP表的灵敏度系数的准确度可提高1%，进而提高总辐射的测量准确度。
PSP总日射表在我国一直作为标准总日射表和质量优良的辐射仪器在使用，2006年以前还曾作为国家散射标准，在太阳辐射量值传递中测量标准散射辐射，通过成分和法计算标准总日射辐照度。总日射表的校准在晴天条件下进行，此时天空无云，由于热偏移为负值，导致对短波灵敏度系数被低估。2011年10月14日—11月15日在北京密云上甸子大气本底站进行了对比观测试验，通过对不同总日射表热偏移订正方法的试验与研究，进行了5种热偏移订正方法的比较。通过订正，在用于室外成分和法校准时，PSP表的灵敏度系数的准确度可提高1%，进而提高总辐射的测量准确度。
2012, 23(5): 593-603
摘要:
城市环境气候图最初于20世纪70年代由德国气候研究者开发制作，通过近40年的发展，目前在世界范围内已有20个国家开展了相关研究与应用项目，从而为改善城市气候环境与提高人居生活条件提供决策依据。该文首先对城市环境气候图的发展及其制作方法进行了一个总体性的回顾，然后选取德国、日本和中国香港地区的研究案例用以考察目前该领域研究和应用现状与存在问题，进一步详细探讨了未来发展的方向，最后指出了在我国城市化进程中为应对诸多气候环境问题所迫切需要开展的相关研究问题。
城市环境气候图最初于20世纪70年代由德国气候研究者开发制作，通过近40年的发展，目前在世界范围内已有20个国家开展了相关研究与应用项目，从而为改善城市气候环境与提高人居生活条件提供决策依据。该文首先对城市环境气候图的发展及其制作方法进行了一个总体性的回顾，然后选取德国、日本和中国香港地区的研究案例用以考察目前该领域研究和应用现状与存在问题，进一步详细探讨了未来发展的方向，最后指出了在我国城市化进程中为应对诸多气候环境问题所迫切需要开展的相关研究问题。
2012, 23(5): 604-608
摘要:
利用Holdridge生命地带系统对1971—2010年甘南草原的Holdridge生命地带偏移趋势及干湿变化进行分析，发现甘南草原目前仍属于青藏高原高寒植被地区的亚高山高寒草甸生命地带，但由于甘南草原生物温度明显升高，甘南草原南部和北部降水量呈现不同的变化趋势，位于青藏高原边坡地带的甘南草原的Holdridge生命地带距平均中心的偏移趋势逐年增大，甘南草原生态系统的稳定性在减弱；甘南草原潜在蒸散率以0.02/10 a~0.03/10 a趋势上升，其中以玛曲上升最明显，达0.03/10 a；20世纪90年代后，甘南草原呈明显的暖干化趋势，其中以位于南部的碌曲、玛曲变化最为明显，碌曲已由极湿润区转变为湿润区；玛曲有从极湿润区向湿润区过渡的趋势。影响甘南草原潜在蒸散率上升的主要气候因子是温度，其次为降水和空气湿度，温度上升是甘南草原暖干化的主要原因。
利用Holdridge生命地带系统对1971—2010年甘南草原的Holdridge生命地带偏移趋势及干湿变化进行分析，发现甘南草原目前仍属于青藏高原高寒植被地区的亚高山高寒草甸生命地带，但由于甘南草原生物温度明显升高，甘南草原南部和北部降水量呈现不同的变化趋势，位于青藏高原边坡地带的甘南草原的Holdridge生命地带距平均中心的偏移趋势逐年增大，甘南草原生态系统的稳定性在减弱；甘南草原潜在蒸散率以0.02/10 a~0.03/10 a趋势上升，其中以玛曲上升最明显，达0.03/10 a；20世纪90年代后，甘南草原呈明显的暖干化趋势，其中以位于南部的碌曲、玛曲变化最为明显，碌曲已由极湿润区转变为湿润区；玛曲有从极湿润区向湿润区过渡的趋势。影响甘南草原潜在蒸散率上升的主要气候因子是温度，其次为降水和空气湿度，温度上升是甘南草原暖干化的主要原因。
2012, 23(5): 609-613
摘要:
该文选取新疆阿克苏地区2006年11月22—24日的EOS/MODIS卫星遥感资料，同时选取相关气象站的观测资料，应用三光谱云相态反演法，对阿克苏地区暴雪云团的变化过程进行了研究，通过三光谱亮温差点聚图对云相态变化的分析，清晰地展示出该天气系统的发生、发展到最终暴雪形成过程中的物理机制。反演结果与实际气象观测情况相一致；表明三光谱云相态反演法在理论和实际应用方面具有一定优势。
该文选取新疆阿克苏地区2006年11月22—24日的EOS/MODIS卫星遥感资料，同时选取相关气象站的观测资料，应用三光谱云相态反演法，对阿克苏地区暴雪云团的变化过程进行了研究，通过三光谱亮温差点聚图对云相态变化的分析，清晰地展示出该天气系统的发生、发展到最终暴雪形成过程中的物理机制。反演结果与实际气象观测情况相一致；表明三光谱云相态反演法在理论和实际应用方面具有一定优势。
2012, 23(5): 614-623
摘要:
在传统的基于角色访问权限管理 (RBAC) 模型基础上结合气象数据自身特点及共享服务中的权限控制需求，提出了一种符合气象资料管理特点的多维度权限管理模型。该模型充分考虑了气象数据进行资源共享时资料分类众多、层次化结构复杂、检索粒度不同等特点，有针对性引入了客体维度概念和更灵活的权限管理机制，较好地满足了气象部门数据共享服务系统建设的需求。该方案作为全国综合气象信息共享平台 (CIMISS) 数据服务权限控制模型的前期试验研究，构建一个多维数据权限管理原型系统用于数据访问控制。作为通用性模型，该模型可以延伸用于气象数据服务类系统应用，对确保数据库的信息安全、防止用户越权访问数据、保障管理信息系统的正常运行具有重要意义。
在传统的基于角色访问权限管理 (RBAC) 模型基础上结合气象数据自身特点及共享服务中的权限控制需求，提出了一种符合气象资料管理特点的多维度权限管理模型。该模型充分考虑了气象数据进行资源共享时资料分类众多、层次化结构复杂、检索粒度不同等特点，有针对性引入了客体维度概念和更灵活的权限管理机制，较好地满足了气象部门数据共享服务系统建设的需求。该方案作为全国综合气象信息共享平台 (CIMISS) 数据服务权限控制模型的前期试验研究，构建一个多维数据权限管理原型系统用于数据访问控制。作为通用性模型，该模型可以延伸用于气象数据服务类系统应用，对确保数据库的信息安全、防止用户越权访问数据、保障管理信息系统的正常运行具有重要意义。
2012, 23(5): 624-630
摘要:
为了满足气候监测业务日益突出的个性化资料需求，设计和开发了气候监测业务专题数据服务系统。在分析用户资料需求的基础上，重点介绍了系统的设计思路和实现技术。该系统由1个专题数据支撑库和4个功能模块组成，包括资料更新发现、专题数据集制作、数据服务和任务调度，其中，专题数据集制作方法和3种任务调度模式是系统设计的核心。系统实现采用SSH (Struts Spring Hibernate) 框架，按数据访问层、业务逻辑层和交互表现层进行分层实现；同时，结合DWR (Direct Web Remoting) 技术实现了同步异步交互方式，使用灵活的配置管理加强系统的可扩展性。系统投入运行后，已制作出13个专题数据集，提供了良好的数据服务。
为了满足气候监测业务日益突出的个性化资料需求，设计和开发了气候监测业务专题数据服务系统。在分析用户资料需求的基础上，重点介绍了系统的设计思路和实现技术。该系统由1个专题数据支撑库和4个功能模块组成，包括资料更新发现、专题数据集制作、数据服务和任务调度，其中，专题数据集制作方法和3种任务调度模式是系统设计的核心。系统实现采用SSH (Struts Spring Hibernate) 框架，按数据访问层、业务逻辑层和交互表现层进行分层实现；同时，结合DWR (Direct Web Remoting) 技术实现了同步异步交互方式，使用灵活的配置管理加强系统的可扩展性。系统投入运行后，已制作出13个专题数据集，提供了良好的数据服务。
2012, 23(5): 631-637
摘要:
MESIS (气象服务信息系统) 是国家气象中心及各个省级气象部门用于制作气象服务材料的新一代业务服务系统，该系统运用了GIS、数据库、可视化、多媒体和Web等综合技术实现了决策气象服务产品的共享体系、服务产品的显示与综合集成、统计分析检索、制作、分发，以及重大气象灾害辅助决策支持与气象应急服务等功能。该文重点对MESIS中气象信息检索平台的架构体系、功能设计、GIS应用等关键技术进行了探讨，介绍了MESIS中气象信息检索及可视化产品制作平台的设计和实现。
MESIS (气象服务信息系统) 是国家气象中心及各个省级气象部门用于制作气象服务材料的新一代业务服务系统，该系统运用了GIS、数据库、可视化、多媒体和Web等综合技术实现了决策气象服务产品的共享体系、服务产品的显示与综合集成、统计分析检索、制作、分发，以及重大气象灾害辅助决策支持与气象应急服务等功能。该文重点对MESIS中气象信息检索平台的架构体系、功能设计、GIS应用等关键技术进行了探讨，介绍了MESIS中气象信息检索及可视化产品制作平台的设计和实现。
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