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2014年  第25卷  第2期

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论著
以黑体为目标的能见度参考标准试验研究
马舒庆, 徐振飞, 毛节泰, 刘达新, 张春波, 杨玲, 甄小琼
2014, 25(2): 129-134
摘要:
黑体为目标的能见度测量是从科西米德定律出发,通过工业相机对黑体目标物进行拍摄,建立黑体和背景天空的数学模型,求得能见度。分析表明:当能见度小于30 km,黑体黑度和CCD (change-coupled device) 工业相机的面非均匀性对该方法测得的能见度造成的误差约为3.7%。该方法与前向散射能见度仪测量进行对比,能见度变化趋势上具有一致性;但在高能见度时,黑体能见度测量值大于前向散射能见度测量值,低能见度时,黑体测量值小于前向散射能见度测量值。
自动气象站温湿度传感器更换的影响评估
杨志彪, 李中华, 何菊
2014, 25(2): 135-142
摘要:
选取湖北省自动观测记录较长的38个站作为被检站,每个被检站选取3个邻近站,统计相对湿度、水汽压序列与邻近站的相关系数、平均值及方差变化情况,分析由人工观测改变为自动气象站观测后,两者存在的差异,并对其中4个国家基准气候站2003—2011年自动观测和同期人工观测进行对比,得到这4个站9年内每次更换温湿度传感器对相对湿度、水汽压记录的影响情况。结果表明:对比自动观测与人工观测两个序列,被检站与对应邻近站的相对湿度、水汽压的相关系数呈减小趋势,两种观测差值的平均值和方差差异显著;温湿度传感器的更换易产生相对湿度和水汽压记录的跳变;温湿度传感器的检定示值误差是加剧自动观测与人工观测序列显著差异的重要因素;改进观测方法,完善自动气象站检定规程,是自动观测与人工观测序列均一性的重要保证。
近红外CO2高光谱探测仪通道选择
毕研盟, 杨忠东, 卢乃锰, 张鹏, 王倩
2014, 25(2): 143-149
摘要(3472) HTML全文 (940) PDF 719KB(1599)
摘要:
近红外波段 (1.6 μm) 遥感可探测大气CO2含量信息,应用于碳循环研究中。宽波段、高分辨率不但对仪器研制是一个挑战,而且巨大的数据量对观测的正演、反演也是一个挑战性课题。该文应用自由度及信息量分析法,对近红外高光谱波段中探测通道进行CO2信息量分析,选择前20~100个高信息量的CO2探测通道,并进行了反演模拟测试。结果表明:前20个高信息量通道占所有通道总信息量的76.4%,仅用所选的前20个通道进行反演,与所有通道参加反演的结果相比,误差增加0.3×10-6;通道数增至60时,信息量增加,通道数再增加,信息量则增加不显著;CO2反演误差存在相似的关系。在高CO2信息量分布上,弱吸收性质的1.6 μm波段和强吸收性质的2.06 μm波段表现出不同特点。
气象要素对太阳能电池板温度的影响
潘进军, 申彦波, 边泽强, 王香云
2014, 25(2): 150-157
摘要:
温度升高会引起光伏电池发电效率下降,电池板温度是确定温度折减系数的必要条件,目前我国尚没有充足的外场实测电池板温度数据。该文基于北京南郊太阳能试验站2010年全年逐时电池板温度、气温、地表温度、斜面和水平辐照度实测数据,分析了电池板温度随时间的变化及其与各气象要素的关系。结果表明:电池板温度与气温和斜面辐照度的综合相关或与地表温度的线性相关最好,但实测数据不易获得;电池板温度与气温的线性相关较好,数据较易获得且质量有保证,从现实可行性考虑,是推算电池板温度最实用的相关方程;电池板温度与气温和水平辐照度的综合相关可以作为辅助方程,用于推算气温较高情况下的电池板温度。基于2010年电池板温度实测数据和加权计算的方法,得到北京地区年平均光伏发电温度折减系数约为2%,最高可达到13.3%。
C波段多普勒天气雷达地物识别方法
李丰, 刘黎平, 王红艳, 杨川
2014, 25(2): 158-167
摘要:
地物回波对雷达数据应用会造成负面影响,是影响定量降水估测等产品精度的重要因素,识别并剔除地物回波是雷达基数据质量控制的一个重要内容。该文在现有S波段雷达地物识别方法的基础上,使用长治、哈尔滨两部CINRAD/CC雷达2011年观测数据,对C波段雷达地物回波特征进行分析,改进识别参量的隶属函数,建立适合C波段多普勒天气雷达的地物识别方法 (MCC方法),并对该方法进行效果检验。结果表明:S波段及C波段雷达地物回波与回波强度有关的参量分布较为相近,与降水回波的参量分布有明显区别;S波段雷达地物识别方法中与回波强度有关的参量可用于C波段雷达地物的识别,与速度有关的参量中仅中值速度可用于C波段雷达。通过统计分析与个例分析,相对于现有S波段雷达识别方法,MCC方法可显著提高C波段雷达地物回波的识别正确率,并可减少层状云降水回波的误判。
基于探空资料因子组合分析方法的冰雹预报
刘晓璐, 刘建西, 张世林, 刘平
2014, 25(2): 168-175
摘要(2513) HTML全文 (922) PDF 386KB(1491)
摘要:
以1978—2007年四川省宜宾探空站200 km范围内共45例降雹事件与非降雹事件作为时间样本,将利用T-lnp探空资料计算表征热力、动力、水汽条件、温度、高度等物理参数作为预报因子,采用因子组合分析方法对3244个预报因子进行筛选,找出影响宜宾探空站附近降雹的预报因子,并计算得到它们的阈值及组合关系,建立了冰雹预报指标判别式。两个主要因子为400 hPa饱和湿静力温度与850 hPa湿静力温度之差 (Tσ400*-Tσ850) 和400 hPa与地面垂直气压梯度之差 (Gz400-Gzsurface),两个条件因子为700 hPa水汽压与饱和水汽压之差 (e700-es700) 和700 hPa露点温度与饱和湿静力温度之差 (Td700-Tσ700*)。将2008年全年732例时次的T-lnp探空资料代入判别式进行试报,探测率为84%,空报率为67.7%,成功指数为30.4%,试报结果表明:基于探空资料因子组合分析方法得到的冰雹预报指标判别方法可行,具有一定准确性。
干旱指数在淮河流域的适用性对比
谢五三, 王胜, 唐为安, 吴蓉, 戴娟
2014, 25(2): 176-184
摘要(5157) HTML全文 (1338) PDF 1341KB(1742)
摘要:
利用淮河流域河南、安徽、山东、江苏4省170个站1961—2010年逐日气温、降水以及土壤墒情和干旱灾情资料,从干旱年际变化、季节演变、空间分布、典型干旱过程诊断、不合理跳跃点以及与土壤墒情、干旱灾情相关性等方面,对比分析降水距平百分率 (Pa)、Z指数、标准化降水指数 (SPI)、相对湿润度指数 (MI)、综合气象干旱指数 (CI) 和改进的CI (CINew) 在淮河流域的适用性。结果表明:各干旱指数对淮河流域的典型旱年均有较好的诊断能力;在干旱季节演变及空间分布的诊断方面,Pa,MI,CI和CINew与实际较为吻合,而Z指数和SPI诊断效果较差;在典型干旱过程诊断以及不合理跳跃次数方面,CI和CINew更能刻画出干旱发生发展机制,而Pa,Z指数,SPI,MI效果较差;与土壤墒情和历史干旱灾情相关性方面,CI和CINew比Pa,Z指数,SPI,MI具有更好的相关性。即对于淮河流域的干旱监测诊断,CI和CINew要优于Pa,Z指数,SPI及MI,具有更好的适用性。
百叶箱与通风辐射罩的气温日最值差异
严家德, 金莲姬, 王巍巍, 王静
2014, 25(2): 185-192
摘要(2856) HTML全文 (908) PDF 688KB(1194)
摘要:
利用2009年8月—2010年7月的平行观测资料,对新型自动气象站中百叶箱和通风辐射罩气温观测系统气温日最值对比差的分布、粗差率、一致率以及平均值等进行统计,对日最值的出现时间进行对比,对日最值对比差与环境风速的关系进行分析,建立并验证了百叶箱气温日最值的订正方法。结果表明:百叶箱和通风辐射罩气温日最值对比差的分布均呈右偏态,且偏斜程度较大,不服从正态分布;日最高气温与最低气温的一致率分别为90.0%和81.5%,两者存在较大差异,但其粗差率基本一致,均略高于3.0%;与通风辐射罩气温观测系统相比,百叶箱的日最值数据总体偏高0.2℃左右,同时其出现时间也存在不同程度的滞后;气温日最值的差异会随着环境风速的增强而减小,特别是当风速大于4.5 m·s-1时,其差异可缩小到0.1℃以内;以环境风速为主要参数的气温订正方法将最高气温的差异缩小到0.03℃,一致率提高到95.2%,将最低气温的差异缩小到0.01℃,一致率提高到94.1%。
改进的互功率谱相位法在雷声声源定位中的应用
杨了, 吕伟涛, 张阳, 罗红艳, 刘华楠, 高彦, 张义军
2014, 25(2): 193-201
摘要:
互相关函数法是一种常用的时延估计方法,但在低信噪比和闪电存在多分叉的情况下,该方法的效果不理想。针对这一问题,该文选取广州地区2009年8月24日19:08:04和2012年5月5日08:01:00的两次闪电过程的雷声记录,结合高速摄像资料,比较了互相关函数法和改进的互功率谱相位法在雷声声源定位中的应用效果。首先,利用互相关函数法和改进的互功率谱相位法计算声源点的方向信息,定位结果与高速摄像照片对比具有较好的一致性,证明了定位方法的可靠性,对比结果表明:在低信噪比环境和多分叉闪电情况下,改进的互功率谱相位法能够获得比互相关函数法更好的定位效果。最后给出了综合利用改进的互功率谱相位法计算得到的方向信息和声源点与观测点的距离信息得到的雷声声源三维定位结果。
应用样条插值提高GRAPES模式物理过程反馈精度
苏勇, 沈学顺, 张倩, 刘俊杰
2014, 25(2): 202-211
摘要:
GRAPES (Global/Regional Assimilation and PrEdiction System) 模式动力框架中垂直方向变量的跳层设置采用Charney-Phillips分布,在整层上进行位温、水物质的计算,物理过程中在半层上对其进行处理。这样在GRAPES模式中,进入物理过程之前和物理过程计算完毕之后,都要采用线性插值进行整层和半层之间物理量的转换。由于线性插值精度欠佳,为提高上述反馈过程的精度,并保证水物质的正定性,该研究引入样条插值,并在水物质的插值过程中进行保单调处理,有效减小了位温场、水物质场的预报偏差,并提升了模式的综合预报性能。
BJ-RUC系统对北京夏季边界层的预报性能评估
刘梦娟, 陈敏
2014, 25(2): 212-221
摘要:
以北京市观象台2010年8月、2011年8月每日3次 (08:00, 14:00, 20:00,北京时,下同) L波段探空秒间隔数据为实况,对BJ-RUC系统 (rapid updated cycle system for the Beijing area) 分析和预报边界层性能进行了初步评估。结果表明:BJ-RUC系统对北京地区夏季白天边界层的细致特征具有较好的预报能力,但也存在明显的系统性误差。08:00边界层偏冷; 14:00和20:00 1 km以下的边界层则显著偏暖, 边界层内明显偏湿。整体上模式对边界层内温度、湿度的预报误差均高于自由大气。该系统对北京地区边界层内早晨 (08:00) 从夜间山风向白天谷风环流过渡、午后 (14:00) 到日落后 (20:00)1500 m以下盛行西南偏南气流的日变化特征具有较强的预报能力。系统预报的14:00边界层顶高度与评估时段内实际对流边界层高度的变化趋势一致。但预报的对流边界层顶偏高,这与BJ-RUC系统采用YSU边界层参数化方案的垂直混合更强有关。
船舶海平面气压观测资料质量控制
李岩松, 徐枝芳, 范广洲, 李平, 李泽椿
2014, 25(2): 222-231
摘要:
随着数值预报模式不断发展,各类观测资料在数值模式中发挥着越来越重要的作用,船舶观测资料是海上3类观测系统 (卫星、飞机、船舶) 资料之一。为了保障船舶观测资料质量并有效地应用于数值模式,该文依据船舶观测资料的时空分布特征,以及2011年1月和7月T639分析场与观测资料对比分析结果,建立了一套船舶海平面气压资料质量控制方案,包括要素极值范围检查、缺测和冗余资料剔除、背景场一致性检查、测站黑名单建立等,并将该方案应用于2011年2月、6月、8月的观测资料。结果表明:船舶观测资料在时间上不连续且空间分布不均匀,会影响时间一致性检查和空间一致性检查质量控制效果;船舶海平面气压观测资料在所有观测要素中资料量最大,但其缺测和冗余资料量约占50%;黑名单资料的质量控制方案能够有效识别和剔除黑名单资料,且有利于对各测站的检查与维修工作;由于五大湖和大奴湖地区地形高度的影响,在背景场一致性检查过程中需对这些区域的背景场资料进行订正。
福建省枇杷气象灾害综合风险评估
陈家金, 李丽纯, 林晶, 王加义, 郑东旗, 黄川容
2014, 25(2): 232-241
摘要:
通过辨识影响福建省枇杷生长发育和产量的主要致灾因子,分析枇杷对气象灾害的敏感性和暴露性,考虑种植区的防灾减灾能力,构建出枇杷气象灾害综合风险评估指标体系,利用枇杷种植区1971—2011年气象资料,1992—2011年枇杷种植面积、产量及其他社会经济资料,采用层次分析法和熵权系数法融合方法计算各风险指标的权重及各评估单元的风险指数,进而构建枇杷气象灾害的综合风险评估模型,应用GIS技术制作出风险精细区划图,评估枇杷气象灾害的综合风险。结果表明:致灾危险性对综合风险的影响最大,起主要作用;重度以上的综合风险主要分布在福建省5个主要山脉的中高海拔山区以及枇杷种植面积大的莆田市、福清市、云霄县,轻度综合风险区主要分布在中南部沿海县市的低海拔种植区 (除种植大县和东山县外),其余种植区的综合风险属中度。
业务系统
北京全球信息系统中心的数据缓存功能优化
王甫棣, 姜立鹏, 姚燕
2014, 25(2): 242-248
摘要:
世界气象组织信息系统 (WMO Information System,WIS) 是一个支撑全球气象数据交换共享的通用信息服务平台,北京全球信息系统中心作为WIS的核心功能中心之一,必须缓存最近24 h内的WMO全球交换数据以提供高效的数据访问服务。为了检查收集到的全球交换数据的合法性,需要校验每条数据是否存在与之匹配的元数据,这些元数据信息以关系型数据库方式存储在北京全球信息系统中心中。由于每日接收到的WMO全球交换数据文件个数多且收集时间分布不均,大量频繁的数据库查询操作导致处理性能下降,特别在数据密集收集的情况下容易产生较大延迟,直接影响业务的实时性。设计并实现一种基于内存对象缓存的应用优化现有通过数据库查询的校验方式,实现在内存中一次性载入元数据信息,并在内存中完成缓存数据校验的操作,以此来减少磁盘的读写访问,提升处理效率。此外,还通过多线程方法实现与缓存数据相关的功能,使该方案具有良好的扩展性。实际应用表明:数据缓存功能优化后能满足实时业务性能要求。
基于天气事件的公共气象服务产品制作系统
张振涛, 张正文, 陈宇, 薛冰
2014, 25(2): 249-256
摘要:
产品服务是公共气象服务的重要手段之一。新媒体技术的进步、发布渠道的拓展给气象服务产品制作带来了更高的时效性和美观性要求。现有的气象业务平台多依赖于第三方GIS (地理信息系统) 组件完成气象数据的分析和产品的输出,系统设计基于GIS的理论模型,在用户交互、图形质量控制等方面受到限制。通过分析公共气象服务产品制作的业务难点,提出了一种基于天气事件的公共气象服务产品制作框架,通过将气象知识形式化,建立天气事件与服务产品之间的联系;同时采用流行的轻量级系统设计思想,应用多种图形处理技术,实现天气事件快速响应,服务产品快速生成。关键性技术主要包括气象知识抽取、数据分析技术、地理边界裁剪和图形质量控制等。基于该框架建设的原型系统,其结构完整、功能性强,在网站和手机气象服务中取得了很好的应用成果。