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中国气象局2015年 第26卷 第1期
摘要
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2015, 26(1): 1-11.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150101
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摘要:
气候变化已成为当今科学界、各国政府和社会公众普遍关注的环境问题之一，气候变化可能对生态系统和社会经济产生灾难性影响，农业是受气候变化影响最直接的脆弱行业。因此，气候变化对农业生产的影响研究一直是气候变化研究领域中的热点问题之一。该文系统介绍了有关全球气候变化对中国农业生产影响研究的现状与进展，包括气候变化对农业影响的研究方法、大气中温室气体浓度增加对农作物的影响试验、气候变化对农业气候资源的影响、气候变化对农作物生长发育和产量的影响、气候变化对农业种植制度和品种布局的影响、气候变化对农作物气候生产潜力和气候资源利用率的影响等，指出当前在研究气候变化对农业影响评估中存在的问题，提出了今后应加强对气候变化情景和预测模式不确定性的研究、气候变化对农业影响的方法研究。此外，气候变化背景下极端天气气候事件对农业生产的影响以及气候变化对农业病虫害的影响研究等仍较薄弱，有待进一步加强和深入。
气候变化已成为当今科学界、各国政府和社会公众普遍关注的环境问题之一，气候变化可能对生态系统和社会经济产生灾难性影响，农业是受气候变化影响最直接的脆弱行业。因此，气候变化对农业生产的影响研究一直是气候变化研究领域中的热点问题之一。该文系统介绍了有关全球气候变化对中国农业生产影响研究的现状与进展，包括气候变化对农业影响的研究方法、大气中温室气体浓度增加对农作物的影响试验、气候变化对农业气候资源的影响、气候变化对农作物生长发育和产量的影响、气候变化对农业种植制度和品种布局的影响、气候变化对农作物气候生产潜力和气候资源利用率的影响等，指出当前在研究气候变化对农业影响评估中存在的问题，提出了今后应加强对气候变化情景和预测模式不确定性的研究、气候变化对农业影响的方法研究。此外，气候变化背景下极端天气气候事件对农业生产的影响以及气候变化对农业病虫害的影响研究等仍较薄弱，有待进一步加强和深入。
2015, 26(1): 12-21.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150102
摘要:
TSI3563型积分式浊度计是一种性能出色的气溶胶散射系数观测仪器，然而由于仪器设计所固有的限制，TSI3563型浊度计观测结果包含有角度截断和非朗伯体光源两项系统性误差，会使观测结果较真值偏小10%左右。因此，需要对TSI3563型浊度计的观测结果进行校正才能得到较为精确的散射系数观测值。该研究利用2009年华北平原HaChi气溶胶外场观测数据测试了现有校正方法，结果显示，传统的校正方法在我国华北平原这样的高气溶胶污染地区并不适用。为此，提出一种改进的校正方法，利用同时观测的PM1和PM10数据，在校正方案中加入超微米粒子体积比这一参量，对于不同体积比采用不同的校正函数。利用实际观测数据检验后发现，改进方法的校正效果相对于传统方法有很大改善。
TSI3563型积分式浊度计是一种性能出色的气溶胶散射系数观测仪器，然而由于仪器设计所固有的限制，TSI3563型浊度计观测结果包含有角度截断和非朗伯体光源两项系统性误差，会使观测结果较真值偏小10%左右。因此，需要对TSI3563型浊度计的观测结果进行校正才能得到较为精确的散射系数观测值。该研究利用2009年华北平原HaChi气溶胶外场观测数据测试了现有校正方法，结果显示，传统的校正方法在我国华北平原这样的高气溶胶污染地区并不适用。为此，提出一种改进的校正方法，利用同时观测的PM1和PM10数据，在校正方案中加入超微米粒子体积比这一参量，对于不同体积比采用不同的校正函数。利用实际观测数据检验后发现，改进方法的校正效果相对于传统方法有很大改善。
2015, 26(1): 22-31.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150103
摘要:
卫星微波仪器接收的来自地气系统的被动热辐射与主动传感器发射的信号相混合，被称为无线电频率干扰 (RFI)，在主动及被动微波遥感探测领域已成为越来越严重的问题。海洋表面反射的静止通讯、电视卫星下发信号是干扰海洋上星载被动微波辐射计观测的主要来源。该文以先进的微波扫描辐射计AMSR-E为例，采用双主成分分析方法对美国陆地上大面积水体、附近洋面和中国海岸线附近的RFI进行识别，研究表明：美国附近洋面区域星载微波辐射计18.7 GHz通道观测主要受静止电视卫星DirecTV的干扰，由于海表反射引起的RFI非常依赖于静止卫星和星载被动仪器的相对几何位置，只有当闪烁角θ(观测视场镜面反射的静止电视卫星信号方向与视场到星载仪器方向之间的夹角) 较小时卫星观测易受到污染。美国海洋区域较强RFI分布在五大湖区域，离内陆越近RFI越强，东西海岸RFI较强，而整个南海岸干扰相对较弱。中国海岸线附近AMSR-E 6.925 GHz通道观测受RFI影响，而18.7 GHz通道观测未受到干扰。
卫星微波仪器接收的来自地气系统的被动热辐射与主动传感器发射的信号相混合，被称为无线电频率干扰 (RFI)，在主动及被动微波遥感探测领域已成为越来越严重的问题。海洋表面反射的静止通讯、电视卫星下发信号是干扰海洋上星载被动微波辐射计观测的主要来源。该文以先进的微波扫描辐射计AMSR-E为例，采用双主成分分析方法对美国陆地上大面积水体、附近洋面和中国海岸线附近的RFI进行识别，研究表明：美国附近洋面区域星载微波辐射计18.7 GHz通道观测主要受静止电视卫星DirecTV的干扰，由于海表反射引起的RFI非常依赖于静止卫星和星载被动仪器的相对几何位置，只有当闪烁角θ(观测视场镜面反射的静止电视卫星信号方向与视场到星载仪器方向之间的夹角) 较小时卫星观测易受到污染。美国海洋区域较强RFI分布在五大湖区域，离内陆越近RFI越强，东西海岸RFI较强，而整个南海岸干扰相对较弱。中国海岸线附近AMSR-E 6.925 GHz通道观测受RFI影响，而18.7 GHz通道观测未受到干扰。
2015, 26(1): 32-44.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150104
摘要:
基于国家气象中心GRAPES_Meso高分辨率区域模式，针对中尺度数值预报模式中预报雨带形成滞后问题，研究了潜热加热纳近方法在地面降水资料同化中的应用，以期提高短时数值天气预报的水平。2013年6月20日—7月20日的初步试验结果表明：通过调整模式潜热加热廓线，可以改进初始场中温、湿、风等要素的合理分布，增加降水区的对流不稳定性；潜热加热纳近方法可以缩短模式的调整适应 (spin-up) 时间，改进短时降水预报的落区和强度，提高3 h，6 h，12 h的降水预报TS，ETS评分；与传统的冷潜热加热纳近的试验结果相比，改进的暖潜热加热纳近试验对降水落区和强度的预报更接近观测，但强降水中心范围略大。
基于国家气象中心GRAPES_Meso高分辨率区域模式，针对中尺度数值预报模式中预报雨带形成滞后问题，研究了潜热加热纳近方法在地面降水资料同化中的应用，以期提高短时数值天气预报的水平。2013年6月20日—7月20日的初步试验结果表明：通过调整模式潜热加热廓线，可以改进初始场中温、湿、风等要素的合理分布，增加降水区的对流不稳定性；潜热加热纳近方法可以缩短模式的调整适应 (spin-up) 时间，改进短时降水预报的落区和强度，提高3 h，6 h，12 h的降水预报TS，ETS评分；与传统的冷潜热加热纳近的试验结果相比，改进的暖潜热加热纳近试验对降水落区和强度的预报更接近观测，但强降水中心范围略大。
2015, 26(1): 45-56.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150105
摘要:
选取2009年3月28日广东省广州市大暴雨过程，考察了变分校准前后Z-I关系估算雷达降水率的区别。变分校准后的降水率资料具有较高的单点精度与合理的梯度分布。降水率资料能够反映大气动力特征和水汽分布等重要信息，是模拟中小尺度系统的关键因子。基于GRAPES (Global/Regional Analysis and Prediction System) 区域三维变分系统，将FSU (Florida State University) 对流参数化方案作为观测算子的同化试验指出，同化降水率资料后同时增强了低层大气的辐合和高层大气的辐散，从而使整层气柱的不稳定能量增加。沙氏指数和K指数诊断分析也表明，同化降水率资料后有利于触发强对流天气。此外，低空辐合有利于水汽垂直输送，维持对流发展，改进降水模拟。逐小时数值模拟结果表明：同化校准后的雷达估算降水率不仅可以改进降水分布，而且使中尺度对流系统的发展和消亡清晰地表现出来。
选取2009年3月28日广东省广州市大暴雨过程，考察了变分校准前后Z-I关系估算雷达降水率的区别。变分校准后的降水率资料具有较高的单点精度与合理的梯度分布。降水率资料能够反映大气动力特征和水汽分布等重要信息，是模拟中小尺度系统的关键因子。基于GRAPES (Global/Regional Analysis and Prediction System) 区域三维变分系统，将FSU (Florida State University) 对流参数化方案作为观测算子的同化试验指出，同化降水率资料后同时增强了低层大气的辐合和高层大气的辐散，从而使整层气柱的不稳定能量增加。沙氏指数和K指数诊断分析也表明，同化降水率资料后有利于触发强对流天气。此外，低空辐合有利于水汽垂直输送，维持对流发展，改进降水模拟。逐小时数值模拟结果表明：同化校准后的雷达估算降水率不仅可以改进降水分布，而且使中尺度对流系统的发展和消亡清晰地表现出来。
2015, 26(1): 57-65.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150106
摘要:
选取2004—2012年广东省12个大冰雹风暴单体为样本，利用多普勒天气雷达资料，计算了最大反射率因子及其高度等多个雷达参数，分析了三体散射、旁瓣回波和环境温度层上回波特征以及大冰雹与非冰雹风暴单体间的反射率因子垂直廓线差异。结果表明：大冰雹风暴单体发展均非常旺盛，最大反射因子多超过65 dBZ，对应高度几乎都达到5 km。除受周围大范围雷达回波影响外，大冰雹风暴单体均观测到了三体散射或旁瓣回波特征，并具有一定的预报提前量；在0℃和-20℃层高度上的最大反射率因子均超过54 dBZ。大冰雹风暴单体与非冰雹风暴单体相比，低层回波迅速增加，强核心区垂直伸展更深厚，回波垂直递减率更小。
选取2004—2012年广东省12个大冰雹风暴单体为样本，利用多普勒天气雷达资料，计算了最大反射率因子及其高度等多个雷达参数，分析了三体散射、旁瓣回波和环境温度层上回波特征以及大冰雹与非冰雹风暴单体间的反射率因子垂直廓线差异。结果表明：大冰雹风暴单体发展均非常旺盛，最大反射因子多超过65 dBZ，对应高度几乎都达到5 km。除受周围大范围雷达回波影响外，大冰雹风暴单体均观测到了三体散射或旁瓣回波特征，并具有一定的预报提前量；在0℃和-20℃层高度上的最大反射率因子均超过54 dBZ。大冰雹风暴单体与非冰雹风暴单体相比，低层回波迅速增加，强核心区垂直伸展更深厚，回波垂直递减率更小。
2015, 26(1): 66-75.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150107
摘要:
降水条件下，风廓线雷达 (wind profiler radar，WPR) 能够同时接收到大气湍流回波和降水粒子的散射回波，降水信号谱与湍流信号谱叠加在一起。风廓线雷达计算水平风时，若采用叠加在一起的功率谱处理降水条件下的探测数据，必将导致后期水平风的合成严重失真。该文首先对原始功率谱数据进行插值和平滑处理，通过功率谱曲线极大值点的个数判断其是否受到降水影响。对于受到降水影响的功率谱，依据湍流谱和降水谱均趋于对称型的特点，用两种方法分别对不同特征的功率谱曲线进行湍流谱和降水谱的分离处理，继而利用分离出的湍流谱信号反演水平风场。研究选取广东省湛江站风廓线雷达2013年6月及7月两次实测降水过程，分析结果表明：用湍流谱代替原始功率谱反演的风场，一致性较处理前有明显提高，从而证明了该分离方法的可行性。
降水条件下，风廓线雷达 (wind profiler radar，WPR) 能够同时接收到大气湍流回波和降水粒子的散射回波，降水信号谱与湍流信号谱叠加在一起。风廓线雷达计算水平风时，若采用叠加在一起的功率谱处理降水条件下的探测数据，必将导致后期水平风的合成严重失真。该文首先对原始功率谱数据进行插值和平滑处理，通过功率谱曲线极大值点的个数判断其是否受到降水影响。对于受到降水影响的功率谱，依据湍流谱和降水谱均趋于对称型的特点，用两种方法分别对不同特征的功率谱曲线进行湍流谱和降水谱的分离处理，继而利用分离出的湍流谱信号反演水平风场。研究选取广东省湛江站风廓线雷达2013年6月及7月两次实测降水过程，分析结果表明：用湍流谱代替原始功率谱反演的风场，一致性较处理前有明显提高，从而证明了该分离方法的可行性。
2015, 26(1): 76-86.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150108
摘要:
2002—2010年我国高空探测系统逐步完成了由原来的59-701型探空系统升级为L波段雷达-电子探空仪系统的工作，湿度传感器由原来的肠衣更换为碳湿敏电阻。该文对全国98个高空站相对湿度探测值在换型前后的差异进行了统计分析。结果表明：探空系统换型后，相对湿度探测值较换型前显著降低，表现为明显的干偏差，且随着高度的增加而增大，200，500 hPa和850 hPa相对湿度分别偏低14.6%，8.3%和5.3%。受太阳辐射的影响，这种干偏差在白天甚于夜间；换型前后相对湿度的概率分布也发生了明显变化，整个对流层相对湿度低于20%的低值出现频率明显高于换型前，200 hPa相对湿度小于20%的出现频率由换型前的10%增加到换型后的53%。最明显的变化是相对湿度为3%以下的出现频率，换型前各高度层出现频率均接近于0，但换型后200，500 hPa和850 hPa出现频率分别达到16.2%，9.9%和2.2%。
2002—2010年我国高空探测系统逐步完成了由原来的59-701型探空系统升级为L波段雷达-电子探空仪系统的工作，湿度传感器由原来的肠衣更换为碳湿敏电阻。该文对全国98个高空站相对湿度探测值在换型前后的差异进行了统计分析。结果表明：探空系统换型后，相对湿度探测值较换型前显著降低，表现为明显的干偏差，且随着高度的增加而增大，200，500 hPa和850 hPa相对湿度分别偏低14.6%，8.3%和5.3%。受太阳辐射的影响，这种干偏差在白天甚于夜间；换型前后相对湿度的概率分布也发生了明显变化，整个对流层相对湿度低于20%的低值出现频率明显高于换型前，200 hPa相对湿度小于20%的出现频率由换型前的10%增加到换型后的53%。最明显的变化是相对湿度为3%以下的出现频率，换型前各高度层出现频率均接近于0，但换型后200，500 hPa和850 hPa出现频率分别达到16.2%，9.9%和2.2%。
2015, 26(1): 87-94.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150109
摘要:
为研究不同高度的建筑物对雷电磁场的影响，对2011年7月—2012年8月广州高建筑物雷电观测试验中获取的雷电磁场波形数据进行统计分析，共选取击中14个高建筑物的40次雷电 (均为负极性雷电) 的磁场数据，结果表明：高建筑物对回击磁场峰值有增强作用，且建筑物越高对回击磁场峰值的增强作用越大，高度在200 m以上的建筑物上雷电首次回击磁场峰值的几何平均值是高度在200 m以下的建筑物上的2.4倍；高建筑物雷电回击的磁场波形呈多峰特征；观测到的20次击中200 m以下高建筑物的雷电中，有13次 (65%) 雷电首次回击的磁场波形出现后续峰值比初始峰值大的现象，击中200 m以上高建筑物的14次雷电中有8次 (57%) 出现该现象；40次高建筑物雷电中有22次 (55%) 为多回击雷电，135个回击间隔时间的几何平均值为69.1 ms, 多回击高建筑物雷电中有10次 (45%) 出现继后回击的磁场峰值大于首次回击磁场峰值的现象。
为研究不同高度的建筑物对雷电磁场的影响，对2011年7月—2012年8月广州高建筑物雷电观测试验中获取的雷电磁场波形数据进行统计分析，共选取击中14个高建筑物的40次雷电 (均为负极性雷电) 的磁场数据，结果表明：高建筑物对回击磁场峰值有增强作用，且建筑物越高对回击磁场峰值的增强作用越大，高度在200 m以上的建筑物上雷电首次回击磁场峰值的几何平均值是高度在200 m以下的建筑物上的2.4倍；高建筑物雷电回击的磁场波形呈多峰特征；观测到的20次击中200 m以下高建筑物的雷电中，有13次 (65%) 雷电首次回击的磁场波形出现后续峰值比初始峰值大的现象，击中200 m以上高建筑物的14次雷电中有8次 (57%) 出现该现象；40次高建筑物雷电中有22次 (55%) 为多回击雷电，135个回击间隔时间的几何平均值为69.1 ms, 多回击高建筑物雷电中有10次 (45%) 出现继后回击的磁场峰值大于首次回击磁场峰值的现象。
2015, 26(1): 95-102.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150110
摘要:
太阳辐射测量标准仅采取定期参加国际比对的溯源方法不能完全满足质量保证的要求。只有联合国际比对和期间核查的控制方法，才能确保测量标准的测量不确定度持续控制在误差允许范围之内。我国太阳辐射测量标准与世界辐射测量基准 (WRR) 比对结果的不确定度为0.17%，满足世界气象组织 (WMO) 要求，并达到世界先进水平。为了保证在两次国际周期比对间隔之间的准确可靠，并保证其处于良好置信度的校准状态，定期对测量标准的重复性和稳定性进行期间核查, 以图形记忆方式对太阳辐射测量标准的测量过程进行连续和长期的统计控制。通过期间核查，保证了太阳辐射测量标准的重复性不大于0.1%，年稳定性小于0.25%，未超出控制界限且分布呈随机状态，保证了测量过程处于稳定受控状态，满足建标要求。
太阳辐射测量标准仅采取定期参加国际比对的溯源方法不能完全满足质量保证的要求。只有联合国际比对和期间核查的控制方法，才能确保测量标准的测量不确定度持续控制在误差允许范围之内。我国太阳辐射测量标准与世界辐射测量基准 (WRR) 比对结果的不确定度为0.17%，满足世界气象组织 (WMO) 要求，并达到世界先进水平。为了保证在两次国际周期比对间隔之间的准确可靠，并保证其处于良好置信度的校准状态，定期对测量标准的重复性和稳定性进行期间核查, 以图形记忆方式对太阳辐射测量标准的测量过程进行连续和长期的统计控制。通过期间核查，保证了太阳辐射测量标准的重复性不大于0.1%，年稳定性小于0.25%，未超出控制界限且分布呈随机状态，保证了测量过程处于稳定受控状态，满足建标要求。
2015, 26(1): 103-111.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150111
摘要:
为了提高产量趋势预报的准确性和定量预报的准确率，利用1962—2002年气象、早稻产量和田间观测资料，建立基于气候适宜度、关键气象因子、作物生长模型的湖南省早稻产量动态预报方法，进行回代检验；并利用2003—2012年资料进行预报检验。分析表明：3种方法的预报准确率比较接近，平均在93.8%以上；基于气候适宜度预报方法的趋势预报准确性最高，较基于关键气象因子的预报方法高4%~6%；基于作物生长模型预报方法的误差5%以内样本百分率最高，较基于气候适宜度的预报方法高2%~20%。研究结果为湖南省早稻产量动态预报筛选出了较优的方法，即产量趋势预报选用基于气候适宜度的方法，定量预报选用基于作物生长模型的方法，同时可供我国其他早稻区的产量动态预报方法研究借鉴。
为了提高产量趋势预报的准确性和定量预报的准确率，利用1962—2002年气象、早稻产量和田间观测资料，建立基于气候适宜度、关键气象因子、作物生长模型的湖南省早稻产量动态预报方法，进行回代检验；并利用2003—2012年资料进行预报检验。分析表明：3种方法的预报准确率比较接近，平均在93.8%以上；基于气候适宜度预报方法的趋势预报准确性最高，较基于关键气象因子的预报方法高4%~6%；基于作物生长模型预报方法的误差5%以内样本百分率最高，较基于气候适宜度的预报方法高2%~20%。研究结果为湖南省早稻产量动态预报筛选出了较优的方法，即产量趋势预报选用基于气候适宜度的方法，定量预报选用基于作物生长模型的方法，同时可供我国其他早稻区的产量动态预报方法研究借鉴。
2015, 26(1): 112-121.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150112
摘要:
选取成都信息工程学院气象观测场LNM激光雨滴谱仪获得的2009—2011年175次降水过程的观测资料，依据产生降水云的性质进行统计分类，基于微物理特征参量讨论了成都地区积云、积层混合云以及层状云降水雨滴谱的总体特征，同时结合3个典型个例的微结构参量进行对比分析。结果表明：成都地区积云降水和积层混合云降水的雨滴谱比层状云宽且雨滴数密度比层状云多，特别是在大雨滴和甚小雨滴部分；4种反映雨滴谱特性的特征直径从大到小依次为积云降水、积层混合云降水、层状云降水；成都地区层状云降水的雨强主要来自于小雨滴，而积云降水和积层混合云降水的雨强主要来自于大雨滴；雨强取决于大雨滴的数量，小雨滴贡献率与雨强呈负相关，中数体积直径对雨强变化有一定指示作用。对成都地区雨滴谱特征的研究，有利于进一步了解该地区降水的微物理特性及成雨机制，为降水数值预报工作积累资料和经验。
选取成都信息工程学院气象观测场LNM激光雨滴谱仪获得的2009—2011年175次降水过程的观测资料，依据产生降水云的性质进行统计分类，基于微物理特征参量讨论了成都地区积云、积层混合云以及层状云降水雨滴谱的总体特征，同时结合3个典型个例的微结构参量进行对比分析。结果表明：成都地区积云降水和积层混合云降水的雨滴谱比层状云宽且雨滴数密度比层状云多，特别是在大雨滴和甚小雨滴部分；4种反映雨滴谱特性的特征直径从大到小依次为积云降水、积层混合云降水、层状云降水；成都地区层状云降水的雨强主要来自于小雨滴，而积云降水和积层混合云降水的雨强主要来自于大雨滴；雨强取决于大雨滴的数量，小雨滴贡献率与雨强呈负相关，中数体积直径对雨强变化有一定指示作用。对成都地区雨滴谱特征的研究，有利于进一步了解该地区降水的微物理特性及成雨机制，为降水数值预报工作积累资料和经验。
2015, 26(1): 122-128.
DOI: 10.11898/1001-7313.20150113
摘要:
数值预报产品数据与日俱增，采用传统的关系型数据库对其进行存储和管理存在效率低和存储能力不足的问题。另外，基于文件的存储方式在数据存储处理、数据读取和算法计算等方面存在性能瓶颈。针对这一问题，基于Hadoop技术体系设计了分布式的数据存储模型，实现了数值预报产品数据的分布式存储和处理，开发了数值预报产品数据接入处理模块；并实现了基于Rest Web Service的获取数值预报产品要素场数据访问接口、时间序列数据访问接口、数据下载接口等业务应用接口。多业务用户的实际业务测试表明, 该平台在诸如数值预报产品气象数据处理和业务应用方面较传统技术架构具有一定优势。
数值预报产品数据与日俱增，采用传统的关系型数据库对其进行存储和管理存在效率低和存储能力不足的问题。另外，基于文件的存储方式在数据存储处理、数据读取和算法计算等方面存在性能瓶颈。针对这一问题，基于Hadoop技术体系设计了分布式的数据存储模型，实现了数值预报产品数据的分布式存储和处理，开发了数值预报产品数据接入处理模块；并实现了基于Rest Web Service的获取数值预报产品要素场数据访问接口、时间序列数据访问接口、数据下载接口等业务应用接口。多业务用户的实际业务测试表明, 该平台在诸如数值预报产品气象数据处理和业务应用方面较传统技术架构具有一定优势。
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