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2014年  第25卷  第4期

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第4期封面及目次
2014, 25(4), DOI: 10.11898/1001-7313.20140416
摘要:
ASCAT近岸风场产品与近岸浮标观测风场对比
谢小萍, 魏建苏, 黄亮
2014, 25(4): 445-453
摘要(2487) HTML全文 (648) PDF 890KB(1449)
摘要:
利用美国西海岸7个近岸浮标2012年全年和中国近岸8个气象浮标2012年1—6月的风场观测数据,检验了卫星散射计ASCAT近岸风场产品中的风速和风向在近岸海域的精度。检验结果表明:在美国西海岸近岸海域,ASCAT近岸风场产品中的风速与浮标的风速一致性高,但ASCAT近岸风场产品中风向的精度受离岸距离、风速和风向等因素的影响,在离岸近的海域ASCAT近岸风场产品与浮标观测风场的一致性较差。统计发现,将低风速 (不超过3 m·s-1) 剔除可明显提高ASCAT近岸风场产品在近岸海域的精度。另外,ASCAT近岸风场产品的风向精度在不同风向上存在差异,表现为从陆地吹向海洋风向精度较小,而从海洋吹向陆地风向精度较高。在中国近岸海域,受地形影响,渤海海域ASCAT近岸风场产品与气象浮标观测的风向差异大,在其他近岸海域的ASCAT近岸风场产品和气象浮标的观测风场的对比结果与美国西海岸风场的对比结果特征相似。
论 著
利用TWP-ICE试验资料对比两种边界层参数化方案
沈新勇, 黄文彦, 王卫国
2014, 25(4): 385-396
摘要:
利用高分辨率WRF单气柱模式,选取了两种边界层参数化方案 (YSU,MYJ),对TWP-ICE (Tropical Warm Pool International Cloud Experiment) 试验期间的个例进行数值模拟,比较了两种方案对边界层结构、云和降水模拟的影响。结果表明:季风活跃期,YSU方案模拟的湍流交换系数较小,湍流混合偏弱,边界层内热通量偏小,使地表热量和水汽不易向上输送,水汽含量在近地表明显偏多,而在边界层及其以上大气层具有显著的干偏差,因此该方案模拟的云中液态水和固态水含量偏低,云量偏少,降水率偏小;MYJ方案对于季风活跃期的边界层结构具有较好的模拟能力,其模拟的云和降水更为准确。季风抑制期,MYJ方案模拟的夜间边界层结构存在较大误差,这是因为该方案模拟的夜间湍流交换系数较大,湍流混合偏强,边界层内热通量偏大,模拟的位温和水汽混合比在边界层内随高度变化较小,而观测廓线在边界层内存在较大梯度。季风抑制期两种方案模拟的云和降水均比观测值偏多,方案之间的差异较小。
EnKF中误差协方差优化方法及在资料同化中应用
梁晓, 郑小谷, 戴永久, 师春香
2014, 25(4): 397-405
摘要(2814) HTML全文 (667) PDF 972KB(1547)
摘要:
集合卡尔曼滤波 (the Ensemble Kalman Filter,简称EnKF) 中将预报集合的统计协方差作为预报误差协方差,但该估计可能严重偏离真实的预报误差协方差,影响同化精度。基于极大似然估计理论,发展了一种优化预报误差协方差矩阵的实时膨胀方法,即MLE (the Maximum Likelihood Estimation) 方法。利用蒙古国基准站Delgertsgot (简称DGS站) 观测资料,基于EnKF方法和MLE方法,在通用陆面模式 (the Common Land Model,简称CoLM) 中同化了地表温度和10 cm土壤温度观测资料,建立了土壤温度同化系统。结果表明:MLE方法对地表温度和各层土壤温度 (尤其深层土壤温度) 的估计比EnKF方法准确。考虑到浅层和深层土壤温度的差别,在实施MLE方法时对浅层和深层土壤温度采用了不同的膨胀因子。对比膨胀因子为单一标量时的结果,多因子膨胀能缓解深层土壤温度的不合理膨胀,改善同化效果。
相控阵雷达扫描方式对回波强度测量的影响
吴翀, 刘黎平, 汪旭东, 范辉, 刘琦
2014, 25(4): 406-414
摘要:
有源数字阵列雷达的波束设计非常灵活,可变的波束宽度和多波束模式不仅可以满足不同任务的观测需求,还可有效节约扫描时间,但阵列天线参数随波位改变的特性对相控阵天气雷达回波强度的精确定标提出了挑战。2013年4—6月,中国气象科学研究院与安徽四创电子股份有限公司联合研发的X波段一维有源相控阵天气雷达 (X-PAR) 进行了装配后的首次测试观测。对比该雷达与相同位置的C波段双线偏振雷达 (C-POL) 观测资料发现,X-PAR不同宽度的扫描波束均能取得较合理的观测资料。但由于各模式的雷达方程及其标定方法不尽相同,并受到阵列天线照射体积、展宽波束和发射增益的影响,造成X-PAR回波强度存在一定的测量偏差。结合天线参数分析和实际数据统计将测量偏差订正至±1 dB内,为雷达的进一步调试和改进提供了依据。
基于模糊逻辑的冰雹天气雷达识别算法
张秉祥, 李国翠, 刘黎平, 李哲, 王丛梅, 王丽萍
2014, 25(4): 415-426
摘要(2777) HTML全文 (1078) PDF 5503KB(1712)
摘要:
该文确定了冰雹天气的5个雷达识别指标和不同季节识别指标对应的隶属函数,采用等权重系数法建立了基于模糊逻辑原理的冰雹天气识别算法。应用雷达回波拼图数据、冰雹灾害报告和常规探空资料,对2008—2012年华北地区103个冰雹样本进行了识别效果检验,给出了识别评分结果、识别提前量和冰雹位置等。结果表明:华北区域性冰雹的识别命中率、虚警率和临界成功指数分别为73.9%,36.4%和51.9%,其中石家庄地区的零散冰雹能够被完全识别,最大直径超过30 mm冰雹对应风暴单体综合识别判据在0.85以上;在空间分布上,被识别到可能出现冰雹的风暴单体区域和实况有冰雹的测站空间分布基本一致,冰雹出现位置一般位于强风暴单体的周边区域;相对单要素识别,综合识别算法识别准确率有所提高,识别范围得到改善,自动化程度也较高;冰雹被识别到的最早时间普遍早于冰雹出现时间,平均提前量为30 min。
3种阈值方法在闪电通道图像识别中的应用
杨欣怡, 吕伟涛, 杨俊, 张舸, 马颖, 姚雯, 李清勇
2014, 25(4): 427-435
摘要:
该文实现了3种常见的阈值算法在闪电通道识别中的应用。针对某些闪电通道图像对比度较低的特点,首先对原始图像去除背景光照不均的影响并进行图像增强,再根据所处理的闪电通道图像的具体情况,选择全局自适应阈值法、局部自适应阈值法或基于Otsu自适应阈值的Canny算子对增强后的图像进行边缘检测,进而对闪电通道进行识别。对所提取到的闪电通道进行形态学和细化处理,最终提取到由连续的像素点序列表示的闪电通道。针对数字图像中闪电通道背景的不同特点,文中提到的3种阈值方法能够有针对性地对不同图像进行通道检测,在保证准确获得清晰边缘信息的同时,较好地兼顾了对弱边缘信息的提取,有效保证了对闪电通道的识别效果。
FY-3C微波湿温探测仪辐射测量特性
郭杨, 卢乃锰, 谷松岩, 何杰颖, 王振占
2014, 25(4): 436-444
摘要:
2013年9月发射的FY-3C是我国第2代极轨气象卫星的第3颗星,其上装载的微波湿温探测仪在118 GHz氧气吸收线和183 GHz水汽吸收线设计了两组大气探测通道,在大气窗区设置了89 GHz和150 GHz探测通道。为保证微波湿温探测仪在轨定量应用,卫星发射前完成了地面热真空试验。该文介绍了热真空定标试验原理,并对FY-3C微波湿温探测仪正样产品真空试验数据进行了定量分析。数据分析结果表明:FY-3C微波湿温探测仪正样产品15个探测通道的灵敏度均满足设计指标要求,各通道观测亮温间相对独立,定标准确度优于1.6 K,真空试验过程中微波湿温探测仪定标结果稳定。FY-3C微波湿温探测仪发射前热真空定标特性分析结果为仪器在轨定量应用奠定了基础。
半干旱区榆中地表粗糙度年变化及影响机理
姚彤, 张强, 尹晗
2014, 25(4): 454-462
摘要:
利用2006年6月—2010年12月兰州大学半干旱气候与环境观测站 (SACOL) 观测资料,分析了黄土高原自然植被下垫面榆中地表粗糙度时间变化特征,考虑到地形、植被物理特征以及降水和热力条件的影响,分析了东南风向和西北风向粗糙度年变化规律及其影响机理,并分别给出这两个风向归一化粗糙度与时间的拟合关系式。研究发现:对于非均一下垫面,由于地形起伏和下垫面植被差别造成的不同风向粗糙度差异显著。选取东南风向和西北风向,这两个风向的地表粗糙度无论是量级还是年变化特征都有很大差别,且由于地形和植被的差别,东南风向粗糙度年变化趋势与稳定度年变化趋势一致,粗糙度与稳定度存在一定相关关系,而西北风向粗糙度年变化趋势与降水量年变化趋势一致,粗糙度与降水量相关性较好。
东北冷涡背景下一次龙卷过程的观测分析
王宁, 王婷婷, 张硕, 慕秀香, 杨秀峰
2014, 25(4): 463-469
摘要:
2012年6月12日在吉林省白城市洮北区发生一次龙卷过程 (简称“612”龙卷),对此次龙卷过程天气形势和雷达资料分析结果表明:龙卷发生在高空冷涡的东南象限、中高空急流北侧、低空急流左侧的对流不稳定区域及地面较暖湿的环境中,大气对流参数计算结果显示龙卷过程低层 (0~1 km) 的垂直风切变较强 (为6.0×10-3s-1),抬升凝结高度较低 (低于1 km),且龙卷发生前对流有效位能较大。同时,龙卷过程超过50 dBZ的强核高度均在4 km以下,为低质心的对流系统,龙卷产生于一条带状回波与一近似团状回波合并加强后的强回波带中,并逐渐演变成“S”型,伴有“V”型缺口,中心最强值达61 dBZ。根据多普勒天气雷达导出产品并结合径向速度图反映出“612”龙卷是发生在以龙卷涡旋特征为主的尺度较小且垂直涡度较大 (约为3.65×10-2~3.83×10-2s-1) 的强对流风暴中,持续时间较短。
用层次分析法确定气象服务评价指标权重
闫敏慧, 姚秀萍, 王蕾, 张金峰
2014, 25(4): 470-475
摘要(3097) HTML全文 (1866) PDF 491KB(1528)
摘要:
在气象服务评价体系中,以气象服务总体评价为目标层,分层次确立一级和二级评价指标,利用2010年全国公众气象服务满意度调查中评价指标数据,应用层次分析法 (AHP) 中的9分位标度法和0.618标度法来构建判断矩阵,分析了各级评价指标的权重系数确定方法。分析发现,当评价指标少于5个时,可采用9分位标度法构建判断矩阵,以确定各评价指标的权重值;而当评价指标达到5个时,需采用0.618标度法来构建判断矩阵,计算出相应的权向量即为权重系数。将上述方法应用于2011年公众气象服务满意度调查数据中,前后两年主要评价指标对比显示,气象服务信息内容的权重在增加,而气象知识宣传普及的权重有所减小,即公众对于气象服务信息内容更为重视,同时气象部门对于公众的气象知识宣传普及工作也取得了成效。
不同土壤水分对向日葵光合光响应的影响
云文丽, 侯琼, 王海梅, 李建军, 张超
2014, 25(4): 476-482
摘要(1659) HTML全文 (652) PDF 747KB(1011)
摘要:
以食用向日葵为试验材料,大田试验采取人为控制土壤水分在胁迫、适宜和过湿 (土壤田间持水量的40%~54.9%,55%~69.9%和70%~90%) 条件下,研究了向日葵3个生育期 (二对真叶—花序形成期、花序形成—开花期、开花—成熟期) 的光合光响应特性。结果表明:在试验设置光强条件下,各生育期净光合速率随着光合有效辐射的增加而增加,同等的光合有效辐射下净光合速率也随着土壤水分的减少依次降低,尤其是随着光合有效辐射的增大愈加明显。土壤湿度对最大净光合速率和表观量子效率的影响并不是同步的,最大净光合速率随着土壤湿度的增加而增大,而表观量子效率在一定程度的水分胁迫情况下出现最大值。不同的土壤水分含量对光补偿点和光饱和点影响不同,光饱和点随着土壤水分的增加而增加,光补偿点却相反,表明水分胁迫使向日葵可利用光的范围缩小,而适宜水分则扩大了光的利用范围,更有利于干物质积累。暗呼吸速率随着植物的生长进程逐渐降低,不同生育期的水分胁迫均导致暗呼吸速率降低。
物候模型在北京观赏植物开花期预测中的适用性
张爱英, 王焕炯, 戴君虎, 丁德平
2014, 25(4): 483-492
摘要:
以北京地区玉渊潭公园杭州早樱 (1998—2012年)、密云农业气象试验站白玉兰 (1996—2012年) 及颐和园公园山桃 (1981—2012年) 物候观测资料和海淀、密云气象站的1981—2012年逐日平均气温观测资料为基础,分别应用国际通用的3种物候模型 (SW模型、UniChill模型和统计模型) 对以上植物的始花期和盛花期建模,并评估模型适用性。结果表明:SW模型在北京地区3种观赏植物开花期预测中适用性最高,其交叉检验的均方根误差仅为1.93~3.58 d, 其次为UniChill模型 (均方根误差为2.49~3.79 d),统计模型效果最差 (均方根误差为2.36~4.24 d)。因此,推荐在观赏植物开花期预测业务中采用SW模型。
四川省太阳能资源气候学计算
申彦波, 张顺谦, 郭鹏, 王香云
2014, 25(4): 493-498
摘要:
利用SMARTS模式计算晴天总辐射,充分考虑大气对太阳辐射的削弱作用和海拔高度的影响,以四川省为例,建立了复杂自然环境条件下基于日照百分率的太阳能资源气候学计算方程。该方法不仅物理意义明确,而且计算结果误差明显降低;与实测值相比,7个辐射站年地面太阳总辐射曝辐量的相对误差均低于7%;与初始值采用天文辐射曝辐量的方法相比,无论是相对误差值还是离散程度,均降低一半以上。该方法较好地解决了在一个地形复杂、气候多变的区域采用同一计算方程的难题,从而有效避免了过去采用分区方法带来的边界不连续问题,对我国东西高差大、干湿变化明显的特殊情况具有应用价值。
北京市电网雷害分布规律及风险评估
甘璐, 李津, 邓长菊, 张德山, 扈海波, 叶宽
2014, 25(4): 499-504
摘要(1670) HTML全文 (596) PDF 824KB(1617)
摘要:
根据1996—2009年北京市逐日电网灾害资料分析了北京市电网雷害的发生规律, 结果显示:北京市电网雷害存在季节变化和日变化特征。结合同期气象观测站的雷暴日资料、北京市各区县的经济和人口密度特征提出了电网雷害概率、电网雷害频度、电网雷害密度、经济易损模数和生命易损模数作为北京市电网雷害风险评估指标。在此基础上,采用4级分区法对上述电网雷害易损性评估指标进行分级,并将北京市各区县按照5个电网雷害评估指标的所属等级值累加,得到电网雷害综合易损风险评估的评估系数。结果表明:北京地区电网雷害高风险区集中在北京城区中心附近,山区和山前迎风坡地带尽管电网雷害频次较高,但电网雷害风险却相对较低。
业务系统
ARQCS启动策略及其与资源消耗的关系
刘一鸣, 周自江, 远芳, 阮宇智, 何文春, 孙超, 刘媛媛
2014, 25(4): 505-512
摘要:
利用2012年4月1日—9月30日IBM P570高性能计算环境Oracle 11g数据库平台对全国自动气象站观测资料实时质量控制系统 (ARQCS) 的运行监控数据,探讨了ARQCS的启动策略及其与资料解析入库率、ARQCS的CPU耗时、服务时效之间的关系。结果表明:自动气象站资料的解析入库效率呈“几”字型分布,每个观测时次的第5—20分钟入库率方差较大,是制约ARQCS质量控制时效的主要时间段。设置观测资料入库率不低于95%为首次启动条件,不仅比传统的第15分钟定时启动提前了20.6 s,而且首次启动时观测资料入库率不低于95%的概率从66.38%提升至95.83%。第20分钟后入库率仅增加1.36%,在此设置首次质量控制的强制启动点,可保证局部异常延时的资料服务时效。动态启动策略使ARQCS的启动次数由5次降为2次,平均每日节约CPU时间391 min。