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2009年  第20卷  第1期

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利用卫星资料分析我国北方东西部臭氧分布差异
杨景梅, 邱金桓
2009, 20(1): 1-7
摘要:
利用SAGE Ⅱ和HALOE臭氧垂直分布资料和TOMS臭氧总量资料, 研究我国北方(45°~55°N和35°~45°N范围), 东部(105°~135°E) 和西部(75°~105°E) 大气臭氧总量和垂直分布特征和差异。结果表明:我国北方东部冬季、春季和秋季臭氧总量明显大于西部, 主要表现在平流层臭氧极大值附近及其以下高度臭氧含量东部比西部明显偏大, 这种差异在冬、春季尤为明显; 随着纬度的降低, 冬季和秋季臭氧总量东、西部差异减小, 但春季臭氧总量东、西部差异没有明显改变; 夏季, 在45°~55°N范围, 东、西部臭氧分布没有明显差异, 但在35°~45°N范围, 臭氧分布东、西部差异较明显, 臭氧总量东、西部差异达到20.6 DU, 16 km以下臭氧柱总量东、西部差异达到12.8 DU。该文还对导致我国东、西部臭氧分布差异的原因进行了分析。
MODIS遥感数据在我国台湾海峡海雾监测中的应用
张春桂, 蔡义勇, 张加春
2009, 20(1): 8-16
摘要:
海雾是一种常见的灾害性天气现象。以我国台湾海峡为示范研究区, 利用新一代卫星传感器MODIS的可见光和红外探测通道数据, 在分析海洋、中高云、低云和海雾等不同下垫面的MODIS光谱辐射特征基础上, 选择对海雾具有敏感反应的探测通道, 通过综合判识建立台湾海峡海雾遥感监测模型。利用该模型对2004-2007年我国台湾海峡海雾事件进行监测, 并用福建沿海5个地面气象观测站的能见度数据对监测结果进行验证分析。结果表明:基于MODIS数据的海雾遥感监测模型能够较准确地对台湾海峡海雾分布和发展过程进行监测, 从地面观测数据与卫星监测结果对比验证来看, 海雾监测的准确率可达80 %以上, 具有较高的业务化应用前景。
热带气旋定量降水预报的动力相似方案
钟元, 余晖, 滕卫平, 陈佩燕
2009, 20(1): 17-27
摘要:
该文提出一个热带气旋定量降水预报(QPF) 的动力相似方案。方案应用热带气旋初始参数、历史过程的天气形势场和物理量场及数值预报产品, 构造预报区域内当前时刻至未来时刻环境要素场的多元客观相似判据。通过定义非线性的相似指数综合评估历史热带气旋样本与预报热带气旋在多元判据下的连续动态相似程度, 以此找到相似样本。应用相似样本的历史降水量记录进行相似指数的权重综合, 得到热带气旋未来6~48 h降水量的定点、定量预报值。预报试验表明该方案具有一定的预报技巧。
大连地区大雾特征
梁军, 张胜军, 隋洪起, 邹耀仁
2009, 20(1): 28-35
摘要:
选取2007年2月和4月出现在大连及其沿海地区的两次大雾过程, 采用GTS1型数字式探空仪探测资料、常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料, 对其环境场、热力和动力作用等进行诊断分析。结果表明:大雾期间, 中高纬度地区高空纬向暖干气流和对流层中下层西南暖湿气流, 为大雾形成提供了有利的水汽和风场条件。低层大气稳定层结的建立及暖干空气与雾层的上下叠置, 有利于大雾的维持。黄渤海的海温作用使冬季地面冷高压进一步增温变性, 有利于辐射雾形成发展, 使春季的暖气团冷却凝结, 有利于平流冷却雾的生成维持。伴有冷平流东移南下的偏北风是促使持续大雾消散的动力因子。
多普勒天气雷达资料同化对暴雨模拟的影响
徐广阔, 孙建华, 雷霆, 赵思雄
2009, 20(1): 36-46
摘要:
利用我国CINRAD/SA多普勒天气雷达资料与ARPS模式 (Advanced Regional Prediction System) 的资料分析系统ADAS (ARPS Data Analysis System), 对初始场进行调整, 并应用于WRF (Weather Research and Forecasting Model) 模式, 对2003年梅雨期淮河流域两次典型致洪暴雨过程进行模拟试验。对模拟结果的对比分析和检验结果表明:引入雷达资料后, 在雷达观测区的整层风场和水汽场都随之调整, 雷达径向风和反射率因子资料对初始场调整有不同影响, 径向风资料侧重于对风场的调整, 而反射率因子资料侧重于对温、湿量场的调整, 使降雨落区和强度预报都有所提高; 在ADAS系统中, 雷达径向风和反射率因子资料对初始场调整有不同影响, 径向风资料侧重于对风场的调整, 而反射率因子资料侧重于对温、湿量场的调整, 两个个例的试验表明, 加入雷达径向风资料的模拟试验能够得到较好评分, 加入雷达反射率因子资料或同时加入这两种雷达资料也能够在一定程度上提高模拟的准确性。
多普勒天气雷达组网拼图有效数据区域分析
杨洪平, 张沛源, 程明虎, 李柏, 熊毅, 高玉春, 陈大任
2009, 20(1): 47-55
摘要:
在正常情况下, 由于天线仰角和地球曲率原因, 雷达波束位置在远距离处要比近距离处高。当雷达电磁波能量被部分阻挡时, 回波强度观测值低估; 被完全挡住时, 探测不到地物后的目标。该文利用高分辨率地形高程数据计算波束阻挡率, 确定组网拼图有效数据区域以及波束部分阻挡时的回波强度订正方法。根据业务观测模式VCP11及VCP12的14个仰角值, 在标准大气假定下, 对湖南、江西、浙江、福建、广东、广西和海南已建多普勒天气雷达组网的数据有效区域进行计算, 绘制出海拔1500 m, 3000 m和6000 m高度上有效区域图。分析结果表明:CAPPI数据有效范围比等射束高度图更能反映出多普勒天气雷达业务观测范围; 若采用VCP12模式观测, 与采用VCP11或VCP21模式观测相比, 不仅增加低层探测密度, 而且可扩大雷达实际探测距离, 其回波数据更适合于组网拼图。
夏季亚欧中高纬度环流的集合预报效果检验
段明铿, 王盘兴, 吴洪宝, ZhuYuejian
2009, 20(1): 56-61
摘要:
使用NCEP集合预报资料, 对亚洲中高纬地区2003年6—8月500 hPa高度场的集合预报效果进行了检验。环流预报效果检验结果表明:预报时效大于5 d时, 集合平均预报明显优于单一预报; 使用相同模式分辨率时, 集合平均能将可用预报时效延长12 h以上, 达到7.5 d; 通过集合预报可获得真正意义的概率预报结果, 取得较单一高分辨率预报好的预报效果。阻塞过程的个例分析也表明集合平均的预报效果明显优于单一确定性预报; 特征等值线可反映集合成员的不一致信息和少数集合成员的异常表现, 以此为基础, 可估计分析对象出现与否的概率, 达到提高预报效果的目的。
墨西哥帽小波变换的影响域和计算方案新探讨
谷德军, 王东晓, 纪忠萍, 郑彬
2009, 20(1): 62-69
摘要:
该文分析了Torrence等人研究的墨西哥帽 (Mexican Hat) 小波变换的影响域和高频失真问题并探讨了解决方案。平移点b处、小波尺度为a的墨西哥帽小波函数的有效定义域为[ b-2.12a, b+2.12a], 以墨西哥帽为母函数的小波变换的真正影响域是2.12a, 小波尺度a的最大值应为N/4.24(N为时间序列长度)。提出了充分利用小波函数速降性质和立方样条插值小波系数的新计算方案, 消除了该计算方案产生虚假的显著高频周期振荡问题。利用正弦函数型时间序列小波变换的解析式检验了文中提出的新计算方案的合理性。利用新计算方案对冬季Niño3.4指数进行分析, 冬季Niño3.4指数的平均整体小波功率谱表明, 存在约12年的年代际变化和准4年的年际变化, 不存在显著的准两年周期振荡。
几种再分析地表气压资料在中国区域的适用性评估
赵天保, 华丽娟
2009, 20(1): 70-79
摘要:
应用台站观测资料对ERA-40, NCEP/NCAR以及NCEP/DOE再分析地表气压产品在中国不同区域、不同年代和不同季节的适用性进行了评估。分析发现, 几种再分析产品虽然能在一定程度上反映出观测资料所具有的时空分布特征, 但它们之间的差异却具有明显的区域和季节变化特征, 即冬季小而夏季大、东部地区小而西部地区大; 同时还发现ERA-40和NCEP/NCAR再分析产品在20世纪70年代以前均与观测资料有相对较大的差别, 特别是NCEP/NCAR在70年代以前的夏季气压值过于偏低, 从而夸大了很多地区的年代际变化特征。相比而言, ERA-40地表气压的长期变化趋势以及时空演变规律在中国大多数地区要优于NCEP/NCAR再分析产品, 特别是在中国西部地区。分析还表明, NCEP/DOE虽与观测资料存在一定的系统性偏差, 却与另外两种再分析产品有着较为相似的年际变化特征及趋势。
广州市城市电力消费对气候变化的响应
段海来, 千怀遂
2009, 20(1): 80-87
摘要(3353) HTML全文 (395) PDF 751KB(2042)
摘要:
低纬度地区的城市电力消费对气候变化有较为敏感的响应。该文引入了气候变化对农业产量和能源影响的研究方法, 分别建立了气候变化对电力消费影响强度的动态评估模型和降温度日模型, 对广州市城市电力消费对气候变化的响应作了深入分析。结果表明:广州市城市电力消费量主要受到气温、湿度、风速等气象因子的影响, 其中气温为关键性因子; 综合考虑各气候因子和气候变化的稳定性, 1956—2005年的近50年, 广州市气候变化对城市电力消费影响强度是持续稳定增加的, 正强度出现的概率呈现出增大趋势, 以10%/10a的速度增长; 通过对广州市降温度日的分析可知, 5—10月为主要的降温时期, 其气温的升高对降温度日强度变化影响很大, 达到46.6%/ ℃, 同时, 广州市的降温期长度变率也呈递增趋势, 因此, 气温的升高引发的降温度日的增加对广州市城市电力消费有深刻影响; 在未来气候变暖情景下, 夏季平均最高气温每升高1 ℃, 广州市全年单位工业产值耗电将增加2.02%, 5—10月的平均气温每升高1 ℃, 居民生活用电量的百分比将增加1.25%。在未来, 气候变暖将使城市用电压力有继续增大的趋势。
CERES-Wheat模型在我国小麦区的应用效果及误差来源
熊伟
2009, 20(1): 88-94
摘要:
气候模型与作物模型耦合是评价未来气候变化对作物生产影响的常用方法之一, 但当两者结合时, 存在着空间和时间尺度差异问题, 将作物模型升尺度到区域是解决该差异的一种方法。将CERES-Wheat模型升尺度进行区域模拟, 利用区域校准后的CERES-Wheat模型, 模拟了1981—2000年全国各网格小麦产量, 与同期农调队调查产量相比较, 以探讨CERES-Wheat模型在我国小麦区的模拟效果及误差来源。结果表明:全国小麦产量的区域模拟值与农调队调查产量的相对均方根误差为27.9%, 符合度为0.75, 全国59.2%的模拟网格相对均方根误差在30%以内, 其中相对均方根误差小于15%的占26.3%;各区的效果不同, 种植面积最大的小麦种植生态2区, 模拟效果最好。总体来说, CERES-Wheat的区域模拟, 可以反映产量变化规律, 能为宏观决策提供相应信息, 尤其是在主产区; 但区域模拟中还存在一系列误差, 今后还需进一步研究。
MODIS巢湖水体叶绿素a浓度反演模型
荀尚培, 翟武全, 范伟
2009, 20(1): 95-101
摘要(3711) HTML全文 (392) PDF 805KB(1758)
摘要:
对大面积水体进行水质遥感监测是比较典型的水体环境监测手段。该文利用地物光谱仪测定了巢湖水面的光谱反射率, 收集了相应时间的MODIS数据, 经过预处理之后, 首先分析了巢湖水面光谱特征, 并对实测水体反射率与实测叶绿素a之间的关系进行统计拟合计算。在经过MODIS大气校正后, 得到1~7通道的地表反射率。利用大气校正后的EOS/MODIS数据, 选择最佳通道组合, 定义了叶绿素a指数IChla, 建立了MODIS巢湖叶绿素a浓度的反演模型, 检验得到相关系数为0.5079。
甘肃省40年来气温和降水时空变化
李占玲, 徐宗学
2009, 20(1): 102-107
摘要:
对甘肃省1960—2003年气温和降水序列进行长期变化趋势分析的基础上,根据地统计学原理对20世纪60年代和90年代甘肃省气温和降水时空演变特征进行了探讨。结果表明:气温序列具有显著上升趋势;降水序列具有减少趋势,但不显著。20世纪60年代和90年代气温由空间自相关引起的空间变异分别占总空间变异的25%和32%,60年代和90年代降水由空间自相关引起的空间变异性分别占78%和80%。比较两个年代气温和降水的空间格局变化,甘肃省绝大部分地区气温升高,包括陇南南部、陇东、陇中东部、河西走廊平原区、北山山区的局部地区和祁连山区部分地区;除河西走廊平原区局部地区、北山中山区降水量有所增加外,大部分地区降水量有所减少。
风电场不同高度的50年一遇最大和极大风速估算
呼津华, 王相明
2009, 20(1): 108-113
摘要(5264) HTML全文 (1342) PDF 357KB(2353)
摘要:
风电场50年一遇最大和极大风速是决定风电机组极限载荷的关键指标, 也是风电项目开发中机组选型和经济评估的关键指标之一。该文重点从气象学角度, 结合我国风电项目开发的实际情况, 提出5 d最大10 min平均风速取样法, 用Ⅰ型极值概率分布来估算风电场不同高度50年一遇最大风速; 以附近气象站长期的历年最大风速及与风电项目内测风塔同期的逐日最大风速资料, 修正所得结果。再以实测到的大风速段的最大阵风系数, 推算风电场不同高度50年一遇的极大风速。并利用内蒙古巴彦淖尔市乌兰伊力更风电场300 MW项目1年的实测风资料及内蒙古乌拉特中旗气象站的测风资料, 估算乌兰伊力更风电场内不同高度上50年一遇的最大和极大风速。
从MODIS资料提取土壤湿度信息的主成分分析方法
周秉荣, 李凤霞, 申双和, 胡玲
2009, 20(1): 114-118
摘要(3147) HTML全文 (383) PDF 759KB(1898)
摘要:
沿袭了遥感地物分类中K-L变换思想, 以归一化处理后的遥感数据, 结合地面土壤湿度观测数据, 应用主成分分析方法, 采用MODIS不同红外波段数据, 通过相关关系计算, 在监测结果中融合MODIS具有250 m分辨率的第2波段数据, 建立了青海省多维特征空间土壤湿度监测模型。模型的建立克服了热惯量法监测干旱需多时相遥感数据的缺陷, 经初步检验, 此模型可以在一定精度范围之内监测表层土壤湿度, 具有业务应用潜力。
相控阵天气雷达波束特性
杨金红, 高玉春, 程明虎, 柴秀梅
2009, 20(1): 119-123
摘要(2708) HTML全文 (389) PDF 859KB(3561)
摘要:
为了缩短雷达的探测周期, 相控阵天气雷达必须采用宽波束发射, 多波束接收。该文在天线口径为均匀分布和非均匀分布情况下讨论了相位扫描天线的方向图, 对波束特性进行分析, 提出采用非均匀划分子空间方法可对相位扫描天线带来的波束展宽效应和增益减小进行补偿, 并模拟设计了一个相控阵天气雷达天线方案, 给出宽波束和多个窄波束方向图及波束参数。结果表明:海明加权方法可使副瓣电平降低到-25 dB, 能基本满足天气探测需求; 采用非均匀划分子空间能够对波束宽度和天线增益进行补偿; 文中所设计的天线方案不仅能够缩短雷达的探测周期, 还能充分利用雷达的照射能量。
EOF迭代模型的月动力延伸预报产品释用方法
池俊成, 史印山
2009, 20(1): 124-128
摘要(2544) HTML全文 (384) PDF 435KB(1428)
摘要:
以动力延伸预报产品为基础, 应用EOF迭代模型对河北省2005—2007年6—8月逐月降水量进行预测试验。经过详细分析不同相关区因子、截取特征向量的项数、EOF迭代次数和迭代误差对预测结果的影响, 提出在建立模型时应该尽可能选取与预测对象关系密切的相关区因子。随着迭代次数增加, 迭代误差逐渐减小, 但预测精度与迭代误差没有必然联系。试验结果表明:迭代次数不宜过多, 甚至不需要迭代, 当仅取前一项特征向量, 不进行迭代时, 月降水量预测值和实况值的符号一致率为0.63, PS评分为0.74。