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2012年  第23卷  第3期

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北京PM1中的化学组成及其控制对策思考
张小曳, 张养梅, 曹国良
2012, 23(3): 257-264
摘要:
通过分析北京城区2007年夏季和秋季、2008年冬季和春季4个季节PM1中硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机物和黑碳等气溶胶化学组成,结合对我国及全球主要区域PM10中上述气溶胶组分及矿物气溶胶组成的评估,发现因受干旱区产生的沙尘和城市逸散性粉尘的共同影响,整个亚洲大陆,尤其是我国的矿物气溶胶浓度与欧美国家城市区域气溶胶总和的平均值相当或更高。我国在重视控制PM2.5等细粒子污染的同时,不应忽视对PM2.5~PM10之间粗粒子的控制力度;北京城区春、夏、秋、冬的PM1平均质量浓度分别约为94,74,66 μg·m-3和91 μg·m-3,全年平均约为81 μg·m-3,其中有机物气溶胶约占41%,硫酸盐占16%,硝酸盐占13%,铵盐占8%,黑碳和氯化物分别占11%和3%,细矿物气溶胶约贡献7%。对于PM2.5污染的控制,关键是消减PM1中主要气溶胶粒子的排放与转化,其中对有机物的控制更为重要,尽管对于北京而言进一步污染控制的难度已经很大。从科学上来说,即使我国的控制措施能百分之百实现,也很难稳定地达到欧美国家的空气质量水平,因为我国本底矿物气溶胶的浓度较高。应进一步评估各项控制措施的适用性,并制定考虑我国人群健康状况的PM2.5空气质量标准。
北京降水特征及北京市观象台降水资料代表性
王佳丽, 张人禾, 王迎春
2012, 23(3): 265-273
摘要:
将北京分为城区、郊区、南部山区及北部山区4个区域,利用14个观测站1978—2010年共33年的月降水量资料,分析了不同区域降水年变化和夏季降水特征及其差异。结果表明:各区域年平均降水量存在较大差异,郊区降水量最多 (620 mm),城区与南部山区降水量较少,而北部山区降水量最少 (476 mm);城区与南部山区的年降水量较接近,二者与郊区和北部山区都有显著差异。4个区域的降水量都表现出减少趋势,郊区最明显 (47 mm/10 a),北部山区的减少趋势最小 (0.7 mm/10 a)。对4个区域夏季 (6—9月) 降水量分析发现,城区与南部山区具有较好的一致性,二者与郊区和北部山区具有显著差异。均方根偏差和相关系数的计算结果表明:北京市观象台与城区和南部山区的降水年变化和夏季降水特征差异均不显著,而与郊区和北部山区有显著差异,说明北京市观象台降水资料对城区和南部山区具有最优代表性,而对北部山区和郊区的代表性较差。
GRAPES气象-水文模式在一次洪水预报中的应用
王莉莉, 陈德辉, 赵琳娜
2012, 23(3): 274-284
摘要:
尝试将GRAPES (Global-Regional Assimilation and PrEdiction System) 模式与水文模型结合,构建GRAPES气象-水文单向耦合模式,进行洪水预报。气象模式选取GRAPES_Meso模式,分别采用15 km×15 km和5 km×5 km水平分辨率,15 km×15 km的GRAPES模式由NCEP全球预报场提供初始场和侧边界条件;5 km×5 km的GRAPES模式由15 km×15 km GRAPES模式提供初始场和侧边界条件,将GRAPES_Meso模式的定量降水预报分辨率统一降尺度到5 km×5 km分辨率,用于驱动水文模式。水文模型选取新安江模型与分布式新安江模型。以淮河王家坝站以上流域和息县流域为试验流域,将GRAPES降水预报场驱动水文模型进行单向耦合,构建GRAPES气象-水文单向耦合模式,选择2009年8月28日08:00(北京时,下同)—9月9日14:00汛期一次洪水过程,进行实际预报试验。结果表明:15 km×15 km和5 km×5 km的GRAPES模式预报降水与实况降水分布相一致;与水文站观测降水驱动水文模型洪水模拟结果相比,GRAPES气象-水文模式对洪水预报的预见期延长效果明显,对洪水模拟精度也较高,与水文模型输入场分辨率要求相匹配的降水产品对洪水模拟的精度更高。
北京乡村地区分粒径气溶胶OC及EC分析
颜鹏, 郇宁, 张养梅, 周怀刚
2012, 23(3): 285-293
摘要(2503) HTML全文 (598) PDF 938KB(1623)
摘要:
利用北京上甸子区域大气本底站2004年观测的分粒径大气气溶胶资料,分析了气溶胶中有机碳 (OC) 及元素碳 (EC) 的质量浓度水平、季节变化、尺度分布特征、OC与EC比值及其相关性。结果显示:上甸子站总悬浮颗粒物 (TSP) 中OC平均质量浓度为7.5~31.5 μg·m-3,EC质量浓度为1.4~6.6 μg·m-3;PM2.1(粒径小于2.1 μm) 中OC质量浓度为4.0~19.1 μg·m-3,EC质量浓度大约为0.8~4.3 μg·m-3。冬季OC及EC质量浓度明显高于其他季节,其中冬、夏、秋季OC及EC峰值粒径出现为0.65~2.1 μm,但在春季峰值粒径移至2.1~4.7 μm。观测期间,OC与EC质量浓度比值平均为4~6,该比值略高于文献报道的我国一些城市地区的观测结果。
我国雷击致人伤亡特征及易损度评估区划
高燚, 张义军, 张文娟, 张阳
2012, 23(3): 294-303
摘要:
利用1997—2010年全国雷电灾害数据库资料和TRMM卫星的闪电观测资料,分析了我国雷击致人伤亡的年变化特征,结果表明:雷击造成我国平均每年460人死亡,425人受伤,死伤比为1:0.92,每年每百万人口平均死亡人数为0.36人,每年每万平方公里平均死亡人数为0.48人。为了揭示不同区域雷击致人伤亡的易损度,采用R型聚类分析方法对影响易损度的8个指标进行筛选,应用Q型聚类中类平均联结法进行分析计算,给出我国雷击致人伤亡的6类风险区划,发现广东和海南划为易损度极高的第1类地区,该类地区雷击致人伤亡的综合易损值高达5.017,而划为第5类、第6类的我国西北和东北地区雷击致人伤亡的易损度较弱,属弱风险区域。采用离差平方和法对聚类的结果进行解释和验证表明:聚类解稳定可信,较好地反映了雷击致人伤亡这种随机事件的区域易损度特征。
中高纬度地区500 hPa高度场动力预测统计订正
谭桂容, 段浩, 任宏利
2012, 23(3): 304-311
摘要:
利用DEMETER多模式集合研究计划中Météo France模式的预报资料集,在分析其对冬季北半球中高纬度地区 (20°~90°N)500 hPa高度场预报效果的基础上,针对模式预测较差的模态分别运用最优子集回归修正方案和回归-相似相结合的修正方案对其进行订正。结果表明:数值模式对观测模态的预测能力并非随模态数的增加而递减,方差贡献较小的模态的预报效果可能好于方差贡献较大的模态;基于最优子集的回归订正方法未能改进原模式预报技巧;在最优子集回归基础上再经相似订正的方法 (DAP-OSR) 能够改进预测效果,独立试报的距平相关系数平均每年提高0.1。
1971—2010年中亚低涡活动特征
张云惠, 杨莲梅, 肖开提·多莱特, 秦贺, 李圆圆, 杨霞
2012, 23(3): 312-321
摘要:
利用1971—2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料,对中亚低涡的活动规律及不同移动路径对新疆天气的影响进行分析。结果表明:40年共出现305次中亚低涡过程,低涡成熟期维持日数共1166 d;中亚低涡随纬度分布有两个高频活动区域:47.5°~55°N (北涡) 和35°~47.5°N (南涡),北涡表现出明显的季节变化,夏季所占比例最大为52%,而南涡活动四季差别不明显。中亚低涡的成熟期生命史2~3 d占56%,4~5 d占27.5%,5 d以上占16.5%。低涡活动具有明显的月、季节、年际和年代际变化,且呈显著的年代际增加趋势。南、北涡均出现东北、偏东和东南向移动路径,并影响新疆不同区域的天气。中亚低涡可造成新疆出现低温大风天气 (干涡) 和强降水天气 (湿涡),干涡占60%,且季节分布比较均匀;湿涡占40%,季节分布差异大,其中,夏季最多占57%,秋、春季次之。
基于标准降水指标的新疆干旱特征演变
李剑锋, 张强, 陈晓宏, 白云岗
2012, 23(3): 322-330
摘要(5652) HTML全文 (2696) PDF 3804KB(6197)
摘要:
运用标准降水指标 (Standardized Precipitation Index, SPI) 对新疆地区53个雨量站1957—2009年日降水量资料进行全面分析,研究了不同干旱等级发生概率的空间分布变化规律。同时,采用Mann-Kendall趋势检验法分析了各月份标准降水指标值、干旱强度和干旱历时的变化趋势,探讨了新疆地区干旱时空演变特征。结果表明:北疆易发生中等及以上干旱,而南疆易发生轻度干旱。总的来说,北疆干旱强度有下降的趋势,干旱历时趋于缩短,南疆南部干旱强度和干旱历时有轻微上升,东疆中部干旱情况显著恶化。具体来说,北疆冬季干旱程度有减弱趋势,而对于农业生产较重要的春、夏、秋季,西部干旱加剧;南疆夏季干旱有减弱趋势;东疆中部四季干旱程度有轻微加剧趋势。
LAPS在冰雹云模拟中的应用
向玉春, 杨军, 唐仁茂, 付丹红, 李德俊, 彭菊香
2012, 23(3): 331-339
摘要:
LAPS是中国气象局武汉暴雨研究所引进的中尺度分析系统,能融合区域内多种非常规观测资料,提供高分辨率中尺度分析场。该文对探空资料和LAPS分析场两种初始场的大气层结和环境风场信息进行了比较,并应用探空资料和不同时次的降雹点的LAPS分析场作为三维对流云模式的初始场对2008年7月27日、28日湖北西部山区冰雹天气过程进行数值模拟,并将模拟结果与观测实况进行了对比分析,最后对27日降雹过程应用临近降雹时次的LAPS分析场作为云模式初始场模拟的回波、风场和垂直速度等特征进行了分析,以探讨LAPS用于云数值模式的适用性、优越性以及冰雹云发生发展特点。结果表明: LAPS输出场用于云模式初始场进行冰雹云数值模拟具有时空上的优势,能更好地模拟出午后局地降雹,可以弥补探空资料作为云模式初始场的不足,应用临近时次的LAPS分析场作为云模式初始场的数值模拟能体现出冰雹云发展过程中多次增强等细节,有利于人工防雹作业预警和催化方案的确定。
一种基于卫星遥感和数值预报产品的雾预报方法
李永平, 刘晓波, 葛伟强, 周红妹
2012, 23(3): 340-347
摘要:
以气象卫星云图为基础, 应用云雾光谱特征和结构特征进行雾区的动态检测和提取;并利用地面自动气象站资料,采用诊断分析方法探讨雾区变化与多气象要素的关系。分析表明:雾区移动速度与地面风速有关,一定的相对湿度、地气温差和风速大小等要素阈值可以作为雾的排空条件。利用经修正的中尺度数值天气预报模式输出的气象要素产品,对卫星遥感雾区进行0~2 h的外延预报,进而建立了一个大雾短时临近预报业务平台,对2009年和2010年多雾季节的1—4月大雾过程应用统计结果表明,该方法对大雾短时临近预报具有一定的效果。
基于通用图形处理器的GRAPES长波辐射并行方案
郭妙, 金之雁, 周斌
2012, 23(3): 348-354
摘要:
随着通用图形处理器 (GPGPU) 计算技术的快速发展,通过大规模增加处理系统的并发度来提升性能成为计算机高性能计算的最新趋势。目前,通用图形处理器已经被应用到科学计算的诸多领域。长波辐射作为GRAPES模式中极为重要的物理过程,其巨大的计算量对整个GRAPES模式的运行效率有重要影响。该文依托NVIDIA公司计算统一设备架构 (CUDA) 技术平台,以GRAPES全球模式中长波辐射传输方案为例,对其进行了大规模并发设计和优化,在保持系统结果一致的前提下,对比单颗高端CPU,Tesla C1060 GPGPU具有11倍的加速效果,明显提升了GRAPES全球模式的执行速度和预报时效。研究表明:使用通用图形处理器技术提升数值预报模式的执行速度非常有潜力。
一种人工神经网络云分类方法的改进与应用
张振华, 苗春生, 曾智华, 师春香
2012, 23(3): 355-363
摘要:
采用2005—2009年FY-2C静止气象卫星可见光和红外自旋扫描辐射计的红外1(IR1)、红外2(IR2) 和水汽 (WV) 亮温资料,选取2449个云分类样本。设计两层嵌套的前向传递后向反馈 (BP) 人工神经网络模型,第1层网络选取IR1,IR2,WV亮温及IR1与WV亮温差和IR2与WV亮温差5个特征量,第2层网络选取特征量IR1与IR2亮温差,两层网络都采用一层隐含层且带有附加动量法的简单网络,降低了网络的冗余度。误差分析表明:嵌套BP人工神经网络模型的分类准确率在中云和薄卷云这两类上分别提高了42.7%和11.3%,整个分类模型的平均平方误差和标准化平均平方误差分别降低了6.1%和44.7%,相关系数提高了3.4%。通过3个个例的对比分析发现,嵌套模型的分类结果比传统模型的分类结果更合理,特别是在中低云和薄卷云的云量和位置分辨能力上有了较大提高。
天津地区设计暴雨强度的推算与适用
任雨, 李明财, 郭军, 熊明明, 杨艳娟
2012, 23(3): 364-368
摘要(2114) HTML全文 (539) PDF 632KB(2767)
摘要:
设计暴雨是防洪和排水设施建设的重要基础,完善设计暴雨是加强应对区域洪水和城市内涝灾害风险的重要保障。由于一般气象站的暴雨观测资料不足以推算城市排水所需的设计暴雨强度,因此研究如何最大限度地利用常规观测资料,对于在空间上细化城市排水设计暴雨具有重要意义。该文选取天津市区和塘沽两个具有长年分钟雨量资料的气象站,基于年最大值和年多值两种数据采样方式对暴雨强度进行推算,并分别编制了暴雨强度公式。与天津市区相比,塘沽的暴雨强度明显偏大,其在市政排水设计上不宜采用与天津市区相同的标准,否则将面临更大的暴雨内涝风险。对比分析两种暴雨强度公式计算值表明:当标准为2~10年一遇时,基于年最大值采样法的暴雨强度公式在排水设计上具有适用性,即利用常规观测资料推算的设计暴雨强度在排水设计方面的适用范围。这为在空间上进一步细化城市排水设计暴雨提供了参考。
风云气象卫星数据存档与服务系统
钱建梅, 孙安来, 徐喆, 咸迪, 高云, 罗敬宁, 郑旭东
2012, 23(3): 369-376
摘要:
国家卫星气象中心依托风云卫星工程,对多批次工程建设采取统一设计、滚动开发、分批扩展的方法,建成气象卫星数据存档与服务系统。系统架构于多个高性能计算机集群,应用可配置的动态加载容器和多机作业负载均衡并发处理技术将集群构建为高扩展性、高可用、高效率的业务系统。对Internet的全集数据共享技术、分布式时空一体化数据库存储技术、基于WebGIS的全球卫星影像发布技术、可视化处理与显示技术、三维地球影像发布技术、多源数据融合处理技术等多项关键技术进行研究与应用,为用户提供多种数据共享服务方式,提高了数据下载效率。目前,国家卫星气象中心已存档国内外21颗气象卫星801类共1150 TB数据,为24258个注册用户提供各类数据共享服务,该系统亦可通过配置扩展,适应未来国家卫星气象中心数据存档与服务的需求。
内存转发模型在CIMISS数据收发系统中的应用
杨润芝, 马强, 李德泉, 郑波
2012, 23(3): 377-384
摘要:
针对国家气象信息中心现有数据收发业务在时效方面存在的问题,对现有模式进行剖析,找出现有流程中存在的问题,以及这些问题的产生原因。在此基础上,以气象卫星数据为对象,提出了应用内存转发模型。在该模型中,通过利用内存共享机制将数据接收流程和数据转发流程联系起来,建立通路,减少了多个中间处理环节,提高整个数据转发时效。参照内存转发模型,设计出适用于国家气象信息中心业务流程的统一数据转发流程,并通过对FTP服务端程序模块进行改造,在服务端实现了统一数据转发流程。通过性能测试,对两种转发模式的时效进行对比和分析,验证了内存转发模型的时效优势。