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2015年  第26卷  第5期

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第5期封面及目次
2015, 26(5)
摘要:
论著
低温雨雪过程的粒子群-神经网络预报模型
陆虹, 翟盘茂, 覃卫坚, 金龙, 谢敏, 钱晰, 赵华生
2015, 26(5): 513-524, DOI: 10.11898/1001-7313.20150501
摘要:
利用逐日气温和降水量数据、NCEP/NCAR再分析资料以及预报场资料,通过分析提取我国南方区域持续性低温雨雪过程及其预报因子,使用粒子群-神经网络方法建立非线性的统计集合预报模型 (PSONN-EPM),对我国南方区域持续性低温雨雪过程进行预报试验。结果表明:以过程的冷湿程度及影响范围为标准,将低温雨雪过程分为一般过程和严重过程,并建立不同的预报模型效果较好。通过10 d独立样本预报试验看,基于粒子群-神经网络方法建立的集合预报模型比基于逐步回归方法建立的预报模型的预报平均相对误差小,对严重过程预报能力高于对一般过程预报,且这种非线性统计集合建模方法在建模过程中不需要调整神经网络参数,在实际预报业务中值得尝试。
2008年初南方雨雪冰冻期间降水过程的温湿异常
陈虹杏, 谌芸, 陆尔, 李慧
2015, 26(5): 525-535, DOI: 10.11898/1001-7313.20150502
摘要:
2008年1月10日—2月2日我国中南部地区发生了严重的低温雨雪冰冻灾害。该文分析此次过程的冷空气活动和水汽输送,比较两者在降水形成中的相对重要性。利用文中定义的两个参量,可以直接比较水汽和温度这两个量在降水中所起的作用,并比较两者作用的相对重要性。结果表明:在低层 (850 hPa及以下),我国中南部地区温度偏低、水汽偏少,但温度偏低对降水偏多的正贡献大于水汽偏少的负贡献,两者的净贡献为正,因此,冷空气活动主导降水。在较高层 (600 hPa及以上),中南部地区水汽偏多、温度偏高,但水汽偏多对降水的正贡献大于温度偏高的负贡献,因此,水汽输送主导降水。在中层 (700 hPa),干冷空气和暖湿空气混合导致,中南部地区水汽偏多、温度偏低,两者均有利于空气饱和,对降水均起正作用;计算结果显示,水汽的贡献略强于温度的贡献。
海温异常对东亚夏季风强度先兆信号的影响
柯宗建, 华丽娟, 钟霖浩, 杜良敏
2015, 26(5): 536-544, DOI: 10.11898/1001-7313.20150503
摘要:
利用ERA-Interim再分析资料、NOAA海温资料、CMAP格点降水资料和中国气象站降水资料,通过合成、相关和回归分析等方法研究了1979—2012年东亚夏季风强度与其先兆信号的关系,并分析了热带海温异常的可能影响。研究表明:东亚夏季风先兆指数反映了2月200 hPa纬向风距平的主要模态特征 (EOF1),前冬热带中东太平洋海温偏低 (高),2月亚洲地区西风急流位置偏北 (偏南),东亚夏季风先兆指数偏强 (弱)。前期热带海温异常对东亚夏季风强度有明显影响,前冬热带中东太平洋海温偏低 (高) 有利于东亚夏季风偏强 (弱)。2月亚洲中纬度地区纬向风异常特征在春季不能持续,先兆信号与东亚夏季风强度的联系主要源自热带海洋。
近54年京津冀地区热浪时空变化特征及影响因素
李双双, 杨赛霓, 张东海, 刘宪锋
2015, 26(5): 545-554, DOI: 10.11898/1001-7313.20150504
摘要:
基于1960—2013年京津冀及周边地区34个气象站逐日最高气温和相对湿度资料,利用高温热浪模型,辅以趋势分析、突变检验及相关分析等方法,研究近54年京津冀地区热浪时空变化特征,探讨城市化对热浪变化的影响,并尝试寻找对热浪异常具有稳定指示意义的环流因子。结果表明:1960—2013年京津冀地区热浪变化具有明显的阶段性,以20世纪70年代中期为转折,热浪呈先减少后增加趋势;京津冀地区热浪空间格局变化整体呈南减北增,东南平原区热浪呈下降趋势,北部生态涵养区呈现增加趋势;在区域尺度上,城市化或迁站影响并未改变北京极端热浪变化趋势,主要影响以轻度和中度热浪变化为主;西太平洋副热带高压和青藏高原反气旋环流与京津冀地区热浪异常关系最为显著,对热浪异常是一种稳定且强烈的指示信号。当青藏高原高空反气旋环流异常偏强,西太平洋副热带高压明显偏北,京津冀地区发生超级热浪可能性较大。
多普勒天气雷达资料同化对江淮暴雨模拟的影响
张新忠, 陈军明, 赵平
2015, 26(5): 555-566, DOI: 10.11898/1001-7313.20150505
摘要:
利用GSI同化系统 (Gridpoint Statistical Interpolation System) 对我国多普勒天气雷达资料进行直接循环同化分析,并采用WRF-ARW 3.5.1中尺度模式对2013年我国夏季江淮流域典型暴雨过程进行模拟试验。结果表明:经过质量控制的雷达径向风、反射率因子资料经GSI同化系统同化后,可形成合理的分析增量。仅同化径向风,模拟的风场与实况更接近,模拟的降雨落区与观测雨带位置更加接近。仅同化反射率因子,对水平风场的直接调整比较小,通过水凝物含量调整,对水平和垂直风场进行调整,对降水的落区影响较小,主要影响模拟的降水强度。同时同化两种资料,能更好地反映风场特征,并改善强降水的落区和强度的模拟。模拟改善最明显是在积分12~36 h时段内,该时段有效雷达资料量较多,表明同化雷达资料对暴雨模拟确实具有正效果。
边界层方案对华北低层O3垂直分布模拟的影响
徐敬, 马志强, 赵秀娟, 张小玲
2015, 26(5): 567-577, DOI: 10.11898/1001-7313.20150506
摘要:
利用WRF-Chem模式,采用3种边界层参数化方案 (YSU, MYJ和ACM2),针对1个晴空、静稳日 (2013年8月26日20:00—27日20:00(北京时)) 进行模拟,着重分析不同边界层参数化方案对夜间残留层形成及日出前后O3浓度垂直分布形式的模拟效果,并与固城站地面及垂直同步观测资料进行对比。结果表明:3种边界层参数化方案均能够模拟出温度及风速的区域分布形式以及风温垂直结构的变化特征;相比之下,MYJ方案模拟的夜间边界层高度较YSU方案和ACM2方案明显偏高,该对比结果可能是导致近地面污染物浓度模拟差异的重要原因;在夜间稳定层结至日出后稳定状态打破的边界层结构演变过程中,采用YSU方案和ACM2方案模拟的温度和风速垂直扩线形式与观测结果更为接近;同样采用非局地闭合的YSU方案和同时考虑局地和非局地闭合的ACM2方案,对于边界层高度内O3浓度垂直分布形式的模拟效果具有明显优势。
硬件故障导致雷达回波错误数据质量控制方法
赵瑞金, 刘黎平, 张进
2015, 26(5): 578-589, DOI: 10.11898/1001-7313.20150507
摘要:
雷达硬件故障直接影响数据质量,故障数据进入共享系统后不但影响本地预报员对天气系统的分析和判断,对国家级业务系统也会产生严重影响。目前,对雷达资料的数据质量控制主要针对非气象回波,对于雷达硬件故障导致的数据错误还缺乏有效的质量控制方法。该文对河北省石家庄CINRAD/SA雷达2004—2013年硬件故障时的基数据和回波特征进行分析,研究雷达故障导致的数据错误与故障类别的相关性及对数据和回波的影响。结果表明:雷达硬件故障导致的数据错误对基数据的完整性、数据位置和强度信息产生影响,发射机和接收机系统故障主要影响雷达数据的强度信息;伺服系统故障主要影响数据的位置信息。提出通过对雷达数据完整性和位置信息的检查,根据硬件故障影响雷达回波形态、位置、范围和强度等图像特征,利用基于模糊逻辑自动识别雷达硬件故障导致的错误数据的质量控制方法。利用石家庄雷达站2004—2013年雷达故障数据进行了识别效果检验,对故障数据的总体识别率超过90%,能较好实现对硬件故障导致的数据错误质量控制,是现有雷达运行正常情况下针对非气象回波的雷达数据质量控制方法的补充。
利用声学方法采集人工影响天气高射炮作业数据
李宏宇, 王华, 贾丽佳, 胡向峰, 陶玥, 汪晓滨
2015, 26(5): 590-599, DOI: 10.11898/1001-7313.20150508
摘要:
为提升人工影响天气地面作业数据收集上报的时效性和准确性,解决高射炮和火箭作业信息完全依赖人工采集录入的瓶颈,该文基于声学探测技术,利用地面作业数据采集传输仪对我国人工影响天气作业用37 mm口径65型双管高射炮,于2014年7月12日和9月24日分别进行训练模拟弹和JD-07型防雹增雨炮弹实弹发射数据声级采集试验。分析表明:高射炮发射产生的前导噪音、声级突升和声级峰值,可作为高射炮作业数据自动采集一种极为有效的指标。作业站内环境噪音声级的明显变化能够有效识别单管或双管、单次或连续发射的每发数据,实现对发射时间和发射弹量的自动、实时、精准采集;利用声级特征采集与识别高射炮作业数据,受作业站内感应仪器相对高射炮装备的布设距离和方位的影响较小;前导噪音作为弹药击发的显著标识,可作为高射炮安全监控重要内容,对重大安全事故及其应急处置能够起到有效预警作用。利用高射炮发射每发用弹的声级峰值进行简单对比,还可作为直观检验用弹质量的一个参考。此外,高射炮每发用弹发射的方位角、仰角数据,可以利用声级感应阵列,并基于到达时差法声源定位原理精准计算获得。发射位置数据还可集成GPS定位模块实现自动、准确地采集。
秒级探空数据随机误差评估
姚雯, 马颖
2015, 26(5): 600-609, DOI: 10.11898/1001-7313.20150509
摘要:
利用2007年6月和2008年6—7月国内GPS探空仪同步比对试验数据及2010年中国阳江国际探空系统比对试验数据,基于现有的探空仪随机误差的间接计算方法,深入分析不同的探空原始数据平滑处理程度对随机误差评估的影响。分析表明:现有的探空仪随机误差评估方法不能完全适用于秒级探空数据,特别是对风、平流层温度和对流层相对湿度这3个要素的随机误差的评估。在同步比对施放中,如果对探空原始数据的平滑处理程度一致,可以利用现有的随机误差评估方法,不会产生明显偏差;反之,如果平滑处理程度差异较大,则间接计算得出的随机误差会明显偏大。在比对施放方案中,为了更好地获取某种型号探空仪的随机误差,建议将多个同型号探空仪同球施放进行比对观测,避免作为参考仪器的其他型号探空仪自身的误差参与计算,影响待测探空仪随机误差的评估。同型号探空仪同球施放的探空仪越多,获取的有效统计数据越多,随机误差的分析越准确。
基于雷电临近预警技术的主动防雷应用
曾金全, 朱彪, 王颖波, 张烨方
2015, 26(5): 610-617, DOI: 10.11898/1001-7313.20150510
摘要:
为了使雷电临近预警技术在雷电灾害防御业务中更好地发挥作用,针对电子系统的雷电灾害特点,在传统被动防雷技术基础上,提出基于雷电临近预警的主动防雷技术,应用雷电临近预警和远程控制等技术,开发以B/S结构为架构的雷电临近预警应用系统。对2013年8月—2014年8月福建省泉州市4个无线电监测站的主动防雷应用效果进行两种方法的预警效果检验。检验结果表明:主动防雷技术是对被动防雷技术的一个较好的完善和补充。采用闪电数量对比分析,4个监测站的有效预警率为69%,采用预报评分方法对比分析,4个监测站的平均准确率为53%,对雷电活动发生较为集中的区域预警效果较好,对雷电活动发生较为零散的区域预警效果有所降低。
云闪测向定位算法
梁丽, 马舒庆, 庞文静, 蒲晓虎
2015, 26(5): 618-625, DOI: 10.11898/1001-7313.20150511
摘要:
基于多站测向交叉算法,提出云闪侧向定位算法。根据各站仰角、方位角信息求解出各组闪电位置,由最大值和最小值约束条件剔除粗差较大的解后,引入加权运算得到较为准确的定位信息,再利用高斯牛顿迭代算法得到精准的云闪位置信息,从而实现云闪的三维定位。通过蒙特卡罗模拟方法,对算法进行评估,详细分析了站网多种因素对定位结果的影响。研究表明:该算法提高了定位精度,测向误差为1°时,4站站网误差低于500 m,站点越多定位精度越高,但综合考虑4站、5站站网为优,测向精度提高时,定位精度也随之提高;站网呈均匀布站方式优于T型等布站方式,均匀布站在实际中更具实用性。
地基微波辐射计探测大气边界层高度方法
刘思波, 何文英, 刘红燕, 陈洪滨
2015, 26(5): 626-635, DOI: 10.11898/1001-7313.20150512
摘要:
采用2013年中国科学院大气物理研究所香河大气综合观测试验站的地基微波辐射计和激光雷达观测数据,以激光雷达探测的大气边界层高度为参考,分别利用非线性神经网络和多元线性回归方法建立微波亮温直接反演大气边界层高度的算法,并对比两种方法的反演能力, 同时分析非线性神经网络算法在不同时段及不同天气状况下反演结果的差异。结果表明:非线性神经网络算法的反演能力优于多元线性回归算法,其反演结果与激光雷达探测的大气边界层高度有较好一致性,冬、春季的相关系数达到0.83,反演精度比线性回归算法约高26%;对于不同时段和不同天气条件,春季的反演结果最好,晴空的反演结果好于云天; 四季和不同天气状况的划分也有利于提高反演精度。
短论
青藏高原地区TRMM PR地面降雨率的修正
李嘉睿, 卢乃锰, 谷松岩
2015, 26(5): 636-640, DOI: 10.11898/1001-7313.20150513
摘要:
为掌握并改进青藏高原地区TRMM卫星降水雷达 (precipitation radar,PR) 地面降雨率准确度,统计分析了2005—2007年TRMM PR 2A25资料和逐小时地面雨量计,结果表明:青藏高原地区TRMM PR地面降雨率在层云降水时平均偏低35%,在对流云降水时平均偏高42%。Z-R关系的适用性是PR产生偏差的原因之一,研究将TRMM PR层云降水模型中20℃层Z-R关系的初始系数Ab分别修正为0.0288和0.6752,对流云降水模型中20℃层的初始系数Ab分别修正为0.0406和0.5809,得到两类降水模型0℃层与20℃层之间不同高度Z-R关系的更新系数。检验结果表明,修正降水模型后能够提高青藏高原地面降雨率测量的准确度。