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中国气象局2003年 第14卷 第5期
2003, 14(5): 513-521
摘要
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摘要:
利用2002年的地面观测资料和NCEP/NCAR的再分析资料对2002年3、4月沙尘暴发生频率以及相应的月和候的环流形势特征进行了分析。结果表明，东亚大槽发展和加深是造成该年沙尘暴偏北路径多的主要成因，并且是影响华北、东北甚至华中的一种主要环流形势。东北低涡维持期间生成的副冷锋次天气尺度系统，可以产生强局地沙尘暴。使用GMS-5的卫星观测资料的亮温数据，对沙尘暴在冷涡天气下的沙尘输送情况进行了分析。给出了沙尘暴在向下游输送沙尘时的空间分布，特别指出了在东北冷涡强烈发展的形势下，沙尘可以向东北方向输送，影响东北、远东，甚至更北的地区。
利用2002年的地面观测资料和NCEP/NCAR的再分析资料对2002年3、4月沙尘暴发生频率以及相应的月和候的环流形势特征进行了分析。结果表明，东亚大槽发展和加深是造成该年沙尘暴偏北路径多的主要成因，并且是影响华北、东北甚至华中的一种主要环流形势。东北低涡维持期间生成的副冷锋次天气尺度系统，可以产生强局地沙尘暴。使用GMS-5的卫星观测资料的亮温数据，对沙尘暴在冷涡天气下的沙尘输送情况进行了分析。给出了沙尘暴在向下游输送沙尘时的空间分布，特别指出了在东北冷涡强烈发展的形势下，沙尘可以向东北方向输送，影响东北、远东，甚至更北的地区。
2003, 14(5): 522-532
摘要:
对北京地区中尺度数值天气预报客观检验系统的框架和方法进行了详细的介绍，分析了北京地区冬季（2001年11月1日~2002年2月28日）主要预报要素的客观检验结果，在此基础上给出北京地区冬季中尺度数值预报业务的误差特征，并根据检验结果定性地分析了模式预报系统性和非系统性误差的可能来源。结果表明，模式地形的强迫作用是地面和对流层低层预报系统性误差的重要来源；测站高空预报要素的非系统性误差显著，初始时刻存在的误差在积分过程中被进一步放大；对北京 (54511) 单站地面要素预报的检验结果发现，2-m温度预报冬季整体偏低。在系统性误差为主要误差分量时对模式的平均误差进行订正能有效地提高温度预报的准确率。
对北京地区中尺度数值天气预报客观检验系统的框架和方法进行了详细的介绍，分析了北京地区冬季（2001年11月1日~2002年2月28日）主要预报要素的客观检验结果，在此基础上给出北京地区冬季中尺度数值预报业务的误差特征，并根据检验结果定性地分析了模式预报系统性和非系统性误差的可能来源。结果表明，模式地形的强迫作用是地面和对流层低层预报系统性误差的重要来源；测站高空预报要素的非系统性误差显著，初始时刻存在的误差在积分过程中被进一步放大；对北京 (54511) 单站地面要素预报的检验结果发现，2-m温度预报冬季整体偏低。在系统性误差为主要误差分量时对模式的平均误差进行订正能有效地提高温度预报的准确率。
2003, 14(5): 533-541
摘要:
在线性斜压原始方程组的基础上，从频率和群速方面讨论了由水平网格 (C、Z网格) 和垂直网格 (L、CP、LZ、LY网格) 组合而成的几种三维网格 (C/L、C/CP、Z/LZ、Z/LY) 的计算频散性并分析了各种网格出现偏差的原因，结果表明三维网格C/CP (水平网格为C网格垂直网格为Charney-Phillips网格) 与Z/LZ（水平网格为Z网格垂直网格为LZ网格）计算频散性能较好。从而为原始方程大气模式选取三维网格提供指导。
在线性斜压原始方程组的基础上，从频率和群速方面讨论了由水平网格 (C、Z网格) 和垂直网格 (L、CP、LZ、LY网格) 组合而成的几种三维网格 (C/L、C/CP、Z/LZ、Z/LY) 的计算频散性并分析了各种网格出现偏差的原因，结果表明三维网格C/CP (水平网格为C网格垂直网格为Charney-Phillips网格) 与Z/LZ（水平网格为Z网格垂直网格为LZ网格）计算频散性能较好。从而为原始方程大气模式选取三维网格提供指导。
2003, 14(5): 542-552
摘要:
利用1961~2000年中国东北地区80个测站的月降水和平均气温资料，通过计算地表最大潜在蒸发、地表干燥度指数和地表水分盈亏量，分析了东北地区及其7个不同气候区域地表干湿状况的时空分布规律及其变化趋势，并探讨了它与降水和气温的关系。结果表明，东北地区及其不同区域的地表干湿状况不仅具有较大的地域差别和年际及年代际变率，而且存在着明显的阶段性和低频变化特征，特别是20世纪90年代中期以来，东北地区呈现出较强的变干倾向，并且由于气温升高所导致的潜在蒸发的加大与降水一样对这一变干倾向也有十分重要的影响。
利用1961~2000年中国东北地区80个测站的月降水和平均气温资料，通过计算地表最大潜在蒸发、地表干燥度指数和地表水分盈亏量，分析了东北地区及其7个不同气候区域地表干湿状况的时空分布规律及其变化趋势，并探讨了它与降水和气温的关系。结果表明，东北地区及其不同区域的地表干湿状况不仅具有较大的地域差别和年际及年代际变率，而且存在着明显的阶段性和低频变化特征，特别是20世纪90年代中期以来，东北地区呈现出较强的变干倾向，并且由于气温升高所导致的潜在蒸发的加大与降水一样对这一变干倾向也有十分重要的影响。
2003, 14(5): 553-561
摘要:
利用国家气候中心1960~2000年500 hPa高度场10°×5°经纬度月平均资料，采用EOF、SVD方法，分析了北太平洋涛动区（25°~70°N，140°E~150°W）500 hPa高度场季节变化特征和中国东北区80个测站降水场相关。结果表明：（1）北太平洋涛动区500 hPa高度场冬季EOF第1载荷向量场呈由北向南的“-，+”波列分布，这种北南分布相反型，占总体方差贡献的40%，可以表现为北低南高，类似地面气压场涛动 (NPO) 的正位相阶段，反映了40年北太平洋中高纬度上空以东亚大槽为定常波的大气环流基本模态，亦是NPO呈正位相阶段的主要成因，反之，类似地面气压场涛动（NPO）的负位相阶段，第2载荷向量场呈整体“+”值分布，占方差贡献28%，该模态则表现为东亚大槽被长波脊替代的与气候基本模态呈相反分布的异常环流型；夏季第1载荷向量场基本模态则为全区的正值分布，占总体方差贡献的30%，第3载荷向量呈北“+”南“-”的分布，占方差贡献的13%，表明夏季500 hPa高度场NPO不是主要模态；春秋两季均呈现出较为明显的NPO模态；（2）北太平洋涛动区500 hPa高度冬季平均场与东北区夏季降水场呈由北向南的“+，-”相关波列，存在显著的相关性（α＞0.01）, 第1对SVD奇异向量占总方差贡献的49%，当NPO区前冬500 hPa高度场呈负位相阶段时，东北区夏季降水偏多，反之，东北区夏季干旱少雨，其它季节亦有类似隔季相关关系。
利用国家气候中心1960~2000年500 hPa高度场10°×5°经纬度月平均资料，采用EOF、SVD方法，分析了北太平洋涛动区（25°~70°N，140°E~150°W）500 hPa高度场季节变化特征和中国东北区80个测站降水场相关。结果表明：（1）北太平洋涛动区500 hPa高度场冬季EOF第1载荷向量场呈由北向南的“-，+”波列分布，这种北南分布相反型，占总体方差贡献的40%，可以表现为北低南高，类似地面气压场涛动 (NPO) 的正位相阶段，反映了40年北太平洋中高纬度上空以东亚大槽为定常波的大气环流基本模态，亦是NPO呈正位相阶段的主要成因，反之，类似地面气压场涛动（NPO）的负位相阶段，第2载荷向量场呈整体“+”值分布，占方差贡献28%，该模态则表现为东亚大槽被长波脊替代的与气候基本模态呈相反分布的异常环流型；夏季第1载荷向量场基本模态则为全区的正值分布，占总体方差贡献的30%，第3载荷向量呈北“+”南“-”的分布，占方差贡献的13%，表明夏季500 hPa高度场NPO不是主要模态；春秋两季均呈现出较为明显的NPO模态；（2）北太平洋涛动区500 hPa高度冬季平均场与东北区夏季降水场呈由北向南的“+，-”相关波列，存在显著的相关性（α＞0.01）, 第1对SVD奇异向量占总方差贡献的49%，当NPO区前冬500 hPa高度场呈负位相阶段时，东北区夏季降水偏多，反之，东北区夏季干旱少雨，其它季节亦有类似隔季相关关系。
2003, 14(5): 562-567
摘要:
利用FY-1C连续3年的CAVHRR资料，以敦煌辐射校正场为分析区，分析了CAVHRR可见光、近红外通道的通道衰减特征，开展了归一化植被指数（NDVI）衰减订正方法研究及衰减订正试验。分析结果表明，FY-1C可见光通道1的衰减使FY-1C全球及区域NDVI的分布特征出现不合理。以敦煌辐射校正场为参考目标，借助敦煌目标区通道反射率长时间变化特征分析，可以建立NDVI的时变订正模型，有效订正通道衰减引起的NDVI的不合理性。利用敦煌NDVI值稳定不变的特性得到的FY-1C扫描辐射计通道1更新定标系数，与2000年9月中国辐射校正场外定标试验结果一致。研究结果有助于提高FY-1C可见光、近红外通道遥感资料在环境遥感监测方面的定量应用精度。
利用FY-1C连续3年的CAVHRR资料，以敦煌辐射校正场为分析区，分析了CAVHRR可见光、近红外通道的通道衰减特征，开展了归一化植被指数（NDVI）衰减订正方法研究及衰减订正试验。分析结果表明，FY-1C可见光通道1的衰减使FY-1C全球及区域NDVI的分布特征出现不合理。以敦煌辐射校正场为参考目标，借助敦煌目标区通道反射率长时间变化特征分析，可以建立NDVI的时变订正模型，有效订正通道衰减引起的NDVI的不合理性。利用敦煌NDVI值稳定不变的特性得到的FY-1C扫描辐射计通道1更新定标系数，与2000年9月中国辐射校正场外定标试验结果一致。研究结果有助于提高FY-1C可见光、近红外通道遥感资料在环境遥感监测方面的定量应用精度。
2003, 14(5): 568-573
摘要:
采用美国陆地卫星ETM、TM图像，对青海省龙羊峡库区1987、2000年两个时相的生态环境进行遥感分析。结果表明，龙羊峡库区的地貌类型分别为19类，查清了各类型的分布区域和面积。对龙羊峡库区13年间生态环境的动态变化进行分析，发现该地区在水体、沙地、天然草地面积等方面发生了较大的变化。
采用美国陆地卫星ETM、TM图像，对青海省龙羊峡库区1987、2000年两个时相的生态环境进行遥感分析。结果表明，龙羊峡库区的地貌类型分别为19类，查清了各类型的分布区域和面积。对龙羊峡库区13年间生态环境的动态变化进行分析，发现该地区在水体、沙地、天然草地面积等方面发生了较大的变化。
2003, 14(5): 574-582
摘要:
概述了近年来我国农业气象灾害预报方法研究的进展，介绍了当前正在探讨的一些新技术，并就今后发展的若干关键技术问题提出一些看法。指出①我国农业气象灾害预报方法基本以数理统计模型为主。近年来在多种统计方法的应用、气候模式与农业气象模式结合、信息技术的应用、作物生长模拟模型的应用等方面取得了一些成果。但总体上说，农业气象灾害预报研究还不很成熟。②当前农业气象灾害预报应在指标的针对性，统计模型因子的物理概念和生物物理机理、数学模型和资料处理方法以及基于作物生长模拟模型的农业气象灾害预报方法等方面加强研究。③多学科交叉、多种预报方法结合、长中短期预报相结合、动态预报和补充订正相结合、卫星遥感动态监测信息与预警模式相结合是开展农业气象灾害预报的有效途径。建立预警业务系统，开展预警服务势在必行。
概述了近年来我国农业气象灾害预报方法研究的进展，介绍了当前正在探讨的一些新技术，并就今后发展的若干关键技术问题提出一些看法。指出①我国农业气象灾害预报方法基本以数理统计模型为主。近年来在多种统计方法的应用、气候模式与农业气象模式结合、信息技术的应用、作物生长模拟模型的应用等方面取得了一些成果。但总体上说，农业气象灾害预报研究还不很成熟。②当前农业气象灾害预报应在指标的针对性，统计模型因子的物理概念和生物物理机理、数学模型和资料处理方法以及基于作物生长模拟模型的农业气象灾害预报方法等方面加强研究。③多学科交叉、多种预报方法结合、长中短期预报相结合、动态预报和补充订正相结合、卫星遥感动态监测信息与预警模式相结合是开展农业气象灾害预报的有效途径。建立预警业务系统，开展预警服务势在必行。
2003, 14(5): 583-592
摘要:
根据华北地区干旱具有显著的年代际和年际变化特性，该文提出了建立多时间尺度预测模型的新构想。利用奇异谱动力学重构的方法将干旱序列的年代际和年际时间尺度变化进行分离，然后分别建立两种时间尺度变化的预测模型，最后将两者进行组合。在建立年际变化预测模型时，使用信噪比的方法将前期大气和海温出现显著异常变化区域的强信号引进到预测模型中。1996~2002年跨季度的预测试验表明，这一建模方案可以较好地反映华北干旱的变化趋势，并具有一定的预测技巧。
根据华北地区干旱具有显著的年代际和年际变化特性，该文提出了建立多时间尺度预测模型的新构想。利用奇异谱动力学重构的方法将干旱序列的年代际和年际时间尺度变化进行分离，然后分别建立两种时间尺度变化的预测模型，最后将两者进行组合。在建立年际变化预测模型时，使用信噪比的方法将前期大气和海温出现显著异常变化区域的强信号引进到预测模型中。1996~2002年跨季度的预测试验表明，这一建模方案可以较好地反映华北干旱的变化趋势，并具有一定的预测技巧。
2003, 14(5): 593-604
摘要:
对华北地区冬小麦进行了水分胁迫实验，确定了冬小麦光合作用速率对水分胁迫的响应曲线，提出了农业干旱指数和农业干旱预警指数两个基本概念，在此基础上建立了具有明确生物学机理的华北农业干旱预测数值模式。对北京、石家庄、郑州和济南1998年至2000年432旬的农业干旱模拟结果表明：农业干旱预警定性准确率为90.7%，定量准确率在87.5%左右；此外，模拟表明模式也可以对区域农业干旱进行准确有效的预测。利用1961~2000年气象资料对北京等地区历年农业干旱进行数值分析，结果表明：不同于大气干旱，在自然气象条件下，北京等地区作物生长期内几乎每年都存在农业干旱现象，特别是冬小麦灌浆至成熟期每年均存在一次较为严重的农业干旱胁迫过程，但农业干旱胁迫程度年际间存在一定波动，功率谱分析表明其具有3~6年的周期变化规律。对平均气候状况下华北地区农业干旱进行了时空动态分析，结果发现在自然条件下，华北大部分地区冬小麦4月下旬至5月下旬，即大约在冬小麦开花、灌浆至成熟期，农业干旱胁迫指数存在一种自然的逐渐加强的动态过程，这与华北地区的农业生产实践是基本一致的。
对华北地区冬小麦进行了水分胁迫实验，确定了冬小麦光合作用速率对水分胁迫的响应曲线，提出了农业干旱指数和农业干旱预警指数两个基本概念，在此基础上建立了具有明确生物学机理的华北农业干旱预测数值模式。对北京、石家庄、郑州和济南1998年至2000年432旬的农业干旱模拟结果表明：农业干旱预警定性准确率为90.7%，定量准确率在87.5%左右；此外，模拟表明模式也可以对区域农业干旱进行准确有效的预测。利用1961~2000年气象资料对北京等地区历年农业干旱进行数值分析，结果表明：不同于大气干旱，在自然气象条件下，北京等地区作物生长期内几乎每年都存在农业干旱现象，特别是冬小麦灌浆至成熟期每年均存在一次较为严重的农业干旱胁迫过程，但农业干旱胁迫程度年际间存在一定波动，功率谱分析表明其具有3~6年的周期变化规律。对平均气候状况下华北地区农业干旱进行了时空动态分析，结果发现在自然条件下，华北大部分地区冬小麦4月下旬至5月下旬，即大约在冬小麦开花、灌浆至成熟期，农业干旱胁迫指数存在一种自然的逐渐加强的动态过程，这与华北地区的农业生产实践是基本一致的。
2003, 14(5): 605-615
摘要:
针对作物生长动力模型区域应用时对高精度格点逐日气象要素输入值的需要，以东北地区为例，选用克立格法 (Kriging)、以经纬度分布方向为权重的距离权重反比法（IDW）及带高度梯度订正的距离权重反比法（GIDW）3种插值方法进行有限气象站点4~10月逐日气象要素空间插值方法研究，并进行插值的统计量分析和估值的交叉验证。结果表明，对温度而言，GIDW方法估值精度较高，插值结果的平滑程度适中，插值结果分布趋势也较为接近实际站点的分布。对降水而言，IDW估值精度高于Kriging, 而且插值结果的平滑程度较小，更适合于日降水量的空间插值。GIDW、IDW估值精度较高的原因是研究中考虑到日最高温度、最低温度和降水量的经向、纬向梯度、海拔高度梯度存在明显的季节性变化，采用了根据气象要素经纬度方向确定权重，以及根据气象要素高度梯度年内变化进行高度订正的结果。
针对作物生长动力模型区域应用时对高精度格点逐日气象要素输入值的需要，以东北地区为例，选用克立格法 (Kriging)、以经纬度分布方向为权重的距离权重反比法（IDW）及带高度梯度订正的距离权重反比法（GIDW）3种插值方法进行有限气象站点4~10月逐日气象要素空间插值方法研究，并进行插值的统计量分析和估值的交叉验证。结果表明，对温度而言，GIDW方法估值精度较高，插值结果的平滑程度适中，插值结果分布趋势也较为接近实际站点的分布。对降水而言，IDW估值精度高于Kriging, 而且插值结果的平滑程度较小，更适合于日降水量的空间插值。GIDW、IDW估值精度较高的原因是研究中考虑到日最高温度、最低温度和降水量的经向、纬向梯度、海拔高度梯度存在明显的季节性变化，采用了根据气象要素经纬度方向确定权重，以及根据气象要素高度梯度年内变化进行高度订正的结果。
2003, 14(5): 616-625
摘要:
在田间试验资料基础上，采用改进的发育模型和分区作物参数，结合前人有关研究成果建立了东北玉米区域动力模型，并利用模型模拟了12站40年 (1961~2000年) 玉米生长发育过程。确定抽雄期延迟天数为低温冷害指标，分析了历史低温冷害年及减产情况。模拟了典型冷害年和40年气候平均的0.25°×0.25°网格点玉米生长发育过程, 探讨了与区域气候模式结合进行低温冷害预报的方法。主要结论有：①玉米发育模型能够较好地模拟玉米发育期和发育期对低温冷害的响应，以抽雄期延迟天数为冷害指标评估的历史冷害发生状况基本符合历史实况。②模型有一定的模拟玉米生长量对低温冷害响应的能力，但还需要更多的试验数据校正品种参数，完善模型。③利用GIS技术，结合区域化的作物参数运行区域作物模型，是作物模型区域化应用的一种解决方案。④东北玉米区域动力模型解释性好，根据确定的害指标，以区域气候模式输出结果驱动玉米模型可以模拟和预测低温冷害，是农业气象灾害预测预报的一个有益的尝试。
在田间试验资料基础上，采用改进的发育模型和分区作物参数，结合前人有关研究成果建立了东北玉米区域动力模型，并利用模型模拟了12站40年 (1961~2000年) 玉米生长发育过程。确定抽雄期延迟天数为低温冷害指标，分析了历史低温冷害年及减产情况。模拟了典型冷害年和40年气候平均的0.25°×0.25°网格点玉米生长发育过程, 探讨了与区域气候模式结合进行低温冷害预报的方法。主要结论有：①玉米发育模型能够较好地模拟玉米发育期和发育期对低温冷害的响应，以抽雄期延迟天数为冷害指标评估的历史冷害发生状况基本符合历史实况。②模型有一定的模拟玉米生长量对低温冷害响应的能力，但还需要更多的试验数据校正品种参数，完善模型。③利用GIS技术，结合区域化的作物参数运行区域作物模型，是作物模型区域化应用的一种解决方案。④东北玉米区域动力模型解释性好，根据确定的害指标，以区域气候模式输出结果驱动玉米模型可以模拟和预测低温冷害，是农业气象灾害预测预报的一个有益的尝试。
2003, 14(5): 626-633
摘要:
利用1961~2000年逐月气温资料计算了东北地区分省和全区玉米的热量指数。通过对热量指数和大气环流资料的统计分析，建立了6个预测玉米热量指数的模型，各模型都能较好地预测东北地区各省及全区的玉米生长发育期间的热量状况。检验结果可以看出，所有模型的准确率较高，且稳定性较好，6个模型预测玉米热量指数的平均相对误差都在7%以下，说明了各模型都具有较好的预测能力。其中辽宁省的相对误差最小，平均在2%以下，预测效果最好，黑龙江省的平均误差最大，也都在4.5%~7%。
利用1961~2000年逐月气温资料计算了东北地区分省和全区玉米的热量指数。通过对热量指数和大气环流资料的统计分析，建立了6个预测玉米热量指数的模型，各模型都能较好地预测东北地区各省及全区的玉米生长发育期间的热量状况。检验结果可以看出，所有模型的准确率较高，且稳定性较好，6个模型预测玉米热量指数的平均相对误差都在7%以下，说明了各模型都具有较好的预测能力。其中辽宁省的相对误差最小，平均在2%以下，预测效果最好，黑龙江省的平均误差最大，也都在4.5%~7%。
2003, 14(5): 634-640
摘要:
根据油菜生理生态理论及油菜阶段发育与环境因子之间的数量关系，在借鉴WCSODS小麦“钟模型”与CERES-Wheat春化模型的基础上，构建了油菜发育动态模拟模型。利用在江淮地区广泛收集到的油菜发育期资料，分别调试、确定了2种不同品种类型有代表性品种的发育参数，并将模拟结果与积温法进行了比较。结果表明：本文提交的模型对不同生育阶段的模拟平均误差在1 d之内，对全生育期的模拟绝对误差平均不超过2 d。其模拟精度要明显好于传统的积温法。
根据油菜生理生态理论及油菜阶段发育与环境因子之间的数量关系，在借鉴WCSODS小麦“钟模型”与CERES-Wheat春化模型的基础上，构建了油菜发育动态模拟模型。利用在江淮地区广泛收集到的油菜发育期资料，分别调试、确定了2种不同品种类型有代表性品种的发育参数，并将模拟结果与积温法进行了比较。结果表明：本文提交的模型对不同生育阶段的模拟平均误差在1 d之内，对全生育期的模拟绝对误差平均不超过2 d。其模拟精度要明显好于传统的积温法。
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