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中国气象局2005年 第16卷 第4期
2005, 16(4): 417-425
摘要
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摘要:
利用大气气溶胶和云分档模式研究海盐气溶胶和硫酸盐气溶胶在云微物理过程中的作用, 计算结果表明:云中液态水含量随高度的分布并不随海盐、硫酸盐的数目以及云团上升速度的变化而变化; 随着云滴数目的增加, 云滴的有效半径会减小; 硫酸盐对云滴数目影响起主导作用, 海盐在水汽相对充足情况下增加了云滴数目, 在水汽相对不足的情况下减少了云滴数目; 硫酸盐粒子浓度特别强的情况下 (人类活动污染比较严重时), 如果水汽相对不足, 云滴数目会明显小于硫酸盐粒子浓度; 而海盐粒子的存在, 加剧了水汽的供应不足, 从而可以在很大程度上进一步降低云滴数目。也就是说, 在有些情况下, 如果不考虑海盐气溶胶的作用, 硫酸盐气溶胶对云特性的影响会被过高估计。
利用大气气溶胶和云分档模式研究海盐气溶胶和硫酸盐气溶胶在云微物理过程中的作用, 计算结果表明:云中液态水含量随高度的分布并不随海盐、硫酸盐的数目以及云团上升速度的变化而变化; 随着云滴数目的增加, 云滴的有效半径会减小; 硫酸盐对云滴数目影响起主导作用, 海盐在水汽相对充足情况下增加了云滴数目, 在水汽相对不足的情况下减少了云滴数目; 硫酸盐粒子浓度特别强的情况下 (人类活动污染比较严重时), 如果水汽相对不足, 云滴数目会明显小于硫酸盐粒子浓度; 而海盐粒子的存在, 加剧了水汽的供应不足, 从而可以在很大程度上进一步降低云滴数目。也就是说, 在有些情况下, 如果不考虑海盐气溶胶的作用, 硫酸盐气溶胶对云特性的影响会被过高估计。
2005, 16(4): 426-433
摘要:
数据处理中心是风云二号02批静止气象卫星地面应用系统的核心业务处理系统之一。该文描述了风云二号02批卫星的业务特征；对科研阶段研制的数据处理中心应用软件在稳定业务运行方面尚有的欠缺做出分析；根据软件工程的再工程理论，提出使用逆向工程方法，进行数据、代码、接口和文档的重构；对数据处理中心的业务流程进行构造，对业务系统进行逻辑层次的结构设计。
数据处理中心是风云二号02批静止气象卫星地面应用系统的核心业务处理系统之一。该文描述了风云二号02批卫星的业务特征；对科研阶段研制的数据处理中心应用软件在稳定业务运行方面尚有的欠缺做出分析；根据软件工程的再工程理论，提出使用逆向工程方法，进行数据、代码、接口和文档的重构；对数据处理中心的业务流程进行构造，对业务系统进行逻辑层次的结构设计。
2005, 16(4): 434-444
摘要:
该文用双通道动态阈值法对GMS-5图像进行自动的云检测。在红外通道和可见光通道，分别对每32×32个像元组成的像元阵进行直方图统计，求出区别云和地物值域的阈值，然后对每个像元阵内的逐个像元进行云判识。讨论了在进行直方图分析以求取阈值的过程中，像元阵大小的选取和动态平滑间距的选取对云检测结果的影响。分析结果表明：像元阵大小取32×32时，像元阵所占的地域空间尺度足够小，像元阵内的观测像元样本数足够多，保证了在直方图聚类分析时，每一类含有足够多的样本；GMS-5观测图像的红外通道对原始直方图进行二次平滑时小平滑间距取1.6 K，可见光通道小平滑间距取1.2%，使得确定动态阈值时步长相对小，保证了分析的精度。用目视图像对分析结果进行真实性检验，在中低纬度地区，可见光和红外两个通道都有资料时，该算法的云判识精度较好。在高纬度地区，由于地表温度低，积雪覆盖多，太阳光照角低，该算法的云判识精度较差。
该文用双通道动态阈值法对GMS-5图像进行自动的云检测。在红外通道和可见光通道，分别对每32×32个像元组成的像元阵进行直方图统计，求出区别云和地物值域的阈值，然后对每个像元阵内的逐个像元进行云判识。讨论了在进行直方图分析以求取阈值的过程中，像元阵大小的选取和动态平滑间距的选取对云检测结果的影响。分析结果表明：像元阵大小取32×32时，像元阵所占的地域空间尺度足够小，像元阵内的观测像元样本数足够多，保证了在直方图聚类分析时，每一类含有足够多的样本；GMS-5观测图像的红外通道对原始直方图进行二次平滑时小平滑间距取1.6 K，可见光通道小平滑间距取1.2%，使得确定动态阈值时步长相对小，保证了分析的精度。用目视图像对分析结果进行真实性检验，在中低纬度地区，可见光和红外两个通道都有资料时，该算法的云判识精度较好。在高纬度地区，由于地表温度低，积雪覆盖多，太阳光照角低，该算法的云判识精度较差。
2005, 16(4): 445-452
摘要:
研究和评价短期气候预测方法必须了解月或季平均量的年际变率有多少是可以被预报出来的。通常认为, 总的年际变率能够被划分为主要来源于大气下边界条件持续性强迫的可预报成分和来源于“天气噪声”的不可预报成分, 这两个成分的方差之比给出潜在预报性的测度。文章用低频白噪声延伸法及日降水量独立和相关假设下的方差分析方法估计了广西夏季降水量潜在可预报的气候信号方差和天气噪声方差。结果表明:全区都存在潜在可预报信号, 在中部和东部气候信号最强, 南部最弱。以绝对误差小于均方差0.68倍作为预报正确的标准, 则预报正确率上限在自治区中部和东部约为72 %, 南部约为59 %, 北部和西部约为62 %。
研究和评价短期气候预测方法必须了解月或季平均量的年际变率有多少是可以被预报出来的。通常认为, 总的年际变率能够被划分为主要来源于大气下边界条件持续性强迫的可预报成分和来源于“天气噪声”的不可预报成分, 这两个成分的方差之比给出潜在预报性的测度。文章用低频白噪声延伸法及日降水量独立和相关假设下的方差分析方法估计了广西夏季降水量潜在可预报的气候信号方差和天气噪声方差。结果表明:全区都存在潜在可预报信号, 在中部和东部气候信号最强, 南部最弱。以绝对误差小于均方差0.68倍作为预报正确的标准, 则预报正确率上限在自治区中部和东部约为72 %, 南部约为59 %, 北部和西部约为62 %。
2005, 16(4): 453-460
摘要:
针对参数回归技术制作概率预报存在拟合好、但预报结果不稳定的现象, 提出了用K近邻非参数回归技术制作概率预报的新途径。K 近邻非参数回归技术包括历史样本数据库、近邻子集生成和优化以及预报量估计4 个主要部分。利用该技术进行了单要素概率预报(主要包括云量和降水)和多维联合概率预报(降水、总云量、风速和气温)试验, 并对试验结果进行了检验。实例研究结果表明:该文所给出的计算方案预报稳定性好, 准确率较高,具有良好的业务应用价值。
针对参数回归技术制作概率预报存在拟合好、但预报结果不稳定的现象, 提出了用K近邻非参数回归技术制作概率预报的新途径。K 近邻非参数回归技术包括历史样本数据库、近邻子集生成和优化以及预报量估计4 个主要部分。利用该技术进行了单要素概率预报(主要包括云量和降水)和多维联合概率预报(降水、总云量、风速和气温)试验, 并对试验结果进行了检验。实例研究结果表明:该文所给出的计算方案预报稳定性好, 准确率较高,具有良好的业务应用价值。
2005, 16(4): 461-467
摘要:
气象台站历史沿革信息包含了可能影响气候资料序列均一性的重要信息, 是分析、检验、订正气候资料序列的科学参考依据。文章介绍了气象台站历史沿革信息的基本内容及我国气象台站变动的基本情况, 通过对气象观测资料比较分析, 说明台站迁移、环境变化、观测仪器类型以及观测时制改变, 直接影响到观测记录的比较性和连续性, 对长年代气候资料序列的均一性也有不同程度的影响。
气象台站历史沿革信息包含了可能影响气候资料序列均一性的重要信息, 是分析、检验、订正气候资料序列的科学参考依据。文章介绍了气象台站历史沿革信息的基本内容及我国气象台站变动的基本情况, 通过对气象观测资料比较分析, 说明台站迁移、环境变化、观测仪器类型以及观测时制改变, 直接影响到观测记录的比较性和连续性, 对长年代气候资料序列的均一性也有不同程度的影响。
2005, 16(4): 468-475
摘要:
通过对1996~2000年17个气象站风资料的分析和计算, 结合高空环流形势分析, 对塔克拉玛干沙漠近地面风场特征进行了研究, 并对风场特征与周边地区沙丘排列方向之间的关系进行了分析。研究表明:①塔克拉玛干沙漠近地面风场特征是在高空西风带的背景下, 经过青藏高原、天山山脉的动力分支和抬升等作用下形成的。冬季, 尼雅河以东盛行偏东风, 以西盛行偏西风; 夏季, 克里雅河以西地区盛行偏西北风和西风, 以东盛行东北风。②从东到西, 东北风系影响逐渐减弱而西北风系影响逐渐加强; 南北方向变化较为复杂。③除若羌地区外, 塔克拉玛干沙漠输沙势都小于200 VU, 属于低能风环境, 且以单峰或锐双峰为主。在区域分布上, 沙漠东部及中部强度较大, 西部及南部较小。④沙丘排列方向主要由主、次输沙方向的夹角及二者的输沙比率决定, 其走向与最大输沙总量垂直。
通过对1996~2000年17个气象站风资料的分析和计算, 结合高空环流形势分析, 对塔克拉玛干沙漠近地面风场特征进行了研究, 并对风场特征与周边地区沙丘排列方向之间的关系进行了分析。研究表明:①塔克拉玛干沙漠近地面风场特征是在高空西风带的背景下, 经过青藏高原、天山山脉的动力分支和抬升等作用下形成的。冬季, 尼雅河以东盛行偏东风, 以西盛行偏西风; 夏季, 克里雅河以西地区盛行偏西北风和西风, 以东盛行东北风。②从东到西, 东北风系影响逐渐减弱而西北风系影响逐渐加强; 南北方向变化较为复杂。③除若羌地区外, 塔克拉玛干沙漠输沙势都小于200 VU, 属于低能风环境, 且以单峰或锐双峰为主。在区域分布上, 沙漠东部及中部强度较大, 西部及南部较小。④沙丘排列方向主要由主、次输沙方向的夹角及二者的输沙比率决定, 其走向与最大输沙总量垂直。
2005, 16(4): 476-483
摘要:
通过对内蒙古中部不同地表覆盖类型和土地利用方式下降水、气温、0 cm地温等气候因子和地表植被对沙尘暴频率和强度的影响分析, 认为:气温、降水等气候因子与地表植被覆盖对沙尘暴频率和强度的影响不具有普遍性, 降水影响相对明显, 地表植被覆盖的影响仅在农牧交错区和牧区草甸草原亚区表现明显。通过防治荒漠化来减少沙尘暴的危害需要因地制宜, 农牧交错区应该是植被恢复的重点区域。
通过对内蒙古中部不同地表覆盖类型和土地利用方式下降水、气温、0 cm地温等气候因子和地表植被对沙尘暴频率和强度的影响分析, 认为:气温、降水等气候因子与地表植被覆盖对沙尘暴频率和强度的影响不具有普遍性, 降水影响相对明显, 地表植被覆盖的影响仅在农牧交错区和牧区草甸草原亚区表现明显。通过防治荒漠化来减少沙尘暴的危害需要因地制宜, 农牧交错区应该是植被恢复的重点区域。
2005, 16(4): 484-491
摘要:
利用1951~2000年NCEP/ NCAR 600 hPa逐日再分析资料, 计算候时间尺度能够代表青藏高原地区季风特征的高度场指数序列, 研究青藏高原高度场指数的基本特征及其年代际变化趋势。结果表明:青藏高原地区600 hPa夏季为低压, 冬季为高压, 夏季低压形成的时间呈提早的趋势, 夏季低压强度也呈增强趋势; 青藏高原高度场指数年变化与高原雨日的年变化基本相似。夏季青藏高原高度场指数与同期我国160站的降水和气温相关表明:与降水相关分布从华北到华南呈“-+-”东西向带状分布; 冬季高原高压强度指数与同期气温均为正相关, 青藏高原东侧边缘区和华南地区正相关最为显著。
利用1951~2000年NCEP/ NCAR 600 hPa逐日再分析资料, 计算候时间尺度能够代表青藏高原地区季风特征的高度场指数序列, 研究青藏高原高度场指数的基本特征及其年代际变化趋势。结果表明:青藏高原地区600 hPa夏季为低压, 冬季为高压, 夏季低压形成的时间呈提早的趋势, 夏季低压强度也呈增强趋势; 青藏高原高度场指数年变化与高原雨日的年变化基本相似。夏季青藏高原高度场指数与同期我国160站的降水和气温相关表明:与降水相关分布从华北到华南呈“-+-”东西向带状分布; 冬季高原高压强度指数与同期气温均为正相关, 青藏高原东侧边缘区和华南地区正相关最为显著。
2005, 16(4): 492-499
摘要:
利用一种小波变换和统计检验相结合进行气候突变检测的新方法, 分析了1885~2000年长江中下游梅雨强度序列多尺度层次的谱系结构, 并对各层次的突变点进行统计显著性检验; 利用小波能量密度研究了梅雨强度年际及年代际振荡随时间的演变及其方差贡献。结果表明:就大尺度而言, 近百年梅雨强度以1941年为界分成强、弱两种状态, 同时, 在不同时间尺度的层次上, 还存在多个突变点, 例如, 在梅雨较强的1885~1941年阶段中, 含有两个梅雨相对弱的时段, 在梅雨较弱的1942~2000年阶段中亦存在1991~2000年梅雨相对强的时段; 2~3年和6~7年振荡在长江中下游梅雨强度的年际变化中占有较大方差贡献, 其中1978~1987年和1996~2000年段2~3年振荡的方差贡献较大, 1920~1932年段6~7年振荡的方差贡献明显; 在长江中下游梅雨强度的年代际变化中, 23~24年和36~37年振荡的方差贡献在20世纪40年代以后比较突出。
利用一种小波变换和统计检验相结合进行气候突变检测的新方法, 分析了1885~2000年长江中下游梅雨强度序列多尺度层次的谱系结构, 并对各层次的突变点进行统计显著性检验; 利用小波能量密度研究了梅雨强度年际及年代际振荡随时间的演变及其方差贡献。结果表明:就大尺度而言, 近百年梅雨强度以1941年为界分成强、弱两种状态, 同时, 在不同时间尺度的层次上, 还存在多个突变点, 例如, 在梅雨较强的1885~1941年阶段中, 含有两个梅雨相对弱的时段, 在梅雨较弱的1942~2000年阶段中亦存在1991~2000年梅雨相对强的时段; 2~3年和6~7年振荡在长江中下游梅雨强度的年际变化中占有较大方差贡献, 其中1978~1987年和1996~2000年段2~3年振荡的方差贡献较大, 1920~1932年段6~7年振荡的方差贡献明显; 在长江中下游梅雨强度的年代际变化中, 23~24年和36~37年振荡的方差贡献在20世纪40年代以后比较突出。
2005, 16(4): 500-508
摘要:
通过宁波新一代天气雷达对0414号台风“云娜”的多普勒雷达探测资料及其所提供的产品进行个例分析, 得出了一些初步的结果:该雷达对“云娜”的中心位置探测与舟山、温州雷达以及中央气象台综合定位基本一致; 通过大陈站、石浦站出现的极大风速与温州、宁波两部多普勒雷达测得的最大径向速度比较, 发现其独特的径向速度产品能较好地显示台风的极大风速情况; 探测到的反射率因子强度与雨强有较好的对应关系, 并就此讨论了Z-I关系。文章还对总降水量产品和实况雨量进行比较, 发现反演值只有实况过程雨量的50%左右。
通过宁波新一代天气雷达对0414号台风“云娜”的多普勒雷达探测资料及其所提供的产品进行个例分析, 得出了一些初步的结果:该雷达对“云娜”的中心位置探测与舟山、温州雷达以及中央气象台综合定位基本一致; 通过大陈站、石浦站出现的极大风速与温州、宁波两部多普勒雷达测得的最大径向速度比较, 发现其独特的径向速度产品能较好地显示台风的极大风速情况; 探测到的反射率因子强度与雨强有较好的对应关系, 并就此讨论了Z-I关系。文章还对总降水量产品和实况雨量进行比较, 发现反演值只有实况过程雨量的50%左右。
2005, 16(4): 509-517
摘要:
文章分析了陕西省2003年秋季连阴雨降水的特征和形成秋季连阴雨天气的天气学、热力学特点。结果表明:2003年陕西秋季连阴雨降水的主要特征是降水的落区和时间相对集中, 降水强度大, 日数多且持续时间长, 是1954年以来陕西又一次极端连阴雨事件。在大气环流由夏季型向冬季型转变过程中, 对流层高层西风急流南压至40°N时, 青藏高原东北侧包括陕西在内的西北地区东部, 位于急流南侧的高空辐散区, 该地区对流层低层却保持着高温高湿的热力特征, 对流上升运动活跃, 形成了低层辐合高层辐散的垂直环流机制, 这时对流层中部500 hPa欧亚环流形势相对稳定, 乌拉尔山的长波脊和中亚低槽维持, 偏强、偏北、偏西的副热带高压外围偏南气流为该区域输送了大量的水汽, 从而形成了陕西及西北地区东部持续的连阴雨天气; 当西风带中纬度新疆高压脊建立, 副热带高压东移南退时, 陕西及西北地区东部的连阴雨天气结束。
文章分析了陕西省2003年秋季连阴雨降水的特征和形成秋季连阴雨天气的天气学、热力学特点。结果表明:2003年陕西秋季连阴雨降水的主要特征是降水的落区和时间相对集中, 降水强度大, 日数多且持续时间长, 是1954年以来陕西又一次极端连阴雨事件。在大气环流由夏季型向冬季型转变过程中, 对流层高层西风急流南压至40°N时, 青藏高原东北侧包括陕西在内的西北地区东部, 位于急流南侧的高空辐散区, 该地区对流层低层却保持着高温高湿的热力特征, 对流上升运动活跃, 形成了低层辐合高层辐散的垂直环流机制, 这时对流层中部500 hPa欧亚环流形势相对稳定, 乌拉尔山的长波脊和中亚低槽维持, 偏强、偏北、偏西的副热带高压外围偏南气流为该区域输送了大量的水汽, 从而形成了陕西及西北地区东部持续的连阴雨天气; 当西风带中纬度新疆高压脊建立, 副热带高压东移南退时, 陕西及西北地区东部的连阴雨天气结束。
2005, 16(4): 518-525
摘要:
为了考察探空资料随高度的漂移对高分辨率数值预报模式的影响, 充分发掘探空资料的应用价值, 根据探空资料的探测原理, 设计定位方案, 计算出了各气压层上探空气球所处的实际位置。对位置订正前后的资料分别用3D-VAR系统进行同化, 将同化结果作为WRF模式的初始场进行数值预报并对预报效果进行对比分析。结果表明:探空气球在施放过程中的漂移距离远远超过目前数值模式可取的水平分辨率; 所设计的探空气球定位方案对水平分辨率为10 km ×10 km的数值预报模式基本是可用的; 总的来讲, 位置订正对分析增量场的改变与原分析增量场相比小一个量级。模式预报结果显示, 探空资料的定位使降水预报效果得到了改善。研究表明, 将各气压层上探空资料订正到实际位置对高分辨率数值预报模式的预报效果有一定程度的正面影响, 但仍需要更多的个例来验证。
为了考察探空资料随高度的漂移对高分辨率数值预报模式的影响, 充分发掘探空资料的应用价值, 根据探空资料的探测原理, 设计定位方案, 计算出了各气压层上探空气球所处的实际位置。对位置订正前后的资料分别用3D-VAR系统进行同化, 将同化结果作为WRF模式的初始场进行数值预报并对预报效果进行对比分析。结果表明:探空气球在施放过程中的漂移距离远远超过目前数值模式可取的水平分辨率; 所设计的探空气球定位方案对水平分辨率为10 km ×10 km的数值预报模式基本是可用的; 总的来讲, 位置订正对分析增量场的改变与原分析增量场相比小一个量级。模式预报结果显示, 探空资料的定位使降水预报效果得到了改善。研究表明, 将各气压层上探空资料订正到实际位置对高分辨率数值预报模式的预报效果有一定程度的正面影响, 但仍需要更多的个例来验证。
2005, 16(4): 527-538
摘要:
利用统计分析和CCM3数值模式研究了印度洋、南海和东南沿海同期海温异常对江淮梅雨的影响。统计分析结果表明:印度洋、南海和东南沿海的正 (负) 海温异常对应于江淮流域的多 (少) 雨。对OLR资料分析表明:当印度洋OLR为正 (负) 距平时, 江淮流域OLR也为正 (负) 距平, 但南海和东南沿海OLR多为负 (正) 距平。数值模拟结果表明:当印度洋为正海温异常时, 中高纬地区的阻高偏强, 江淮流域为多雨区; 印度洋为负海温异常时, 东亚沿海出现江淮流域旱年的环流形势, 与统计事实相符合。
利用统计分析和CCM3数值模式研究了印度洋、南海和东南沿海同期海温异常对江淮梅雨的影响。统计分析结果表明:印度洋、南海和东南沿海的正 (负) 海温异常对应于江淮流域的多 (少) 雨。对OLR资料分析表明:当印度洋OLR为正 (负) 距平时, 江淮流域OLR也为正 (负) 距平, 但南海和东南沿海OLR多为负 (正) 距平。数值模拟结果表明:当印度洋为正海温异常时, 中高纬地区的阻高偏强, 江淮流域为多雨区; 印度洋为负海温异常时, 东亚沿海出现江淮流域旱年的环流形势, 与统计事实相符合。
2005, 16(4): 539-546
摘要:
GRAPES (Global and Regional Assimilation and PrEdiction System) 是中国气象科学研究院数值预报研究中心自主开发的新一代静力/非静力多尺度通用数值预报模式。该模式采用标准化、模块化软件体系结构, 并严格按照软件工程要求完成系统开发, 包括程序的并行计算。初步试算结果表明:GRAPES模式软件框架的设计和实现符合模式发展的要求, 为中国数值天气预报系统的可持续发展奠定了良好的基础。
GRAPES (Global and Regional Assimilation and PrEdiction System) 是中国气象科学研究院数值预报研究中心自主开发的新一代静力/非静力多尺度通用数值预报模式。该模式采用标准化、模块化软件体系结构, 并严格按照软件工程要求完成系统开发, 包括程序的并行计算。初步试算结果表明:GRAPES模式软件框架的设计和实现符合模式发展的要求, 为中国数值天气预报系统的可持续发展奠定了良好的基础。
2005, 16(4): 547-553
摘要:
微软.NET平台上采用C#语言编程, 从低层开发成功面向气象应用的专题型地理信息系统———气象地理信息系统 (MeteoGIS)。该系统以满足气象防灾减灾工作对GIS功能的迫切需求为目标, 实现了一个拥有自主版权的独立GIS内核, 不依赖于任何商业GIS系统及其二次开发接口。介绍了该系统开发的背景、目的、意义与若干关键技术, 简述了该系统的结构、功能与推广应用前景。
微软.NET平台上采用C#语言编程, 从低层开发成功面向气象应用的专题型地理信息系统———气象地理信息系统 (MeteoGIS)。该系统以满足气象防灾减灾工作对GIS功能的迫切需求为目标, 实现了一个拥有自主版权的独立GIS内核, 不依赖于任何商业GIS系统及其二次开发接口。介绍了该系统开发的背景、目的、意义与若干关键技术, 简述了该系统的结构、功能与推广应用前景。
2005, 16(4): 554-416
摘要:
对自20世纪80年代以来的大气热力学发展进行了综合评述, 阐述了如城市热岛效应、全球增暖等非传统大气热力学问题; 基于大气非平衡态热力学的非线性理论, 提出应发展突显热力学作用的数值模式, 并阐述其必要性和可能性。
对自20世纪80年代以来的大气热力学发展进行了综合评述, 阐述了如城市热岛效应、全球增暖等非传统大气热力学问题; 基于大气非平衡态热力学的非线性理论, 提出应发展突显热力学作用的数值模式, 并阐述其必要性和可能性。
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