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中国气象局2011年 第22卷 第4期
2011, 22(4): 385-397
摘要
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摘要:
利用自动气象站观测资料、MTSAT卫星红外亮温资料、NCEP/NCAR再分析资料、AIRS卫星大气温湿资料、MODIS卫星气溶胶光学厚度资料和ECMWF模式预报的地面风、压、温、湿资料，对2010年8月7—8日甘肃省甘南州舟曲县引发特大泥石流灾害的强降雨天气过程的成因进行了天气动力学诊断分析，结果表明：由于地表强烈增温与高空槽后冷空气平流作用，8月7日午后舟曲及其上游 (西北方向) 地区大气不稳定性极强，区域平均对流有效位能 (CAPE) 值为4393 J·kg-1、对流零浮力层 (LNB) 高度达16.54 km；南北气流交汇与局地复杂小地形使得近地面形成多个中小尺度辐合线和辐合中心，于8月7日14：00(北京时) 左右触发了对流的产生；强盛的西北太平洋副热带高压与台风电母之间的偏南气流在23°~30°N纬度带转向西输送水汽直达青藏高原东缘，在高原地形作用下转为向北传输到达舟曲附近区域，为该区域对流发展提供水汽条件；对流云团形成后，在高空西北气流的引导下向东南方向移动，于8月7日夜间到达舟曲地区造成该地区强降雨，引发特大泥石流灾害。
利用自动气象站观测资料、MTSAT卫星红外亮温资料、NCEP/NCAR再分析资料、AIRS卫星大气温湿资料、MODIS卫星气溶胶光学厚度资料和ECMWF模式预报的地面风、压、温、湿资料，对2010年8月7—8日甘肃省甘南州舟曲县引发特大泥石流灾害的强降雨天气过程的成因进行了天气动力学诊断分析，结果表明：由于地表强烈增温与高空槽后冷空气平流作用，8月7日午后舟曲及其上游 (西北方向) 地区大气不稳定性极强，区域平均对流有效位能 (CAPE) 值为4393 J·kg-1、对流零浮力层 (LNB) 高度达16.54 km；南北气流交汇与局地复杂小地形使得近地面形成多个中小尺度辐合线和辐合中心，于8月7日14：00(北京时) 左右触发了对流的产生；强盛的西北太平洋副热带高压与台风电母之间的偏南气流在23°~30°N纬度带转向西输送水汽直达青藏高原东缘，在高原地形作用下转为向北传输到达舟曲附近区域，为该区域对流发展提供水汽条件；对流云团形成后，在高空西北气流的引导下向东南方向移动，于8月7日夜间到达舟曲地区造成该地区强降雨，引发特大泥石流灾害。
2011, 22(4): 398-410
摘要:
利用多种新观测资料，对2009年11月1日北京出现的60年来降雪量最大的初雪过程的发生、发展特征进行分析，并探讨了暴雪形成机制。结果表明：此次初冬暴雪过程是在500 hPa东亚大槽斜压发展、低层锋区较强的背景下，由华北锢囚锋强迫所致。该锢囚锋是贝加尔湖南下冷空气在华北燕山和太行山地形影响下变为低层东西两股冷空气相向挤压的产物；伴随锢囚锋的形成，在北京西南37°~40°N之间形成狭窄水汽输送通道，为锢囚锋降水提供必需的水汽条件。锢囚锋区结构浅薄，主要存在于850 hPa层以下，为垂直东倾的冷式锢囚；东倾结构决定了降水落区，北京恰处于地面锢囚锋东侧的锢囚锋区中；而锢囚锋浅薄的垂直结构则决定了其强迫抬升运动并不深厚，故暴雪是降雪时间长、累积量大的结果。另外，北京雨转雪的发生是因降雪前近地面层气温下降较快接近冰点的缘故，降温主要源于雪前降雨在近地面层蒸发冷却的贡献；低层东路冷空气的平流作用则是降雪期间近地面气温维持较低的主因。
利用多种新观测资料，对2009年11月1日北京出现的60年来降雪量最大的初雪过程的发生、发展特征进行分析，并探讨了暴雪形成机制。结果表明：此次初冬暴雪过程是在500 hPa东亚大槽斜压发展、低层锋区较强的背景下，由华北锢囚锋强迫所致。该锢囚锋是贝加尔湖南下冷空气在华北燕山和太行山地形影响下变为低层东西两股冷空气相向挤压的产物；伴随锢囚锋的形成，在北京西南37°~40°N之间形成狭窄水汽输送通道，为锢囚锋降水提供必需的水汽条件。锢囚锋区结构浅薄，主要存在于850 hPa层以下，为垂直东倾的冷式锢囚；东倾结构决定了降水落区，北京恰处于地面锢囚锋东侧的锢囚锋区中；而锢囚锋浅薄的垂直结构则决定了其强迫抬升运动并不深厚，故暴雪是降雪时间长、累积量大的结果。另外，北京雨转雪的发生是因降雪前近地面层气温下降较快接近冰点的缘故，降温主要源于雪前降雨在近地面层蒸发冷却的贡献；低层东路冷空气的平流作用则是降雪期间近地面气温维持较低的主因。
2011, 22(4): 411-420
摘要:
利用1948—2009年NCEP/NCAR逐日高度场和风场再分析资料探讨了平流层各主要层次上环流转型的年际、年代际时空演变特征。结果表明：北半球平流层冬季环流转为夏季环流的过程是高层环流转型早，低层环流转型晚，但在各层次上环流转型早晚存在着区域性差异。自新地岛到西伯利亚北部地区的环流转型最早，且该区域与北半球环流平均转型时间的年际以及年代际特征最相近。北半球平流层环流转型的气候平均时间早于东亚热带季风爆发时间，从而可能成为季风预测的前兆信号。分析还得到平流层各主要层次环流转型时间具有明显的年代际特征，环流转型时间呈现由偏晚到偏早、又从偏早到偏晚的变化特征，只是年代际转折年份在不同区域、不同层次存在差异。此外，平流层环流转型时间普遍存在准2年、准3~6年、准9~12年以及准21~24年的周期，可能与气候系统其他成员有密切联系。
利用1948—2009年NCEP/NCAR逐日高度场和风场再分析资料探讨了平流层各主要层次上环流转型的年际、年代际时空演变特征。结果表明：北半球平流层冬季环流转为夏季环流的过程是高层环流转型早，低层环流转型晚，但在各层次上环流转型早晚存在着区域性差异。自新地岛到西伯利亚北部地区的环流转型最早，且该区域与北半球环流平均转型时间的年际以及年代际特征最相近。北半球平流层环流转型的气候平均时间早于东亚热带季风爆发时间，从而可能成为季风预测的前兆信号。分析还得到平流层各主要层次环流转型时间具有明显的年代际特征，环流转型时间呈现由偏晚到偏早、又从偏早到偏晚的变化特征，只是年代际转折年份在不同区域、不同层次存在差异。此外，平流层环流转型时间普遍存在准2年、准3~6年、准9~12年以及准21~24年的周期，可能与气候系统其他成员有密切联系。
2011, 22(4): 421-428
摘要:
利用淮河流域158个站点1980—2007年夏季降水量资料，选取淮河上游、淮河中上游、淮河中下游、洪泽湖以下和沂沭河5个子流域，采用Γ分布函数分析了淮河流域首雨日 (前1日无雨) 和连续雨日 (前1日有雨) 的夏季多年降水的概率分布特点。通过对代表站息县、阜阳、商丘、淮安、连云港Γ分布概率密度与样本频率的对比分析和K-S检验表明：Γ分布函数能较好拟合分条件的淮河流域夏季雨日的概率分布，用该分布函数递推得到的1 d, 10 d, 20 d内最大日降水量概率分布比较规则合理。淮河流域5个子流域中淮河上游、淮河中下游、沂沭河流域在10 d，20 d内最大日降水量不低于10 mm，25 mm，50 mm的可能性更大。
利用淮河流域158个站点1980—2007年夏季降水量资料，选取淮河上游、淮河中上游、淮河中下游、洪泽湖以下和沂沭河5个子流域，采用Γ分布函数分析了淮河流域首雨日 (前1日无雨) 和连续雨日 (前1日有雨) 的夏季多年降水的概率分布特点。通过对代表站息县、阜阳、商丘、淮安、连云港Γ分布概率密度与样本频率的对比分析和K-S检验表明：Γ分布函数能较好拟合分条件的淮河流域夏季雨日的概率分布，用该分布函数递推得到的1 d, 10 d, 20 d内最大日降水量概率分布比较规则合理。淮河流域5个子流域中淮河上游、淮河中下游、沂沭河流域在10 d，20 d内最大日降水量不低于10 mm，25 mm，50 mm的可能性更大。
2011, 22(4): 429-436
摘要:
针对极端温度MOS (Model Output Statistics) 预报中的季节划分问题，通过聚类分析方法以华北地区为例进行试验，在此基础上提出一种新的MOS温度预报方程季节分类方式：2月11日—3月20日和11月5日—12月4日定义为早春晚秋类，5月1日—9月30日定义为夏季类，3月21日—4月30日和10月1日—11月4日定义为晚春早秋类，12月5日—2月10日定义为冬季类。由于上述季节分类与传统的季节划分在3—5月和9—11月时间段存在较大差异，因此利用2009年进行试报，就两种时间分类进行对比分析。检验结果表明：利用新分类方法制作的极端温度MOS预报的整体效果好于传统的季节划分得到MOS极端温度预报效果，说明新的分类方式更适合于极端温度MOS预报。
针对极端温度MOS (Model Output Statistics) 预报中的季节划分问题，通过聚类分析方法以华北地区为例进行试验，在此基础上提出一种新的MOS温度预报方程季节分类方式：2月11日—3月20日和11月5日—12月4日定义为早春晚秋类，5月1日—9月30日定义为夏季类，3月21日—4月30日和10月1日—11月4日定义为晚春早秋类，12月5日—2月10日定义为冬季类。由于上述季节分类与传统的季节划分在3—5月和9—11月时间段存在较大差异，因此利用2009年进行试报，就两种时间分类进行对比分析。检验结果表明：利用新分类方法制作的极端温度MOS预报的整体效果好于传统的季节划分得到MOS极端温度预报效果，说明新的分类方式更适合于极端温度MOS预报。
2011, 22(4): 437-444
摘要:
利用1982—2000年的NOAA/AVHRR逐旬数据，采用最大变化斜率法、曲线拟合法等方法分析黄淮海地区植被生长季开始及结束时间，选取典型样带，制作基于逐像元的INDV(归一化植被指数) 变化图，研究1982—2000年植被生长季的变化规律及其对气候变化的响应。结果表明：黄淮海地区生长季开始的平均时间为3月下旬，结束时间为11月上旬。20年来研究区植被四季平均INDV呈上升趋势，春季增长尤为显著，且随着年代的推移，植被生长季有延长的趋势，生长季提前是黄淮海地区植被活动对气候变化响应的主要方式。
利用1982—2000年的NOAA/AVHRR逐旬数据，采用最大变化斜率法、曲线拟合法等方法分析黄淮海地区植被生长季开始及结束时间，选取典型样带，制作基于逐像元的INDV(归一化植被指数) 变化图，研究1982—2000年植被生长季的变化规律及其对气候变化的响应。结果表明：黄淮海地区生长季开始的平均时间为3月下旬，结束时间为11月上旬。20年来研究区植被四季平均INDV呈上升趋势，春季增长尤为显著，且随着年代的推移，植被生长季有延长的趋势，生长季提前是黄淮海地区植被活动对气候变化响应的主要方式。
2011, 22(4): 445-452
摘要:
基于引入随机变量的机理性模型方法，利用华北地区2000—2008年气象台站观测数据，以大气降水为随机变量，并考虑其延迟效应，利用回归方法建立了预测时效为1旬的土壤相对湿度预测模型。利用预测率和干旱等级预报精度两个评价指标，结合2009年土壤湿度实际观测数据，验证了预测模型预报率均在90%以上，绝大部分站点的干旱等级预报精度均在70%以上，得出该预测模型在华北地区应用的合理性，从而建立了一套客观、动态的土壤湿度预测方法，有利于及时掌握农田旱情程度和分布，主动采取防旱、抗旱应对措施。
基于引入随机变量的机理性模型方法，利用华北地区2000—2008年气象台站观测数据，以大气降水为随机变量，并考虑其延迟效应，利用回归方法建立了预测时效为1旬的土壤相对湿度预测模型。利用预测率和干旱等级预报精度两个评价指标，结合2009年土壤湿度实际观测数据，验证了预测模型预报率均在90%以上，绝大部分站点的干旱等级预报精度均在70%以上，得出该预测模型在华北地区应用的合理性，从而建立了一套客观、动态的土壤湿度预测方法，有利于及时掌握农田旱情程度和分布，主动采取防旱、抗旱应对措施。
2011, 22(4): 453-462
摘要:
通过2010年7月12日—8月1日第8届世界气象组织阳江国际探空比对，采取同球比对施放方式，选择芬兰Vaisala探空仪作为比对标准，对中国参加国际比对的长峰探空仪与华云探空仪，使用共29次同球比对数据，从典型个例分析与统计分析两方面开展系统性评估。初步评估结果表明：对于温度探测，中国长峰探空仪整体系统偏差在0.4℃之内，标准偏差在0.7℃之内，中国华云探空仪在30 km高度以下性能与长峰探空仪相当，但是30 km高度以上偏差明显增大；对于气压与风的探测，两者系统偏差与标准偏差均较小，表明GPS定位以及气压与风的算法准确；对于湿度探测，与芬兰Vaisala探空仪相比，还存在一定差距，特别是低温性能需要提高。
通过2010年7月12日—8月1日第8届世界气象组织阳江国际探空比对，采取同球比对施放方式，选择芬兰Vaisala探空仪作为比对标准，对中国参加国际比对的长峰探空仪与华云探空仪，使用共29次同球比对数据，从典型个例分析与统计分析两方面开展系统性评估。初步评估结果表明：对于温度探测，中国长峰探空仪整体系统偏差在0.4℃之内，标准偏差在0.7℃之内，中国华云探空仪在30 km高度以下性能与长峰探空仪相当，但是30 km高度以上偏差明显增大；对于气压与风的探测，两者系统偏差与标准偏差均较小，表明GPS定位以及气压与风的算法准确；对于湿度探测，与芬兰Vaisala探空仪相比，还存在一定差距，特别是低温性能需要提高。
2011, 22(4): 463-471
摘要:
利用2008年10月采自贺兰山北部的油松树轮样本建立了贺兰山北部区域树轮密度年表。相关分析表明：贺兰山北部的树轮早材平均密度与银川气象站5—7月平均最高温度具有较好的正相关关系，相关系数为0.67。用贺兰山北部的区域早材平均密度差值年表重建贺兰山北部1801—2008年的5—7月平均最高温度，58年 (1951—2008年) 重建值对实测值的解释方差为44.9%；2008年的贺兰山北部温度重建序列平均值为27.40℃。在最近20年，贺兰山树轮早材平均密度出现了明显的上升趋势，通过比对贺兰山北部重建序列的低温年份和全球火山爆发数据，发现在大规模火山爆发后的28个偏冷年温度平均值为26.90℃，较重建序列平均值下降0.50℃。多窗谱分析表明：贺兰山北部温度重建序列具有120年、8.1年、6.5年、3.2年、2.9年、2.1年的准周期变化。贺兰山北部早材平均密度与甘肃石门山、昌灵山油松的早材平均密度有良好的相关性。
利用2008年10月采自贺兰山北部的油松树轮样本建立了贺兰山北部区域树轮密度年表。相关分析表明：贺兰山北部的树轮早材平均密度与银川气象站5—7月平均最高温度具有较好的正相关关系，相关系数为0.67。用贺兰山北部的区域早材平均密度差值年表重建贺兰山北部1801—2008年的5—7月平均最高温度，58年 (1951—2008年) 重建值对实测值的解释方差为44.9%；2008年的贺兰山北部温度重建序列平均值为27.40℃。在最近20年，贺兰山树轮早材平均密度出现了明显的上升趋势，通过比对贺兰山北部重建序列的低温年份和全球火山爆发数据，发现在大规模火山爆发后的28个偏冷年温度平均值为26.90℃，较重建序列平均值下降0.50℃。多窗谱分析表明：贺兰山北部温度重建序列具有120年、8.1年、6.5年、3.2年、2.9年、2.1年的准周期变化。贺兰山北部早材平均密度与甘肃石门山、昌灵山油松的早材平均密度有良好的相关性。
2011, 22(4): 472-481
摘要:
为了评估同化QuikSCAT海面风场资料对海雾模拟的影响，对发生在2006年4月3—5日的海雾过程，首先通过3个敏感性试验，研究了不同边界层参数化方案对海雾模拟的影响，发现YSU边界层参数化方案更适合海雾过程的模拟。然后对2006年4月3—5日平流雾过程和2005年6月23—24日辐射雾过程利用WRF-3DVAR系统将QuikSCAT海面风场资料同化到模式中，并以未同化和同化了QuikSCAT海面风场资料的数据为初始场，应用WRF模式进行模拟预报，同时对模拟预报得到的结果与实况 (卫星云图和地面观测) 进行对比，结果表明：QuikSCAT海面风场资料的三维变分同化能够改善低层其他要素场，对海雾预报有明显的正效应，但对高层的影响相对有限。
为了评估同化QuikSCAT海面风场资料对海雾模拟的影响，对发生在2006年4月3—5日的海雾过程，首先通过3个敏感性试验，研究了不同边界层参数化方案对海雾模拟的影响，发现YSU边界层参数化方案更适合海雾过程的模拟。然后对2006年4月3—5日平流雾过程和2005年6月23—24日辐射雾过程利用WRF-3DVAR系统将QuikSCAT海面风场资料同化到模式中，并以未同化和同化了QuikSCAT海面风场资料的数据为初始场，应用WRF模式进行模拟预报，同时对模拟预报得到的结果与实况 (卫星云图和地面观测) 进行对比，结果表明：QuikSCAT海面风场资料的三维变分同化能够改善低层其他要素场，对海雾预报有明显的正效应，但对高层的影响相对有限。
2011, 22(4): 482-492
摘要:
利用WRF模式2008年5—10月逐日预报结果，通过NMC方法进行背景误差协方差 ( B ) 估计。给出其结构特征，进行单点数值试验，并利用不同 B 进行1个月的数值模拟试验，检验模拟降水效果。结果表明：通过单点数值试验验证估算的 B 结构合理。不同的 B ，资料同化过程差别较大，应用重新统计的 B ，同化效率更高，目标函数收敛更稳定。模式模拟降水预报效果有所差别，经过重新统计与预报模式区域和各种参数相匹配的 B ，模式预报效果在中雨及以上量级优于通用的 B 预报效果。因此，在应用三维变分同化系统时，重新统计 B 非常必要。
利用WRF模式2008年5—10月逐日预报结果，通过NMC方法进行背景误差协方差 ( B ) 估计。给出其结构特征，进行单点数值试验，并利用不同 B 进行1个月的数值模拟试验，检验模拟降水效果。结果表明：通过单点数值试验验证估算的 B 结构合理。不同的 B ，资料同化过程差别较大，应用重新统计的 B ，同化效率更高，目标函数收敛更稳定。模式模拟降水预报效果有所差别，经过重新统计与预报模式区域和各种参数相匹配的 B ，模式预报效果在中雨及以上量级优于通用的 B 预报效果。因此，在应用三维变分同化系统时，重新统计 B 非常必要。
2011, 22(4): 493-497
摘要:
通过对1985—2005年玛曲草地垂穗披碱草 (Elymus nutans) 物候变化及其影响因子分析，发现玛曲草地垂穗披碱草返青期略有推迟的趋势，推迟趋势为1.6 d/10 a，而抽穗、开花、种子成熟、黄枯等物候期均呈提前趋势，特别是抽穗、开花、种子成熟期明显提前，提前趋势分别为4.9 d/10 a，8.0 d/10 a，13.9 d/10 a。影响玛曲草地垂穗披碱草返青期推迟的主要因子是秋季降水量减少，夏季气温升高是导致玛曲草地垂穗披碱草抽穗、开花、种子成熟期提前的主要原因，秋季暖干化趋势是导致黄枯期提前的主要原因。
通过对1985—2005年玛曲草地垂穗披碱草 (Elymus nutans) 物候变化及其影响因子分析，发现玛曲草地垂穗披碱草返青期略有推迟的趋势，推迟趋势为1.6 d/10 a，而抽穗、开花、种子成熟、黄枯等物候期均呈提前趋势，特别是抽穗、开花、种子成熟期明显提前，提前趋势分别为4.9 d/10 a，8.0 d/10 a，13.9 d/10 a。影响玛曲草地垂穗披碱草返青期推迟的主要因子是秋季降水量减少，夏季气温升高是导致玛曲草地垂穗披碱草抽穗、开花、种子成熟期提前的主要原因，秋季暖干化趋势是导致黄枯期提前的主要原因。
2011, 22(4): 498-504
摘要:
该文采用ESRI公司的ArcGIS Server配合ArcSDE，Oracle数据库软件，结合ASP.NET，JavaScript，VML，Ajax技术开发了基于ArcGIS Server和VML技术的气象信息发布系统。该系统将实时气象资料融入实际的地理信息环境，实现动态信息查询、统计及各种统计图表展示，并充分发挥GIS空间分析能力，实现等值面、面雨量、缓冲区和叠加分析，为气象预报工作提供及时、有效、科学的辅助决策支持，为社会提供优质气象服务。
该文采用ESRI公司的ArcGIS Server配合ArcSDE，Oracle数据库软件，结合ASP.NET，JavaScript，VML，Ajax技术开发了基于ArcGIS Server和VML技术的气象信息发布系统。该系统将实时气象资料融入实际的地理信息环境，实现动态信息查询、统计及各种统计图表展示，并充分发挥GIS空间分析能力，实现等值面、面雨量、缓冲区和叠加分析，为气象预报工作提供及时、有效、科学的辅助决策支持，为社会提供优质气象服务。
2011, 22(4): 505-512
摘要:
针对省级气象业务对气象信息管理与共享服务的需求，提出了一套气象信息管理与共享服务系统建设模型。该模型实现了对海量气象信息的有效管理，能够提供气象信息的高效定位、检索，以及要素级的数据服务等功能。系统采用消息型中间件技术，为二次开发提供了便捷的接口，一方面使数据库的安全性和访问效率得到保障，另一方面支持各种不同开发环境和编程语言对数据库的访问，由此实现了开放式的气象信息共享服务。基于该模型开发了省级气象信息共享服务系统，并投入业务应用，对省级业务提供信息支撑作用。
针对省级气象业务对气象信息管理与共享服务的需求，提出了一套气象信息管理与共享服务系统建设模型。该模型实现了对海量气象信息的有效管理，能够提供气象信息的高效定位、检索，以及要素级的数据服务等功能。系统采用消息型中间件技术，为二次开发提供了便捷的接口，一方面使数据库的安全性和访问效率得到保障，另一方面支持各种不同开发环境和编程语言对数据库的访问，由此实现了开放式的气象信息共享服务。基于该模型开发了省级气象信息共享服务系统，并投入业务应用，对省级业务提供信息支撑作用。
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