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中国气象局2013年 第24卷 第4期
2013, 24(4): 385-396
摘要
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摘要:
利用1951—2012年冬季全国160个站月平均气温以及NCEP/NACR再分析资料和海温、北极海冰等资料，分析了我国冬季气温及其关键影响因子的年代际变化特征，重点研究了关键影响因子对我国冬季气温影响关系的年代际变化。研究表明:我国冬季气温在1985年之前处于冷期，之后为暖期; 我国冬季气温异常与影响因子的关系发生了显著的年代际变化，而且影响因子之间的关系也发生了显著的年代际变化。针对这种年代际变化的基本事实，提出针对冷期和暖期中不同影响因子与冬季气温的关系分时段建立冬季气温的多因子回归预测模型，可以反映冬季气温及其影响因子关系的年代际变化特征。正确的预测策略是利用相同年代际背景下预测对象与预测因子的时间序列资料建立预测模型，以确保预测模型中反映的预测对象与预测因子关系的稳定性，进而保持较高的拟合及预测水平。
利用1951—2012年冬季全国160个站月平均气温以及NCEP/NACR再分析资料和海温、北极海冰等资料，分析了我国冬季气温及其关键影响因子的年代际变化特征，重点研究了关键影响因子对我国冬季气温影响关系的年代际变化。研究表明:我国冬季气温在1985年之前处于冷期，之后为暖期; 我国冬季气温异常与影响因子的关系发生了显著的年代际变化，而且影响因子之间的关系也发生了显著的年代际变化。针对这种年代际变化的基本事实，提出针对冷期和暖期中不同影响因子与冬季气温的关系分时段建立冬季气温的多因子回归预测模型，可以反映冬季气温及其影响因子关系的年代际变化特征。正确的预测策略是利用相同年代际背景下预测对象与预测因子的时间序列资料建立预测模型，以确保预测模型中反映的预测对象与预测因子关系的稳定性，进而保持较高的拟合及预测水平。
2013, 24(4): 397-406
摘要:
利用1979—2008年广东省86个测站逐日降水资料及NCEP-DOE第2套分析资料等，提出影响广东500 hPa环流系统的判别方法，分析6月赤道MJO (季节内振荡) 活动对广东降水的调制作用随中低纬度环流型的变化。结果表明：强MJO第3位相广东出现强降水的概率最高，是8个位相中唯一强降水等级出现日数超过弱降水日数的位相。在直接影响广东的5种500 hPa环流系统 (包括西风槽、西风浅槽、平直西风或高压边缘、副热带高压、热带低压槽) 中，西风槽类型影响时，赤道MJO对广东降水的调制作用最强，其他环流类型影响时，MJO的调制作用很弱。广东在西风槽影响下，当处于MJO第3位相 (第6位相) 时，降水距平百分率达到最高 (低)。MJO对广东降水的调制作用随中低纬度环流系统的变化，主要是环流系统之间的不同配合导致降水所需的动力上升条件和水汽输送条件的相互配合发生变化造成的。
利用1979—2008年广东省86个测站逐日降水资料及NCEP-DOE第2套分析资料等，提出影响广东500 hPa环流系统的判别方法，分析6月赤道MJO (季节内振荡) 活动对广东降水的调制作用随中低纬度环流型的变化。结果表明：强MJO第3位相广东出现强降水的概率最高，是8个位相中唯一强降水等级出现日数超过弱降水日数的位相。在直接影响广东的5种500 hPa环流系统 (包括西风槽、西风浅槽、平直西风或高压边缘、副热带高压、热带低压槽) 中，西风槽类型影响时，赤道MJO对广东降水的调制作用最强，其他环流类型影响时，MJO的调制作用很弱。广东在西风槽影响下，当处于MJO第3位相 (第6位相) 时，降水距平百分率达到最高 (低)。MJO对广东降水的调制作用随中低纬度环流系统的变化，主要是环流系统之间的不同配合导致降水所需的动力上升条件和水汽输送条件的相互配合发生变化造成的。
2013, 24(4): 407-415
摘要:
基于湍流散射理论，运用边界层风廓线雷达 (WPR) 联合RASS (Radio Acoustic Sounding System), GPS/PWV (Global Position System/Precipitable Water Vapor) 进行全遥感系统的大气比湿廓线反演试验，并对影响因子进行分析。利用2011年8—9月云南大理综合探测试验数据的反演结果与探空数据进行比较分析，结果表明：WPR联合探空的温度廓线和起始边界比湿 (q0) 反演大气比湿廓线，与探空大气比湿廓线相比具有相同的变化趋势，标准差为0.84 g·kg-1，误差随高度增加呈递增趋势；WPR联合RASS, GPS/PWV数据反演大气比湿廓线，与探空大气比湿廓线的标准差为0.85 g·kg-1。参加反演的数据中，折射指数结构常数Cn2与谱宽σturb2对反演影响最大，反演算法中大气折射指数梯度M符号的判断对反演精度也有较大影响。
基于湍流散射理论，运用边界层风廓线雷达 (WPR) 联合RASS (Radio Acoustic Sounding System), GPS/PWV (Global Position System/Precipitable Water Vapor) 进行全遥感系统的大气比湿廓线反演试验，并对影响因子进行分析。利用2011年8—9月云南大理综合探测试验数据的反演结果与探空数据进行比较分析，结果表明：WPR联合探空的温度廓线和起始边界比湿 (q0) 反演大气比湿廓线，与探空大气比湿廓线相比具有相同的变化趋势，标准差为0.84 g·kg-1，误差随高度增加呈递增趋势；WPR联合RASS, GPS/PWV数据反演大气比湿廓线，与探空大气比湿廓线的标准差为0.85 g·kg-1。参加反演的数据中，折射指数结构常数Cn2与谱宽σturb2对反演影响最大，反演算法中大气折射指数梯度M符号的判断对反演精度也有较大影响。
2013, 24(4): 416-424
摘要:
利用淮河流域加密站点2008年6月1日—8月31日逐日降水资料、对应的T213模式的24 h, 48 h以及72 h集合预报，采用贝叶斯模型平均 (Bayesian Model Averaging，BMA) 方法对集合预报15个成员的降水预报进行了概率集成与偏差订正，采用排序概率评分 (CRPS)、平均绝对误差 (MAE) 对BMA的订正结果进行检验，并将订正后的降水预报输入VIC (Variable Infiltration Capacity) 水文模型中进行水文概率预报。结果表明：经BMA订正后的24 h, 48 h, 72 h降水预报精度较订正前有所提高；BMA模型给出的有效区间 (第25百分位数至第75百分位数) 预报将实况降水量包含在内的可能性比订正前更大；由水文概率预报检验指标分析可知，经BMA订正的降水集合预报，由VIC水文模型模拟得到的径流量变化趋势与实况较吻合。
利用淮河流域加密站点2008年6月1日—8月31日逐日降水资料、对应的T213模式的24 h, 48 h以及72 h集合预报，采用贝叶斯模型平均 (Bayesian Model Averaging，BMA) 方法对集合预报15个成员的降水预报进行了概率集成与偏差订正，采用排序概率评分 (CRPS)、平均绝对误差 (MAE) 对BMA的订正结果进行检验，并将订正后的降水预报输入VIC (Variable Infiltration Capacity) 水文模型中进行水文概率预报。结果表明：经BMA订正后的24 h, 48 h, 72 h降水预报精度较订正前有所提高；BMA模型给出的有效区间 (第25百分位数至第75百分位数) 预报将实况降水量包含在内的可能性比订正前更大；由水文概率预报检验指标分析可知，经BMA订正的降水集合预报，由VIC水文模型模拟得到的径流量变化趋势与实况较吻合。
2013, 24(4): 425-434
摘要:
基于WRF四维变分伴随模式建立数值预报敏感初始误差计算流程并对台风北冕 (0809) 进行了分析。结果表明：基于线性化近似的伴随敏感分析方法对台风系统在24 h内适用。构造敏感初始误差的参考系数存在一个合理的取值范围，参考系数取为0.08效果最好。在初始场中去除敏感初始误差能够有效减少预报误差，改善台风路径预报效果，依据24 h预报误差计算出的敏感初始误差订正对24 h后台风数值预报效果也有明显影响。另外，敏感初始误差分布在台风中心附近，伴随台风系统环流且各物理量分布形态相似。对流层下层和中上层的敏感初始误差均对数值预报效果有所影响，对流层中上层的作用略大于对流层下层。敏感初始误差中各物理量对数值预报改善的贡献各不相同，相对而言，风场的贡献最大。
基于WRF四维变分伴随模式建立数值预报敏感初始误差计算流程并对台风北冕 (0809) 进行了分析。结果表明：基于线性化近似的伴随敏感分析方法对台风系统在24 h内适用。构造敏感初始误差的参考系数存在一个合理的取值范围，参考系数取为0.08效果最好。在初始场中去除敏感初始误差能够有效减少预报误差，改善台风路径预报效果，依据24 h预报误差计算出的敏感初始误差订正对24 h后台风数值预报效果也有明显影响。另外，敏感初始误差分布在台风中心附近，伴随台风系统环流且各物理量分布形态相似。对流层下层和中上层的敏感初始误差均对数值预报效果有所影响，对流层中上层的作用略大于对流层下层。敏感初始误差中各物理量对数值预报改善的贡献各不相同，相对而言，风场的贡献最大。
2013, 24(4): 435-445
摘要:
由陆面信息系统 (Land Information System, 简称LIS) 通过NOAH陆面过程模型使用集合卡尔曼滤波开展AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth Observing System) 土壤湿度同化试验，得到2003年中国区域垂直深度为4层、水平空间分辨率为0.25°×0.25°的土壤湿度试验数据。使用农业气象观测站土壤相对湿度和国家生态系统野外科学观测研究站土壤体积含水量对试验结果进行检验，结果表明：同化过程整体上提高了陆面模型的模拟精度，草地生态系统模拟精度高于作物和森林生态系统；有效的同化过程依赖于AMSR-E土壤湿度的准确性；模拟出的土壤湿度空间分布特征与实际相符。同化试验得到的时空相对连续且精度相对准确的土壤湿度数据是气候变化和干旱监测的重要数据基础。
由陆面信息系统 (Land Information System, 简称LIS) 通过NOAH陆面过程模型使用集合卡尔曼滤波开展AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth Observing System) 土壤湿度同化试验，得到2003年中国区域垂直深度为4层、水平空间分辨率为0.25°×0.25°的土壤湿度试验数据。使用农业气象观测站土壤相对湿度和国家生态系统野外科学观测研究站土壤体积含水量对试验结果进行检验，结果表明：同化过程整体上提高了陆面模型的模拟精度，草地生态系统模拟精度高于作物和森林生态系统；有效的同化过程依赖于AMSR-E土壤湿度的准确性；模拟出的土壤湿度空间分布特征与实际相符。同化试验得到的时空相对连续且精度相对准确的土壤湿度数据是气候变化和干旱监测的重要数据基础。
2013, 24(4): 446-454
摘要:
利用2008—2010年在广州从化人工触发闪电试验中观测到的闪电通道底部电流、近距离电场以及近距离磁场数据资料，对人工触发闪电M过程的电流和电磁场特征及相关性进行了分析。统计分析结果显示:M分量电场波形持续时间和10%~90%上升时间几何平均值分别为0.49 ms和0.12 ms；电流波形持续时间、10%~90%上升时间和电流变化的几何平均值分别为0.53 ms, 0.11 ms和0.34 kA；磁场波形持续时间、10%~90%上升时间和磁场变化的几何平均值分别为0.65 ms, 0.16 ms和2.76×10-5T。此外，M分量的电流、电场及磁场波形间存在一定的相互关系。相关分析结果表明:M分量的电磁场与电流资料在峰值幅度上具有较显著相关性，几何形状也较为一致，利用电磁场资料反演M分量的电流波形具有可行性。
利用2008—2010年在广州从化人工触发闪电试验中观测到的闪电通道底部电流、近距离电场以及近距离磁场数据资料，对人工触发闪电M过程的电流和电磁场特征及相关性进行了分析。统计分析结果显示:M分量电场波形持续时间和10%~90%上升时间几何平均值分别为0.49 ms和0.12 ms；电流波形持续时间、10%~90%上升时间和电流变化的几何平均值分别为0.53 ms, 0.11 ms和0.34 kA；磁场波形持续时间、10%~90%上升时间和磁场变化的几何平均值分别为0.65 ms, 0.16 ms和2.76×10-5T。此外，M分量的电流、电场及磁场波形间存在一定的相互关系。相关分析结果表明:M分量的电磁场与电流资料在峰值幅度上具有较显著相关性，几何形状也较为一致，利用电磁场资料反演M分量的电流波形具有可行性。
2013, 24(4): 455-463
摘要:
电力负荷预测是电力调度的重要参考依据，气象条件对电力负荷有重要影响。利用上海市2004—2008年15 min 1次的电力负荷资料和宝山气象站 (区站号58362) 同一时段3 h 1次的气象观测资料，对上海市电力负荷特征进行分析，发现不同温度区间和不同天气类型电力负荷的日变化特征有明显差别。采用逐步回归方法得到各温度区间日平均气象负荷率的预报方程，通过系数订正，得出不同天气类型的逐时负荷预报。2009年试报结果显示：采用预报日前3 d的趋势负荷平均值作为预报当日的趋势负荷值，得到的日平均负荷预测值的误差最小，约为3.6%；非工作日日平均负荷的平均预报相对误差比工作日大；日平均气温超过18 ℃时，工作日日平均负荷的预报误差较小；低于18 ℃时，预报误差明显增大；逐时负荷平均预报误差约为4%。
电力负荷预测是电力调度的重要参考依据，气象条件对电力负荷有重要影响。利用上海市2004—2008年15 min 1次的电力负荷资料和宝山气象站 (区站号58362) 同一时段3 h 1次的气象观测资料，对上海市电力负荷特征进行分析，发现不同温度区间和不同天气类型电力负荷的日变化特征有明显差别。采用逐步回归方法得到各温度区间日平均气象负荷率的预报方程，通过系数订正，得出不同天气类型的逐时负荷预报。2009年试报结果显示：采用预报日前3 d的趋势负荷平均值作为预报当日的趋势负荷值，得到的日平均负荷预测值的误差最小，约为3.6%；非工作日日平均负荷的平均预报相对误差比工作日大；日平均气温超过18 ℃时，工作日日平均负荷的预报误差较小；低于18 ℃时，预报误差明显增大；逐时负荷平均预报误差约为4%。
2013, 24(4): 464-471
摘要:
高空气象观测是综合气象观测系统的重要组成部分，对天气预报、气候变化等业务科研具有重要的作用。基于北斗卫星导航系统研发了北斗探空仪及地面接收系统，目前试验样机生产已初步完成。北斗探空仪可采取单北斗、单GPS、北斗与GPS混合定位测风等3种测风模式，试验结果表明：北斗探空仪采用混合定位测速方式测风与GPS标准探空仪相比, 北向速度标准差为0.05 m·s-1，平均偏差为-0.05 m·s-1; 东向速度标准偏差为0.03 m·s-1, 平均偏差为-0.01 m·s-1; 高度标准偏差为6.88 m，平均偏差为7.48 m。北斗探空仪测风性能与GPS探空仪相当。
高空气象观测是综合气象观测系统的重要组成部分，对天气预报、气候变化等业务科研具有重要的作用。基于北斗卫星导航系统研发了北斗探空仪及地面接收系统，目前试验样机生产已初步完成。北斗探空仪可采取单北斗、单GPS、北斗与GPS混合定位测风等3种测风模式，试验结果表明：北斗探空仪采用混合定位测速方式测风与GPS标准探空仪相比, 北向速度标准差为0.05 m·s-1，平均偏差为-0.05 m·s-1; 东向速度标准偏差为0.03 m·s-1, 平均偏差为-0.01 m·s-1; 高度标准偏差为6.88 m，平均偏差为7.48 m。北斗探空仪测风性能与GPS探空仪相当。
2013, 24(4): 472-483
摘要:
利用1979—2006年云南及周边地区148个测站月降水资料 (简称为STN) 与APHRO (日本APHRODITE高分辨率逐日亚洲陆地降水数据集)、GPCC (全球降水气候中心的月降水合成数据)、CRU (英国East Anglia大学提供的月降水要素数据集)、CMAP (雨量资料与卫星估计及NCEP/NCAR再分析降水场合并分析月数据)、GPCP (全球降水气候中心研制的全球陆地雨量计观测分析月数据) 5套格点降水资料，分析了云南及周边地区气候特征。结果表明：5套格点降水资料空间分布与STN基本一致。EOF第1模态空间场分布也表明：这5套格点降水资料与STN空间分布特征较为一致，但5套格点降水资料在滇南、滇西北、滇川黔交界的3个区域的分布与STN有较大不同，各套资料的EOF第1模态时间序列、与STN的相关系数及均方根误差均随时间不同呈较为一致的波动性；在降水空间分布、相关系数及均方根误差3个方面，APHRO适用性最好，GPCC次之，CMAP与GPCP无明显差别，CRU最差，其中APHRO，GPCC在对降水估计偏低，CRU对降水估计总体略高，CMAP略低，GPCP对降水估计则明显偏高。
利用1979—2006年云南及周边地区148个测站月降水资料 (简称为STN) 与APHRO (日本APHRODITE高分辨率逐日亚洲陆地降水数据集)、GPCC (全球降水气候中心的月降水合成数据)、CRU (英国East Anglia大学提供的月降水要素数据集)、CMAP (雨量资料与卫星估计及NCEP/NCAR再分析降水场合并分析月数据)、GPCP (全球降水气候中心研制的全球陆地雨量计观测分析月数据) 5套格点降水资料，分析了云南及周边地区气候特征。结果表明：5套格点降水资料空间分布与STN基本一致。EOF第1模态空间场分布也表明：这5套格点降水资料与STN空间分布特征较为一致，但5套格点降水资料在滇南、滇西北、滇川黔交界的3个区域的分布与STN有较大不同，各套资料的EOF第1模态时间序列、与STN的相关系数及均方根误差均随时间不同呈较为一致的波动性；在降水空间分布、相关系数及均方根误差3个方面，APHRO适用性最好，GPCC次之，CMAP与GPCP无明显差别，CRU最差，其中APHRO，GPCC在对降水估计偏低，CRU对降水估计总体略高，CMAP略低，GPCP对降水估计则明显偏高。
2013, 24(4): 484-494
摘要:
利用2001—2010年覆盖安徽省的MODIS数据，选取在气候、地理、城市化等方面具有代表性的合肥、芜湖、阜阳作为研究对象，并结合GIS技术，分析地表温度的日变化及季节变化特征，得到安徽省代表城市热岛效应的时空分布。结果表明：安徽省省会合肥的热岛效应最为显著，安徽省南部代表城市芜湖的热岛效应强于北部代表城市阜阳, 同时具有显著的日变化和季节变化特征。近10年来，安徽代表城市热岛面积和热岛强度均呈增加趋势，但合肥热岛强度大于3 ℃的极端热岛效应有一定缓解。白天大片水体对缓解城市的热岛效应作用明显，而夜晚则不明显，甚至成为地表温度的高值中心。夏季地表温度与归一化植被指数的负相关最显著，即提高城市植被覆盖度对降低地表温度和缓解城市热岛效应有重要影响。
利用2001—2010年覆盖安徽省的MODIS数据，选取在气候、地理、城市化等方面具有代表性的合肥、芜湖、阜阳作为研究对象，并结合GIS技术，分析地表温度的日变化及季节变化特征，得到安徽省代表城市热岛效应的时空分布。结果表明：安徽省省会合肥的热岛效应最为显著，安徽省南部代表城市芜湖的热岛效应强于北部代表城市阜阳, 同时具有显著的日变化和季节变化特征。近10年来，安徽代表城市热岛面积和热岛强度均呈增加趋势，但合肥热岛强度大于3 ℃的极端热岛效应有一定缓解。白天大片水体对缓解城市的热岛效应作用明显，而夜晚则不明显，甚至成为地表温度的高值中心。夏季地表温度与归一化植被指数的负相关最显著，即提高城市植被覆盖度对降低地表温度和缓解城市热岛效应有重要影响。
2013, 24(4): 495-503
摘要:
利用1961—2008年陕西78个气象站夏季 (6—8月) 降水资料、NCEP/NCAR位势高度场和风场月平均再分析资料，采用合成及相关分析方法探讨ENSO发展和衰减阶段对陕西夏季降水异常的影响，以期为陕西夏季降水的气候预测提供线索和依据。结果表明：陕西夏季降水异常对ENSO发展和衰减阶段的响应存在显著差异，El Niño发展阶段和La Niña衰减阶段，陕西夏季降水偏少; El Niño衰减阶段和La Niña发展阶段，陕西夏季降水偏多; ENSO不同阶段对陕西7月降水影响最为显著。比较而言，El Niño事件对陕西夏季降水的影响更加显著。在El Niño衰减、La Niña发展阶段，西太平洋副热带高压偏强、偏西，东亚夏季风偏弱，而在El Niño发展、La Niña衰减阶段，西太平洋副热带高压偏弱、偏东，东亚夏季风偏强，El Niño过程对东亚夏季风强弱的影响更加显著。ENSO发展和衰减阶段通过影响大气环流变化和东亚夏季风的强弱，进而影响陕西夏季降水。
利用1961—2008年陕西78个气象站夏季 (6—8月) 降水资料、NCEP/NCAR位势高度场和风场月平均再分析资料，采用合成及相关分析方法探讨ENSO发展和衰减阶段对陕西夏季降水异常的影响，以期为陕西夏季降水的气候预测提供线索和依据。结果表明：陕西夏季降水异常对ENSO发展和衰减阶段的响应存在显著差异，El Niño发展阶段和La Niña衰减阶段，陕西夏季降水偏少; El Niño衰减阶段和La Niña发展阶段，陕西夏季降水偏多; ENSO不同阶段对陕西7月降水影响最为显著。比较而言，El Niño事件对陕西夏季降水的影响更加显著。在El Niño衰减、La Niña发展阶段，西太平洋副热带高压偏强、偏西，东亚夏季风偏弱，而在El Niño发展、La Niña衰减阶段，西太平洋副热带高压偏弱、偏东，东亚夏季风偏强，El Niño过程对东亚夏季风强弱的影响更加显著。ENSO发展和衰减阶段通过影响大气环流变化和东亚夏季风的强弱，进而影响陕西夏季降水。
2013, 24(4): 504-512
摘要:
针对长江中游强风暴天气特点和现代预报业务需求，在借鉴世界临近预报系统, 特别是美国的Auto-Nowcaster和WDSS-II以及英国的GANDOLF等先进经验的基础上，以我国多普勒天气雷达网为重要技术手段，结合数值预报等信息资源，于2007年研究建成长江中游临近预报业务系统 (MYNOS)。MYNOS主要技术方法包括：雷达与雨量计实时同步积分结合的降水估算方法 (RASIM)，雷达反演参量与中尺度模式输出物理量相结合的强风暴性质自动识别和追踪技术，基于暴雨回波生命史特性约束下的多尺度合成降水量临近预报，基于数值预报模式和模糊逻辑学的强对流天气分类落区潜势预报，集GIS功能并整合各种定量监测与预警产品于一体的短时预报工作站。MYNOS已成为短时临近预报业务的支撑平台，其中实时生成的流域定量降水估算与临近预报、强对流天气分类潜势诊断与识别预警产品等成为日常预报业务的重要参考依据。
针对长江中游强风暴天气特点和现代预报业务需求，在借鉴世界临近预报系统, 特别是美国的Auto-Nowcaster和WDSS-II以及英国的GANDOLF等先进经验的基础上，以我国多普勒天气雷达网为重要技术手段，结合数值预报等信息资源，于2007年研究建成长江中游临近预报业务系统 (MYNOS)。MYNOS主要技术方法包括：雷达与雨量计实时同步积分结合的降水估算方法 (RASIM)，雷达反演参量与中尺度模式输出物理量相结合的强风暴性质自动识别和追踪技术，基于暴雨回波生命史特性约束下的多尺度合成降水量临近预报，基于数值预报模式和模糊逻辑学的强对流天气分类落区潜势预报，集GIS功能并整合各种定量监测与预警产品于一体的短时预报工作站。MYNOS已成为短时临近预报业务的支撑平台，其中实时生成的流域定量降水估算与临近预报、强对流天气分类潜势诊断与识别预警产品等成为日常预报业务的重要参考依据。
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