设为首页
加入收藏
用户登录
投稿模版
中国气象局2014年 第25卷 第1期
2014, 25(1): 1-10
摘要
HTML全文
PDF 2357KB
摘要:
静止气象卫星的快速区域扫描是监测不同天气过程的有利手段。以获取的风云静止气象卫星快速区域扫描数据为基础，选取2011年台风梅花 (1109) 及2012年台风海葵 (1211) 的观测数据，采用Hovmöller分析图、变异系数等参数，研究不同时空分辨率观测数据对台风云系结构特征参数监测的敏感性影响。分析结果表明：可见光通道10 min观测时间间隔配以1.25 km空间分辨率可以很好地反映云系演变特征，在相同观测时间分辨率条件下，降低空间分辨率会对云系结构特征的提取有较大影响; 在相同空间分辨率条件下，观测时间分辨率的降低对云系结构及演变特征的分析影响较小; 基于变异系数的分析说明云像元特性在60 min的观测时间间隔下发生了较大变化，如果以60 min为观测时间间隔将会失去较多的云像元变化特征。水汽通道不同观测时间的变异系数差值小于红外通道1，说明云像元在红外通道1的特性演变对观测时间的敏感性高于水汽通道，提高观测频率可获取更多的云像元红外通道1的辐射特性。
静止气象卫星的快速区域扫描是监测不同天气过程的有利手段。以获取的风云静止气象卫星快速区域扫描数据为基础，选取2011年台风梅花 (1109) 及2012年台风海葵 (1211) 的观测数据，采用Hovmöller分析图、变异系数等参数，研究不同时空分辨率观测数据对台风云系结构特征参数监测的敏感性影响。分析结果表明：可见光通道10 min观测时间间隔配以1.25 km空间分辨率可以很好地反映云系演变特征，在相同观测时间分辨率条件下，降低空间分辨率会对云系结构特征的提取有较大影响; 在相同空间分辨率条件下，观测时间分辨率的降低对云系结构及演变特征的分析影响较小; 基于变异系数的分析说明云像元特性在60 min的观测时间间隔下发生了较大变化，如果以60 min为观测时间间隔将会失去较多的云像元变化特征。水汽通道不同观测时间的变异系数差值小于红外通道1，说明云像元在红外通道1的特性演变对观测时间的敏感性高于水汽通道，提高观测频率可获取更多的云像元红外通道1的辐射特性。
2014, 25(1): 11-21
摘要:
利用中国气象局国家气象信息中心1961—2011年我国东北地区72个气象站月平均气温资料及NCEP/NCAR月平均海平面气压、500 hPa高度场及200 hPa与850 hPa风场再分析资料，对东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列经去除线性趋势处理后的变化特征进行对比分析。结果表明：去除线性趋势后，东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列的相关系数为-0.69，较原始序列更为显著；两者变化的阶段性较为同步，我国东北地区冬季气温于2004年已转入低温阶段，这与东亚冬季风同时转为偏强阶段关系密切；两者均存在20年左右的长周期，同样存在相近的阶段性短周期；我国东北地区冬季气温的增温变化趋势在1986年前后的增暖性气候突变中起重要作用。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温年代际信号的相关系数达-0.86，较原始序列年代际相关更为显著；两者的年代际变化存在21.5年左右的共同准周期。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温的年际变化序列存在4年左右的共同准周期。我国东北地区冬季气温的年际和年代际异常存在与东亚冬季风相关联的200 hPa东亚急流、500 hPa东亚大槽、乌拉尔高压、850 hPa风场、地面西伯利亚高压等的异常背景。
利用中国气象局国家气象信息中心1961—2011年我国东北地区72个气象站月平均气温资料及NCEP/NCAR月平均海平面气压、500 hPa高度场及200 hPa与850 hPa风场再分析资料，对东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列经去除线性趋势处理后的变化特征进行对比分析。结果表明：去除线性趋势后，东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列的相关系数为-0.69，较原始序列更为显著；两者变化的阶段性较为同步，我国东北地区冬季气温于2004年已转入低温阶段，这与东亚冬季风同时转为偏强阶段关系密切；两者均存在20年左右的长周期，同样存在相近的阶段性短周期；我国东北地区冬季气温的增温变化趋势在1986年前后的增暖性气候突变中起重要作用。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温年代际信号的相关系数达-0.86，较原始序列年代际相关更为显著；两者的年代际变化存在21.5年左右的共同准周期。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温的年际变化序列存在4年左右的共同准周期。我国东北地区冬季气温的年际和年代际异常存在与东亚冬季风相关联的200 hPa东亚急流、500 hPa东亚大槽、乌拉尔高压、850 hPa风场、地面西伯利亚高压等的异常背景。
2014, 25(1): 22-32
摘要:
采用中国气象科学研究院 (CAMS) 中尺度云参数化模式对2010年4月20日山西省一次春季层状降水云系的宏微观结构，特别是垂直方向上的微物理结构进行了数值模拟和分析。利用携带云粒子探测设备的飞机对该次层状云系进行了两次云物理探测飞行，并将飞机探测所获取的数据和图像资料与数值模拟结果进行了对比研究。模拟结果显示：该次降水过程以层状冷云降水为主，云中过冷水含量丰富，云系存在明显的3层结构，地面降水主要来自于云中高层冰晶、雪、霰等冰相粒子的融化和低层云水的转化。数值模拟与飞机探测对比分析显示，高空温度、湿度和高度的配置两者基本一致，数值模拟不同高度的云粒子相态、垂直方向云水比含水量与飞机探测获取的云粒子图像和云液态水含量的垂直结构基本吻合，但数值模拟的云中各种水成物粒子出现的高度较飞机探测偏高。
采用中国气象科学研究院 (CAMS) 中尺度云参数化模式对2010年4月20日山西省一次春季层状降水云系的宏微观结构，特别是垂直方向上的微物理结构进行了数值模拟和分析。利用携带云粒子探测设备的飞机对该次层状云系进行了两次云物理探测飞行，并将飞机探测所获取的数据和图像资料与数值模拟结果进行了对比研究。模拟结果显示：该次降水过程以层状冷云降水为主，云中过冷水含量丰富，云系存在明显的3层结构，地面降水主要来自于云中高层冰晶、雪、霰等冰相粒子的融化和低层云水的转化。数值模拟与飞机探测对比分析显示，高空温度、湿度和高度的配置两者基本一致，数值模拟不同高度的云粒子相态、垂直方向云水比含水量与飞机探测获取的云粒子图像和云液态水含量的垂直结构基本吻合，但数值模拟的云中各种水成物粒子出现的高度较飞机探测偏高。
2014, 25(1): 33-41
摘要:
选取2006—2008年发生在北京及其周边地区的28次雷暴过程，基于大气不稳定度参数和雷达参量对雷暴过程进行分类，分析了不同分类条件下的总闪电活动 (SAFIR3000三维闪电定位系统观测) 和对流降水 (雷达反演) 的关系。结果表明：整体而言，总闪对应降水量的平均值为1.92×107 kg·fl-1。依据对流有效位能和抬升指数对雷暴进行分类的分析表明，较强的不稳定状态对应了较小的总闪对应降水量，同时总闪频次和对流降水量的相关性更好。基于雷达特征参数的分类分析表明，总闪对应降水量在对流运动较弱情况下最小，其次是对流运动较强的情况下，而对流运动适中时最大。
选取2006—2008年发生在北京及其周边地区的28次雷暴过程，基于大气不稳定度参数和雷达参量对雷暴过程进行分类，分析了不同分类条件下的总闪电活动 (SAFIR3000三维闪电定位系统观测) 和对流降水 (雷达反演) 的关系。结果表明：整体而言，总闪对应降水量的平均值为1.92×107 kg·fl-1。依据对流有效位能和抬升指数对雷暴进行分类的分析表明，较强的不稳定状态对应了较小的总闪对应降水量，同时总闪频次和对流降水量的相关性更好。基于雷达特征参数的分类分析表明，总闪对应降水量在对流运动较弱情况下最小，其次是对流运动较强的情况下，而对流运动适中时最大。
2014, 25(1): 42-51
摘要:
开发AVHRR可见光通道反演陆地气溶胶光学厚度 (AOD) 的算法对于研究长时间序列AOD的变化有重要意义。AVHRR由于缺少2.1 μm通道而不能采用MODIS的暗背景算法，该文利用背景合成算法进行陆地AOD反演。背景合成算法是指假设一段时间内地表反射率变化不大且会出现相对清洁大气, 采用最小值合成即可得到地表反射率，再通过辐射传输模式6S制作的查算表查算得到AOD的反演结果。将此算法应用到2009年AVHRR中国部分陆地区域 (15°~45°N，75°~135°E) 得到AOD的时空分布，将反演结果与同期Aqua/MODIS的MOD04 AOD产品进行对比分析表明，华北和华东地区的反演效果较好，西北地区结果较差。以长江三角洲地区为例可知，AVHRR AOD产品与MODIS AOD产品以及AERONET观测的AOD相比相关系数基本在0.6以上，从时间变化规律来看，AVHRR AOD和MODIS AOD产品年变化趋势具有很好的一致性。该文为建立长时间序列AVHRR AOD数据集提供了一个较为可行的方法。
开发AVHRR可见光通道反演陆地气溶胶光学厚度 (AOD) 的算法对于研究长时间序列AOD的变化有重要意义。AVHRR由于缺少2.1 μm通道而不能采用MODIS的暗背景算法，该文利用背景合成算法进行陆地AOD反演。背景合成算法是指假设一段时间内地表反射率变化不大且会出现相对清洁大气, 采用最小值合成即可得到地表反射率，再通过辐射传输模式6S制作的查算表查算得到AOD的反演结果。将此算法应用到2009年AVHRR中国部分陆地区域 (15°~45°N，75°~135°E) 得到AOD的时空分布，将反演结果与同期Aqua/MODIS的MOD04 AOD产品进行对比分析表明，华北和华东地区的反演效果较好，西北地区结果较差。以长江三角洲地区为例可知，AVHRR AOD产品与MODIS AOD产品以及AERONET观测的AOD相比相关系数基本在0.6以上，从时间变化规律来看，AVHRR AOD和MODIS AOD产品年变化趋势具有很好的一致性。该文为建立长时间序列AVHRR AOD数据集提供了一个较为可行的方法。
2014, 25(1): 52-58
摘要:
利用日本MTSAT (multi-functional transport satellite) 红外亮温资料，提取热带气旋云团中云顶较高、对流较旺盛的深对流信息，根据提取的对流核数量、对流核距热带气旋中心距离、对流核亮温极值等信息表征热带气旋强弱，初步建立了热带气旋强度估测模型；并根据该估算模型的误差分布对强度 (用最大风速表示) 大于40 m·s-1和小于18 m·s-1的样本结果进行了线性修正，修正后的结果与中国气象局《热带气旋年鉴》热带气旋最佳路径资料比较得到非独立样本和独立样本的强度平均绝对误差分别为5.5 m·s-1和5.9 m·s-1, 均方根误差分别为6.9 m·s-1和7.7 m·s-1；对于热带低压、强台风及以上的估计平均绝对误差分别降至4.9，4.7 m·s-1，准确度较好。试验表明：利用热带气旋云团中的对流核数量、分布、冷暖与其强度建立的统计关系模型是可行的，该算法的估算精度与Dvorak方法、AMSU (advanced microwave sounding unit) 定强算法相当。
利用日本MTSAT (multi-functional transport satellite) 红外亮温资料，提取热带气旋云团中云顶较高、对流较旺盛的深对流信息，根据提取的对流核数量、对流核距热带气旋中心距离、对流核亮温极值等信息表征热带气旋强弱，初步建立了热带气旋强度估测模型；并根据该估算模型的误差分布对强度 (用最大风速表示) 大于40 m·s-1和小于18 m·s-1的样本结果进行了线性修正，修正后的结果与中国气象局《热带气旋年鉴》热带气旋最佳路径资料比较得到非独立样本和独立样本的强度平均绝对误差分别为5.5 m·s-1和5.9 m·s-1, 均方根误差分别为6.9 m·s-1和7.7 m·s-1；对于热带低压、强台风及以上的估计平均绝对误差分别降至4.9，4.7 m·s-1，准确度较好。试验表明：利用热带气旋云团中的对流核数量、分布、冷暖与其强度建立的统计关系模型是可行的，该算法的估算精度与Dvorak方法、AMSU (advanced microwave sounding unit) 定强算法相当。
2014, 25(1): 59-70
摘要:
利用耦合了NOAH陆面模式的WRF中尺度数值模式，对2010年8月18日发生在太湖地区的一次强雷暴过程进行数值模拟，并将模拟结果与实况进行对比。结果表明:模式能较合理地模拟出雷暴演变过程及近地面要素变化。此次雷暴天气过程发生在湖风发展强盛时期，雷暴沿东岸湖风与背景风形成的辐合线发展。通过两个敏感性试验，研究了太湖地区湖陆风对雷暴过程的影响。湖风锋对雷暴过程起触发和增强作用，湖风锋的阻挡和抬升作用导致此次雷暴的产生。在湖风锋前缘形成的初始对流进一步发展加强为雷暴，发展成熟的雷暴低层出流又与湖风作用形成新的雷暴，湖风的辐合为对流云的发展提供水汽和能量。在雷暴的形成发展过程中，感热通量输送可改变大气边界层结构，使低层不稳定能量较易释放，潜热释放加强上升和下沉气流，使边界层湿度增大，对流进一步发展增强。
利用耦合了NOAH陆面模式的WRF中尺度数值模式，对2010年8月18日发生在太湖地区的一次强雷暴过程进行数值模拟，并将模拟结果与实况进行对比。结果表明:模式能较合理地模拟出雷暴演变过程及近地面要素变化。此次雷暴天气过程发生在湖风发展强盛时期，雷暴沿东岸湖风与背景风形成的辐合线发展。通过两个敏感性试验，研究了太湖地区湖陆风对雷暴过程的影响。湖风锋对雷暴过程起触发和增强作用，湖风锋的阻挡和抬升作用导致此次雷暴的产生。在湖风锋前缘形成的初始对流进一步发展加强为雷暴，发展成熟的雷暴低层出流又与湖风作用形成新的雷暴，湖风的辐合为对流云的发展提供水汽和能量。在雷暴的形成发展过程中，感热通量输送可改变大气边界层结构，使低层不稳定能量较易释放，潜热释放加强上升和下沉气流，使边界层湿度增大，对流进一步发展增强。
2014, 25(1): 71-82
摘要:
利用静止卫星 (GMS-5, GOES-9, MTSAT) 红外数据与CloudSat卫星云剖面雷达数据、NCEP FNL分析资料与常规观测资料，对2001—2010年发生的12次渤海海效应暴雪过程中云的演变特征、渤海热力作用与暴雪云团垂直结构及相态组成进行了观测分析。发现不同生成源地的暴雪云通常在渤海上快速发展，云中多存在水平范围可达100~300 km的密实条状或块状云团，其下对应主要降雪区域；暴雪云生成源地可分为渤海湾及莱州湾附近、渤海中部、辽东湾附近3种，暴雪云在海上移动主要受850 hPa风场影响；渤海暖海面与其上冷空气间的热量、水汽交换形成的不稳定层结条件，导致暴雪云进一步发展；暴雪云发展旺盛时期高度可达4 km，其冰水含量最大值达600 mg·m-3且主要集中在2 km高度附近，平均值可达303 mg·m-3，冰粒子有效半径最大值约为120 μm，平均值约为91 μm。
利用静止卫星 (GMS-5, GOES-9, MTSAT) 红外数据与CloudSat卫星云剖面雷达数据、NCEP FNL分析资料与常规观测资料，对2001—2010年发生的12次渤海海效应暴雪过程中云的演变特征、渤海热力作用与暴雪云团垂直结构及相态组成进行了观测分析。发现不同生成源地的暴雪云通常在渤海上快速发展，云中多存在水平范围可达100~300 km的密实条状或块状云团，其下对应主要降雪区域；暴雪云生成源地可分为渤海湾及莱州湾附近、渤海中部、辽东湾附近3种，暴雪云在海上移动主要受850 hPa风场影响；渤海暖海面与其上冷空气间的热量、水汽交换形成的不稳定层结条件，导致暴雪云进一步发展；暴雪云发展旺盛时期高度可达4 km，其冰水含量最大值达600 mg·m-3且主要集中在2 km高度附近，平均值可达303 mg·m-3，冰粒子有效半径最大值约为120 μm，平均值约为91 μm。
2014, 25(1): 83-94
摘要:
通过WACCM-3模式中气溶胶光学厚度与卫星资料的对比发现，模式可以很好地再现全球气溶胶的主要分布特征，但在一些区域还存在数值上的差异。利用数值试验研究对流层气溶胶的直接气候效应对平流层气候的影响，结果表明：对流层气溶胶对平流层气候有明显影响，平流层化学过程在这一影响中起重要作用，而对流层气溶胶对平流层辐射的影响不是其直接气候效应对平流层影响的主要原因。其机制可能是对流层气溶胶改变对流层的辐射平衡，影响对流层的温度和大气环流，进而影响行星波的上传，使得平流层气候发生变化；影响区域主要位于高纬度和极地地区，南半球的变化比北半球大，温度变化最大达10 K，纬向风变化最大可达12 m/s，臭氧体积分数最多减少0.8×10-6。
通过WACCM-3模式中气溶胶光学厚度与卫星资料的对比发现，模式可以很好地再现全球气溶胶的主要分布特征，但在一些区域还存在数值上的差异。利用数值试验研究对流层气溶胶的直接气候效应对平流层气候的影响，结果表明：对流层气溶胶对平流层气候有明显影响，平流层化学过程在这一影响中起重要作用，而对流层气溶胶对平流层辐射的影响不是其直接气候效应对平流层影响的主要原因。其机制可能是对流层气溶胶改变对流层的辐射平衡，影响对流层的温度和大气环流，进而影响行星波的上传，使得平流层气候发生变化；影响区域主要位于高纬度和极地地区，南半球的变化比北半球大，温度变化最大达10 K，纬向风变化最大可达12 m/s，臭氧体积分数最多减少0.8×10-6。
2014, 25(1): 95-106
摘要:
利用我国541个测站1960—2010年气温资料以及国家气候中心参加第5次耦合模式比较计划 (CMIP5) 的气候系统模式BCC_CSM1.1的历史试验和年代际试验结果，评估了该模式对我国近50年气温变化特征的模拟能力, 对模式的年代际试验结果进行了误差订正，并给出未来10~20年我国气温变化的预估。结果表明：历史试验和年代际试验均模拟出了与观测较为一致的增暖趋势，但均没有观测资料的增暖幅度大。其中，历史试验比年代际试验更接近于观测。年代际尺度上，模式对我国东部的模拟要好于西部；年际尺度上，模式的高预报技巧区在我国西北地区西南部和东部、西南地区北部。历史试验和年代际试验对我国气温空间场整体分布模拟较好，误差订正后的年代际试验结果对空间气温场的模拟有更好把握。相对于观测资料得到的1960—2010年0.27℃/10 a的增温速率，模式预估我国2011—2030年平均气温变化速率达到0.48℃/10 a, 上升趋势更加明显。
利用我国541个测站1960—2010年气温资料以及国家气候中心参加第5次耦合模式比较计划 (CMIP5) 的气候系统模式BCC_CSM1.1的历史试验和年代际试验结果，评估了该模式对我国近50年气温变化特征的模拟能力, 对模式的年代际试验结果进行了误差订正，并给出未来10~20年我国气温变化的预估。结果表明：历史试验和年代际试验均模拟出了与观测较为一致的增暖趋势，但均没有观测资料的增暖幅度大。其中，历史试验比年代际试验更接近于观测。年代际尺度上，模式对我国东部的模拟要好于西部；年际尺度上，模式的高预报技巧区在我国西北地区西南部和东部、西南地区北部。历史试验和年代际试验对我国气温空间场整体分布模拟较好，误差订正后的年代际试验结果对空间气温场的模拟有更好把握。相对于观测资料得到的1960—2010年0.27℃/10 a的增温速率，模式预估我国2011—2030年平均气温变化速率达到0.48℃/10 a, 上升趋势更加明显。
2014, 25(1): 107-111
摘要:
平流层大气环流异常信号被认为对冬季对流层短期气候预测或中长期天气预报具有先兆性指示意义，但到目前为止，仍未真正用于短期气候预测。为了获取更多运用平流层环流异常信号预测对流层及地面短期气候的经验，该文利用北半球环状模 (NAM) 信号对2011—2012年冬季我国北方短期气候进行4次预测，并将预测结果与实况进行对比。在4次短期气候预测中，第2次和第3次预测结果与实况吻合很好：第2次成功预测了1月中旬到2月中旬我国东北和华北地区偏冷，第3次则成功预测了这种偏冷状态的持续。成功的主要原因是2011年12月—2012年2月平流层信号周期确定，且对流层和平流层之间动力耦合关系已经建立完全，平流层异常信号在该时段对流层和地面短期气候具有较强指示意义。
平流层大气环流异常信号被认为对冬季对流层短期气候预测或中长期天气预报具有先兆性指示意义，但到目前为止，仍未真正用于短期气候预测。为了获取更多运用平流层环流异常信号预测对流层及地面短期气候的经验，该文利用北半球环状模 (NAM) 信号对2011—2012年冬季我国北方短期气候进行4次预测，并将预测结果与实况进行对比。在4次短期气候预测中，第2次和第3次预测结果与实况吻合很好：第2次成功预测了1月中旬到2月中旬我国东北和华北地区偏冷，第3次则成功预测了这种偏冷状态的持续。成功的主要原因是2011年12月—2012年2月平流层信号周期确定，且对流层和平流层之间动力耦合关系已经建立完全，平流层异常信号在该时段对流层和地面短期气候具有较强指示意义。
2014, 25(1): 112-119
摘要:
汉江丹江口流域水文气象预报系统在GIS技术的支持下，以水文气象监测网、定量降水估算、定量降水预报、洪水预报技术为基础，通过雷达估算降水技术、中尺度数值模式预报技术获取高时空分辨率的降水信息输入水文模型来进行水文气象预报。以Web形式为基础的汉江丹江口流域水文气象预报系统平台在2010年7月以及2011年9月汉江丹江口两次洪水过程中及时、准确地显示了流域实况降水、预报降水，准确地预报了洪水入库过程。目前系统已成功移植到三峡区间、清江水布垭、淮河王家坝、漳河水库等流域开展汛期试验与服务，取得了较好的应用效果。
汉江丹江口流域水文气象预报系统在GIS技术的支持下，以水文气象监测网、定量降水估算、定量降水预报、洪水预报技术为基础，通过雷达估算降水技术、中尺度数值模式预报技术获取高时空分辨率的降水信息输入水文模型来进行水文气象预报。以Web形式为基础的汉江丹江口流域水文气象预报系统平台在2010年7月以及2011年9月汉江丹江口两次洪水过程中及时、准确地显示了流域实况降水、预报降水，准确地预报了洪水入库过程。目前系统已成功移植到三峡区间、清江水布垭、淮河王家坝、漳河水库等流域开展汛期试验与服务，取得了较好的应用效果。
2014, 25(1): 120-128
摘要:
将原始数据转换为分析型数据，增强用户对海量数据的分析能力，是数据仓库技术最核心、最有价值的思想，也是数据仓库在气象领域应用的基础。该文针对天气预报领域数据空间性、瞬变性、物理性和多尺度性等特点，提出了五元组描述的天气预报分析型数据概念模型；总结了生成分析型数据的固定区域统计、划分区域统计、基本天气系统识别和天气学概念模型识别4种聚集变换，并对其关键技术进行了讨论。提出了基本天气系统自动识别的滤波-划分-测量算法，探讨了针对气象数据特点的模糊空间关系，定义了进行天气学概念模型识别的空间模糊产生式规则，并针对空间数据给出了定位条件等扩展。
将原始数据转换为分析型数据，增强用户对海量数据的分析能力，是数据仓库技术最核心、最有价值的思想，也是数据仓库在气象领域应用的基础。该文针对天气预报领域数据空间性、瞬变性、物理性和多尺度性等特点，提出了五元组描述的天气预报分析型数据概念模型；总结了生成分析型数据的固定区域统计、划分区域统计、基本天气系统识别和天气学概念模型识别4种聚集变换，并对其关键技术进行了讨论。提出了基本天气系统自动识别的滤波-划分-测量算法，探讨了针对气象数据特点的模糊空间关系，定义了进行天气学概念模型识别的空间模糊产生式规则，并针对空间数据给出了定位条件等扩展。
浏览排行
下载排行
引用排行
