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气象探测环境等级评估方法及应用

王成刚 魏夏潞 严家德 金莲姬

王成刚, 魏夏潞, 严家德, 等. 气象探测环境等级评估方法及应用. 应用气象学报, 2019, 30(1): 117-128. DOI: 10.11898/1001-7313.20190111..
引用本文: 王成刚, 魏夏潞, 严家德, 等. 气象探测环境等级评估方法及应用. 应用气象学报, 2019, 30(1): 117-128. DOI: 10.11898/1001-7313.20190111.
Wang Chenggang, Wei Xialu, Yan Jiade, et al. Grade evaluation of detection environment of meteorological stations in Beijing. J Appl Meteor Sci, 2019, 30(1): 117-128. DOI:  10.11898/1001-7313.20190111.
Citation: Wang Chenggang, Wei Xialu, Yan Jiade, et al. Grade evaluation of detection environment of meteorological stations in Beijing. J Appl Meteor Sci, 2019, 30(1): 117-128. DOI:  10.11898/1001-7313.20190111.

气象探测环境等级评估方法及应用

DOI: 10.11898/1001-7313.20190111
资助项目: 

国家自然科学基金项目 41505136

公益性行业(气象)科研专项 GYHY201106049

国家重点研究发展计划 2016YFC0203304

详细信息
    通信作者:

    王成刚, 邮箱:wcg@nuist.edu.cn

Grade Evaluation of Detection Environment of Meteorological Stations in Beijing

  • 摘要: 利用1990,1994,2000,2005,2011,2013年夏季北京地区Landsat卫星资料、2009年数字高程资料计算气象站周边景观指标参数,结果表明:土地利用类型、气象站周边景观指数、建筑物高度及天空可视因子等参数能对气象探测环境的结构配置信息以数字化方式呈现。此外,景观指标参数和气象要素相关分析表明:对气温变化影响较大的景观指标参数主要有城镇面积、水体面积、最大斑块指数、最大斑块占城镇面积比例、蔓延度指数、平均分维数和天空可视因子。对绝对湿度影响较大的景观指标参数为城镇面积、水体面积、最大斑块指数、最大斑块占城镇面积比例、蔓延度指数、聚集度指数和天空可视因子。对小风占比影响较大的景观指标参数仅为水体面积、最大斑块指数和最大斑块占城镇面积比例。基于以上统计结果,提出了一套对探测环境进行评估的方法——景观指标评估法。利用该方法对北京市15个国家级地面气象观测站进行评估,结果表明:周围环境对观测资料影响程度最小的站为怀柔站;环境影响最大的站为丰台站、朝阳站。
  • 图  1  1990年(a)和2013年(b)通州站5 km缓冲区内土地利用类型分布

    Fig. 1  Distribution of land use types in 5 km buffer zone of Tongzhou Station in 1990 and 2013

    图  2  通州站气温差值与6个景观指标参数拟合

    Fig. 2  Relation between temperature difference and six observation landscape indicator parameters at Tongzhou Station

    图  3  2009年7月3日、8月3日、8月22日晴天条件下,建筑物高度、天空可视因子与气温拟合结果

    Fig. 3  The fitting of building height, sky view factor to temperature in clear sky on 3 Jul, 3 Aug and 22 Aug in 2009

    表  1  通州站(5 km缓冲区)景观指标参数

    Table  1  Landscape indicator parameters at Tongzhou Station (5 km buffer)

    指标 1990年 1994年 2000年 2005年 2011年 2013年
    城镇面积/% 24.79 29.29 47.47 54.50 63.60 70.80
    林地面积/% 0.04 0.04 0.06 0.04
    裸地面积/% 43.53 40.41 1.77 0.02 3.30 4.90
    农田面积/% 21.86 17.24 44.83 29.60 6.23 5.44
    绿地面积/% 4.69 4.01 14.35 24.40 16.65
    水体面积/% 9.81 8.33 1.88 1.62 2.42 2.21
    斑块数 967 1976 449 859 754 616
    最大斑块指数 12.02 13.64 38.11 45.85 59.17 63.61
    平均分维数 1.0597 1.059 1.052 1.0561 1.0553 1.0525
    蔓延度指数 37.81 45.40 64.19 60.80 62.20 62.00
    景观丰度指数 4 6 6 6 6 5
    聚集度指数/% 88.68 84.04 93.46 91.33 92.11 93.47
    平均邻近指数 260.25 339.45 416.60 478.90 632.35 1066.72
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    表  2  15个气象站景观指标参数与气温差相关分析

    Table  2  Correlations between landscape indicator parameters and temperature difference at 15 stations

    气象站 最大斑块指数 平均分维数 蔓延度指数 水体面积 城镇面积 最大斑块占城镇面积比例
    海淀站 -0.92 0.83
    顺义站 -0.84
    延庆站
    密云站
    朝阳站
    北京市观象台 0.83 0.98 0.84
    石景山站 0.94 0.94 0.98 0.95
    丰台站 0.90 0.90 0.90
    大兴站
    房山站
    昌平站 0.86 -0.97 0.92
    门头沟站 0.92 0.91 0.91 0.93
    平谷站 -0.85
    通州站 0.90 -0.87 0.87 -0.86 0.94 0.88
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    表  3  15个气象站景观指标参数与绝对湿度相关分析

    Table  3  Correlations of landscape indicator parameters to humidity at 15 stations

    缓冲区 最大斑块指数 蔓延度指数 聚集度 水体面积 城镇面积 最大斑块占城镇面积比例
    海淀站 0.94
    顺义站
    延庆站 -0.89
    密云站 -0.89 -0.97
    朝阳站
    北京市观象台 -0.81
    石景山站 -0.83 -0.82
    丰台站
    大兴站 -0.88 -0.82 -0.85 -0.88
    房山站
    昌平站 -0.90 -0.84 0.86 -0.92 -0.87
    门头沟站 -0.91 -0.87 -0.91 -0.91
    平谷站
    通州站 -0.86 -0.87 -0.96 0.90 -0.84 -0.86
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    表  4  15个气象站景观指标参数与小风占比相关分析

    Table  4  Correlations of landscape indicator parameters to the ratio of low wind at 15 stations

    缓冲区 最大斑块指数 蔓延度指数 景观丰度 水体面积 城镇面积 最大斑块占城镇面积比例
    海淀站
    顺义站
    延庆站 0.82 0.76 0.82
    密云站 0.80
    朝阳站
    北京市观象台 0.80 0.79 0.82
    石景山站 0.77 0.72 0.77
    丰台站 0.87
    大兴站
    房山站 0.79 0.76 0.79
    昌平站 0.74 -0.72
    门头沟站 0.73 0.75 0.78 0.81 0.73
    平谷站
    通州站 -0.85 -0.70 0.86
    怀柔站 0.71 0.77 0.71 0.73
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    表  5  影响气温、绝对湿度、小风占比的景观指标参数响应强度

    Table  5  The response intensity of landscape indicator parameters affecting temperature, humidity and small wind frequency

    参数 气温 绝对湿度 小风占比
    城镇面积 6 4 6
    水体面积 3 3
    最大斑块指数 5 5 8
    最大斑块占城镇面积比例 5 4 6
    蔓延度指数 5 5
    平均分维数 3
    聚集度 5
    天空可视因子 5 5
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    表  6  4种方法评估北京15个气象站观测环境对观测资料影响

    Table  6  The environment impact on observations of 15 stations in Beijing by four assessment methods

    气象站 景观指标评估法 人口数量划分法 卫星图像评估法 卫星资料评估法
    怀柔站 很小 很小
    房山站 很大
    昌平站 很大 很大 很大
    密云站
    平谷站
    延庆站
    石景山站 很小
    门头沟站
    顺义站 很大
    北京市观象台 很大
    海淀站 很大 很大
    通州站 很大 很大
    大兴站 很大 很大
    朝阳站 很大 很大
    丰台站 很大 很大 很大 很大
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-09-17
  • 修回日期:  2018-11-14
  • 刊出日期:  2019-01-31

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