李思腾 , 陈洪滨 , 马舒庆 , 李兆明 , 邢峰华 , 车云飞
2016, 44(4):517-527.
摘要:2013年5月至2014年5月,中国科学院大气物理所和南京恩瑞特公司,在南京以及周边地区架设4部X波段天气雷达,组成网络化雷达,对雷暴和强降水天气进行快速预警和精细化探测。本文针对协同自适应观测技术,利用南京网络化天气雷达系统,建立单部雷达自适应和多部雷达协同自适应观测模式,实现观测控制软件核心算法,包括重点观测区域的选取和扫描策略的制定2部分,实现自动判断强回波天气区域的位置并且对重点区域进行扫描观测,扫描策略的选择与强回波区域相对雷达的位置和区域的面积有关。应用该模式进行气象观测表明:协同自适应观测模式比较合理,能够快捷准确的找到强天气回波区域,实现了对重点关注区域进行更高时空分辨率的观测。
2016, 44(4):528-534.
摘要:根据实时业务中传输的自动土壤水分监测数据的变化规律,对监测数据异常波动产生的异常值进行预警;通过观测值间相互关系推算相应的土壤水分常数,近似确定土壤孔隙度、最大吸湿水含量,以此确定土壤水分理论上下限并据此开展监测值的上下限预警;参考土壤含水量与水势之间的变化关系,提出水势系数的概念,直接利用计算的水势系数进行土壤水分层间变化的预警等3方面对自动土壤水分监测数据进行质控预警,并针对业务应用设计了相应的预警方案,可实时、有效地检测出异常值。从该预警方案的预警效果分析上看,预警检出率较高主要是“常数预警”和“数值变化预警”,反映出小部分自动土壤水分观测站的土壤水分常数异常和部分站点业务运行维护不到位,这与野外实地考察的结论相吻合。预警效果较为客观、可靠,适用于各级土壤水分数据检测和分析服务等业务。
周旭辉 , 王黎明 , 王建波 , 陈晨 , 王爱珍 , 刘焕乾 , 廖华
2016, 44(4):535-541.
摘要:针对目前FDR自动土壤水分数据可用性低的实际情况,本文从FDR自动土壤水分站传感器原理出发,结合数据处理流程与方法对湖南60个站点不同层次的标定参数及部分站点的相关观测数据进行了分析,指出目前田间标定法在自然条件下几乎无法得到覆盖土壤各个湿度区间的均匀样本数据,导致二次标定参数不合理是造成FDR自动土壤水分站数据可用性差的根本原因。二次标定方程参数不合理主要表现为方程斜率过大、过小、负值3种情况,导致观测数据增幅过大、常年不变、与实际土壤湿度变化趋势完全相反等问题。最后针对该问题提出了大样本原状取土,实验室标定的解决方法,并对方法进行了初步验证,结果表明该方法能从源头上有效改善土壤水分站观测数据质量。
2016, 44(4):542-547.
摘要:介绍了民航华东气象中心开发的上海机场终端区AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay)资料实时显示系统,简述了系统的基本原理和工作流程;并统计了AMDAR资料的分布特征,对机场出现的雷暴、大风、冰雪等天气进行了实例分析。结果表明:上海机场终端区AMDAR资料实时显示系统直观、实用,有效地提高该资料的使用率;AMDAR资料时空分辨率高,但分布不均匀,资料97.4%集中在00:00—15:00UTC时段和67.3%集中在4 km以下的中低空区域;系统能够提供连续的高空风温分布,也能够捕捉到高空中小尺度天气特征,在某些天气过程中能够为短临预报提供良好的客观依据和辅助手段,具有一定的实用价值。
张晓宇 , 雷勇 , 王柏林 , 庞文静 , 汤志亚 , 杜波 , 郭伟
2016, 44(4):548-554.
摘要:为研究Parsivel与LNM两种激光雨滴谱仪观测性能的差异,通过分析北京南郊观象台试验场地的两台激光雨滴谱仪2014年7—11月(北方雨季条件下123天)的观测数据,并辅以同期的人工观测作为参考标准,将上述两种设备的累积降水量、起止时间、粒子采样信息等采集数据进行对比。分析结果表明:LNM激光雨滴谱仪较Parsivel激光雨滴谱仪的反映时间短,总是提早观测到降水现象的发生。Parsivel激光雨滴谱仪粒子等级信息较为丰富,同一降水过程中,Parsivel输出的粒子直径比LNM大。在降水量方面,两台设备与翻斗雨量计的结果基本一致,但累积降水量大于10 mm时,LNM累积降水量的输出值明显大于Parsivel。
2016, 44(4):555-561.
摘要:面对气象防灾减灾业务服务需要,自动气象站的技术维修、保障效率问题日趋突出,主要表现为:①在自动站维修维护中存在故障检测仪器的不统一,难以适应业务维护标准化的要求;②检测方法单一,难以适应设备多样化的设备检测要求;③故障检测的自动化程度低,难以满足高时效、快速维修保障的需求。针对维护保障工作存在的问题,使用美国NI公司PXI的虚拟仪器技术,并采用NI公司的图形化软件编程平台LabVIEW设计了一个基于虚拟仪器的自动气象站故障诊断、测试、维修系统,主要包括测试系统的硬件设计、应用软件设计和动态维修数据库设计3部分。实现了待检自动气象站的数据采集、处理、分析、诊断、显示及归档打印等功能。利用软件编程对测试信号进行了调理处理,增加了自适应测试功能。采用数据库检索功能,实现了故障的相似查找功能,提高了故障的测试与诊断效率,系统解决自动气象站维护维修保障的标准化、自动化问题。
2016, 44(4):562-566.
摘要:利用Android SDK开发环境,自主设计研发一款可用于手机客户端进行业务操作的气象雷达小助手应用软件,为需求雷达信息的Android智能手机用户提供一个便利的信息获取渠道。该平台除了雷达信息显示等基本功能外,也同步实现了雷达产品的获取与图像显示及雷达系统状态的检查和业务保障等复杂操作。不仅方便用户(航空预报员、民航管制员等)查看到最新的雷达回波图像,也首次提出雷达业务移动办公的概念,为提高民航安全保障提供了新思路,具有一定的创新性、实用性和参考价值。
2016, 44(4):567-570.
摘要:结合闪电定位仪维修方法,设计闪电定位仪远程维修测试系统,实现了对闪电定位仪运行状态的实时监控,设备状态数据的实时检测、设备故障的自动判断和自动报警等功能。系统采用Web页面显示,界面友好,可实现与设备间的实时互动,有效避免了台站维护不及时、反馈问题不准确等问题,提高了闪电定位仪诊断、维修效率。
2016, 44(4):571-575.
摘要:为了进一步拓宽气象信息的发布手段和发布渠道,提升气象服务能力和水平,使社会公众能够便捷地获取到丰富的气象信息。研究依托天津滨海新区气象信息Web服务端,以微信为基础平台,应用Java编程语言、Oracle数据库,Hibernate和Spring框架等技术,通过对微信公众平台API进行开发,以图表、文字、GIS图等展现方式,开发了基于微信网络社区软件的公益气象信息服务平台。本研究充分利用了新型移动传媒发布气象信息的手段,实现了气象信息多形式服务于社会公众,可达到公众及时掌握气象信息的需求。
2016, 44(4):576-580.
摘要:通过对SL3型双翻斗雨量传感器进行模拟降水试验,分析上翻斗与计量翻斗翻动协调性带来的降水测量误差。模拟试验初步表明:当上翻斗最大承水量不合理,计量翻斗最大承水量合理时,会使翻斗翻动不协调,降水损失增加,导致实测降水偏小,如在雨强1 mm/min,当上翻斗右斗最大承水量偏小0.4 mL时,实测降水误差为-4%;当上翻斗最大承水量合理,计量翻斗最大承水量不合理时,计量翻斗最大承水量不合理程度对降水测量准确度影响较大,如同样在雨强1 mm/min,计量翻斗左斗最大承水量合理,当计量翻斗右斗最大承水量偏小0.4 mL,实测降水误差为+11%,测量误差明显大;并且不是上翻斗(或计量翻斗)最大承水量调节合理就一定会使测量误差小,而是上翻斗与计量翻斗的协调性好才会使测量误差小。上翻斗的增加不能完全解决单翻斗雨量计因降水强度大小不同引起的测量误差,但明显缩小了不同雨强下降水测量误差偏差。提出利用虹吸原理装置代替上翻斗,减少人为调节因素的干扰,提高测量准确度。
2016, 44(4):581-584.
摘要:以重庆某新建地铁线路下穿某气象站为研究对象,通过分析气象站气象探测仪器对振动环境要求,结合重庆已运行地铁线路振动影响进行了现场测试,评估了地铁振动对气象站气象探测的影响。结果表明:①结合各气象探测仪器精度要求及参照《建筑工程容许振动标准》,建议气象探测振动环境要求为振动加速度(峰值)≤0.0314 m/s2,振动速度(峰值)≤0.5 mm/s,振动位移(均方根)≤1.8 μm;②地铁通过时,地面振动频率以60~90 Hz为主,铅垂振动速度峰值为0.0188 mm/s,水平向振动速度峰值为0.0151 mm/s。地铁列车运行产生的振动控制在建议气象探测振动环境要求内,对气象探测的影响在可接受范围内。
2016, 44(4):585-595.
摘要:利用2000—2014年热带气旋(TC)最佳路径、最终分析资料和静止卫星红外云顶亮温(TBB)资料,对比分析了西北太平洋(WNP),以及南海(SCS)的迅速加强(RI),与非迅速加强(nonRI)TC样本的环境背景和TBB统计特征,其中nonRI样本细分为不同的强度变化率即:缓慢加强(SI),强度稳定、缓慢减弱和迅速减弱等。结果表明,相对于SI,WNP海域的RI样本处于海表温度较高、海洋上层热容量较大、最大可能强度较大、高层辐散较强、风垂直切变(VWS)较弱和高层纬向风(U200)偏东分量较大等环境背景条件下;SCS海域的RI样本较易发生在VWS较弱的环境背景条件下。此外,相对于nonRI,支持RI发展的有利条件还包括中低层相对湿度较大、高层环境温度较低等。RI样本通常具备的TBB特征为TC内核的对流云覆盖率较大、TBB平均值相对较小。采用K最近邻分类算法进行RI预报试验,交叉检验结果表明,该方法对RI样本有一定的识别预报能力,RI样本概括率达到742%,技巧评分达到0.717。
2016, 44(4):596-604.
摘要:光流法是运动图像分析的重要方法,主要用于确定目标的运动信息。数值模式产生的格点化的要素预报场,也是一种图像,应用于图像分析的光流法可以用到数值模式检验领域。本文在数值模式强降水过程预报检验领域引入了光流检验方法,首先利用理论模拟对光流检验方法的原理进行了阐述,然后通过对3种不同类型强降水过程中ECMWF和T639模式的24 h降水预报进行检验,分析了光流检验方法在强降水过程预报检验中的实际应用。结果表明:①利用光流检验方法可以将数值模式的预报误差分解为强度、位移和角度3种误差场,从而实现对数值模式强降水预报误差的精确量化分析。②通过对梅雨锋、西南涡、台风等3种不同类型强降水过程进行光流检验方法的应用,可以发现,不同数值模式对同一次降水过程的预报在强度、位移、角度误差方面一般表现不同,光流检验结果在反映不同模式对降水预报的强弱、雨带偏移的角度和距离差异方面具有较高的参考价值。
2016, 44(4):605-611.
摘要:基于欧洲中期天气预报中心、日本气象厅、美国国家环境预报中心3个中心的气温模式预报资料,采用多模式简单集合平均(EMN)、滑动训练期消除偏差集合平均(Running Training Period Biasremoved Ensemble Mean,RBREM)、滑动训练期超级集合预报(Running Training Period Superensemble Forecast,RSUP) 3种多模式集成方法,通过均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)和距平相关系数(Anomaly Correlation Coefficient,ACC)两种检验评估方法,比较了气温的单模式预报和多模式集成预报结果,建立了针对江苏省泰州市的地面气温多模式集成预报系统。结果表明:对于该市08:00和20:00起报的气温预报,RBREM均是相对最优的多模式集成方法,且基于该方法的多模式集成预报结果明显优于单模式预报结果,其RMSE相对于最优单模式减小了0.5 ℃左右,ACC增大了约0.16,改进效果显著。同时,将RBREM方法投入到泰州市的日常气温业务预报中,有效提高了业务预报准确率。
吴裴裴 , 周顺武 , 乔钰 , 贲海荣 , 闫梓宇 , 刘园园 , 李强
2016, 44(4):612-621.
摘要:利用NCEP/NCAR再分析资料,在揭示青藏高原对流层中上层(500~200 hPa)温度变化特征的基础上,通过比较与同纬度地区对流层中上层温度的差异,从温度纬向偏差角度定义了一个高原热力指数(TDI),并分析了该指数在春夏季的多时间尺度变化特征。结果表明:①由春到夏,亚洲对流层中上层的暖中心经历了从西太平洋西进到大陆,并逐渐发展控制整个东亚地区,之后东退的过程。春季扰动温度暖中心由我国华南地区逐渐西移至高原南部,中心强度逐渐增大,夏季扰动中心稳定在青藏高原南部;②TDI的年变化曲线呈现出明显的单峰型特征,表明高原的热力作用从4月开始明显增强,并在7月达到最大,9月后又迅速减弱;③各月TDI的最高值、最低值和平均值均表现出夏季大冬季小的特征,夏季TDI变幅明显小于其他季节;④TDI具有明显的年际变化,但春(夏)季该指数存在一定(明显)的月际差异,且无明显的线性变化趋势。
2016, 44(4):622-630.
摘要:选取长江流域沿线及三峡库区12个代表站,根据中国500年旱涝图集等级和各站建站以来5—9月降水量资料,按照旱涝等级标准,分别得到长江全流域、上游流域、中游流域、下游流域及其三峡库区1470—2011年旱涝等级序列。结果表明:长江各流域及其三峡库区均呈现较为明显的旱涝交替阶段,20世纪偏旱频率强烈增加,19世纪和20世纪偏涝频率明显增加。长江流域和三峡库区偏旱以上等级具有准160年周期震荡,全流域偏涝以上存在准140年的周期震荡,但20世纪后有所减弱,三峡库区偏涝以上等级存在准百年的周期震荡。三峡建坝蓄水前后库区降水EOF时空分布呈一致减少趋势,与此同时长江上游降水呈下降趋势,反映了长江上游流域及三峡库区气候趋旱;MK突变检验显示水库蓄水前后流域上游和库区降水均未发生显著变化。在全球气候变化的背景下,三峡库区旱涝演变并不是孤立事件,而是与长江上游乃至整个长江流域旱涝背景密不可分。
2016, 44(4):631-639.
摘要:利用滇池流域5个气象站1961—2010年逐月的20 cm口径蒸发皿蒸发量观测资料,分析了流域蒸发皿蒸发量的时空变化特征,与动力因子(风速)、热力因子(平均气温、平均气温日较差、日照时数)、水分因子(降水量、相对湿度和水汽压)和其他因子(总云量)进行相关性分析,并结合楚雄气象站同期的蒸发皿蒸发量年际变化进行了对比分析。结果表明,滇池流域年际蒸发皿蒸发量存在2~4年为主的周期变化特征;近50年滇池流域年、春季和夏季蒸发皿蒸发量均呈明显的下降趋势,流域中部及以北大部地区蒸发皿蒸发量的下降趋势较昆明气象站周边及流域的南部地区明显;滇池流域与楚雄地区年、春、秋和冬季的蒸发皿蒸发量变化基本相似,但夏季蒸发量变化差异较大;与相关气象因子的相关性分析表明,滇池流域蒸发皿蒸发量变化趋势与热力因子、动力因子呈正相关,与水分因子、其他因子呈负相关,其中平均气温日较差、日照时数、水汽压和平均风速的影响较显著。
2016, 44(4):640-646.
摘要:以乌鲁木齐河流域干旱变化过程研究为目标,利用英雄桥水文站和乌鲁木齐气象台的1960—2010年实测数据,计算年度和季节尺度的SPI和Z值两种干旱指标,对山区和平原区的干旱情况进行对比分析,判断干旱发生的特征以及两种干旱指标计算干旱等级的一致性,通过历年干旱发生情况验证计算结果。结果表明:以乌鲁木齐气象台为代表的平原区1978年前标准化降水指数(SPI)和Z值小于0,处于正常或干旱状态。1978年后,SPI和Z值开始波动性增长,变化趋势由干旱向无旱或正常转变;以英雄桥水文站为代表的山区,1960—2010年两种干旱指标以正常为主发生波动性变化;SPI和Z值两种干旱指标描述多年干旱变化过程一致,趋势变化吻合,具有很好的一致性;对山区和平原区而言,1978年前山区的干旱程度较小,平原区的较大。而 1978年后山区的干旱程度相对较大、平原区的干旱程度较小;对季节性干旱而言,1960—2010年春夏秋季无旱状态所占比例最大,山区和平原区发生的干旱主要以轻旱为主,集中出现在夏秋两季。中旱和重旱的发生比重较小,主要发生在春秋两季。通过验证可知,SPI和Z值的计算结果是有效的,适用于乌鲁木齐的干旱分析。
2016, 44(4):647-652.
摘要:为了因地制宜,合理调整种植结构和布局,有效利用农业气候资源。利用1961—2014年武威市4个气象站点初、终霜日(最低地温≤0 ℃)观测资料,采用现代气候诊断分析方法,系统分析了该市年初、终霜日的时空变化特征。结果表明:受海拔高度、地形地势以及植被覆盖情况的影响,在空间分布上,武威市初霜日为山区早于荒漠区早于绿洲平原区,终霜日为山区晚于荒漠区晚于绿洲平原区,各地初、终霜日存在一定的异常性,正常初、终霜日均在60%左右,对农业生产造成危害的偏早和特早初霜日、偏晚和特晚终霜日的概率均在20%左右。在时间变化上,武威市初霜日呈显著推迟趋势,终霜日呈显著提早趋势,霜期呈显著缩短趋势,终霜日提早的幅度比初霜日推迟的幅度更大。初霜日和终霜日的时间序列均分别存在着8~10年和9~11年的准周期变化。初霜日在1998年发生了气候突变,终霜日在1996年发生了气候突变。
2016, 44(4):653-658.
摘要:利用MICAPS常规资料、中尺度自动站资料以及NCEP 、ECMWF等数值预报产品资料,采用天气学诊断分析方法,对1409号超强台风“威马逊”近海加强、造成广西异常暴雨的成因进行分析。结果表明:①“威马逊”经过的海域温度异常偏高,西南季风急流增强,以及垂直风切变小,有利于“威马逊”近海加强;②“威马逊”与季风急流在海南文昌近海相遇,促使台风中心附近潜热能持续增大,暖心结构更趋于完整,是“威马逊”强度突然加强的重要原因;③充沛的水汽输送和水汽辐合、强烈的上升运动是造成“威马逊”异常暴雨的重要原因。
2016, 44(4):659-668.
摘要:利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°逐6 h的再分析资料、GPS可降雨资料和地闪定位资料,对2013年7月4—5日山东中南部出现的暴雨到大暴雨天气过程的不同阶段特征和成因进行了分析,结果表明:本次暴雨过程是冷暖切变线所引发,暴雨的水汽源于南海;低空急流的强弱和水汽通量的大小呈正相关;暖切变线暴雨的雨强、影响范围和持续时间明显大于冷切变线暴雨;冷、暖切变线GPS可降雨量表现不同,前者短时间内增幅大,地面强降雨在峰值出现1 h后发生,对地面降雨变化反映较敏感,后者强降雨出现前8 h可降雨量快速上升,可降雨量峰值对应地面降雨大值,对地面降雨变化反映不敏感;冷切变线对流性更强,地闪频次为暖切变线降雨的2倍,正地闪频次为暖切变线降雨的1/2,负地闪频次为暖切变线降雨的2倍;降雨云团正、负地闪活跃程度呈反相位关系,正、负地闪的变化能很好地反映强降雨的变化;冷、暖切变线动力结构不同,前者物理量场从低层到高层向北倾斜,后者则为垂直分布;冷切变线上升运动区较暖切变线深厚。
池再香 , 张锦 , 李贵琼 , 赵虎 , 杨淑华 , 刘莉娟
2016, 44(4):669-674.
摘要:为了探明贵州红心猕猴桃果实膨大期气温和降水对其生长的影响,利用贵州省六盘水市水城县猴场乡猴场村2009—2014年5—7月逐日气温、降水资料及其同期红心猕猴桃果实膨大期的膨大直径资料,分析红心猕猴桃果实膨大对气温、降水的响应。结果表明:近6 a来,红心猕猴桃果实膨大期最关键时间为6月,其次是5月。果实膨大最适宜日平均气温为18~24 ℃,其果实横向膨大平均速度为0.48 mm/d、纵向膨大平均速度为0.61 mm/d;果实膨大最适宜日降水量为1.1~20.0 mm,其果实横向膨大平均速度为0.54 mm/d、纵向膨大平均速度为0.60 mm/d,相关性达显著水平(P<0.05)。红心猕猴桃果实膨大期积温与其产量呈反相关关系,其相关性达到极显著水平(P=0.000);降水量与其产量呈正相关关系,其相关性达到极显著水平(P=0.001);果实膨大期积温小于2100 ℃、降水量大于670 mm,其单产量在2.3 kg/m2以上;果实膨大期积温大于等于2100 ℃、降水量小于等于410 mm,其单产量在2.0 kg/m2以下。建立了与红心猕猴桃果实膨大相关的气温和降水的上、下限指标,为其趋利避害、提高产量提供研究依据。
2016, 44(4):675-679.
摘要:根据低成本、高精度、方便快捷测量作物叶面积的实际需要,利用常见的计算机和扫描仪设备,通过选择不同的扫描模式,采用有底板与无底板、有压膜与无压膜以及不同叶状样本的测量方法比较得出,各种处理测量误差都很小,但以无底板、无压膜的300 dpi灰阶法最佳,测量误差仅为0.4‰,并基于计算机图像处理技术研制了相应的扫描仪测量作物叶面积软件,实现了作物叶面积测量、参数选择、图像和数据显示存储调用、数据统计、叶面积指数计算等功能。
2016, 44(4):680-685.
摘要:利用铜仁地区2010—2014年以来61起滑坡事件对应的区域气象站以及气象台站逐小时降水资料,采用统计分析的方法分析了滑坡发生前后的降水类型,建立了不同时效的有效雨量和激发雨量组合的预报模型。结果表明:滑坡前期3天累积雨量与滑坡暴发当日3 h最大雨量组合预报模型的准确率最大,空报率最小,滑坡暴发当日24 h雨量与滑坡暴发当日3 h最大雨量组合预报模型的准确率次之,并分别得到这两种情况下判断滑坡是否发生的判别曲线,根据判别曲线和24 h及3 h降水预报,可以制作铜仁地区的滑坡预报。
2016, 44(4):686-691.
摘要:以某综合体项目为例,结合项目所处区域的雷电特征、设计图纸、现场勘测所得地质和地形数据等资料,采用《雷电防护风险管理》IEC623052的评估理论和方法,对其进行雷电灾害风险评估。分析得出综合体项目雷电灾害主要为人员生命损失风险和经济损失风险。同时,为提高综合体项目雷电灾害风险评估精准度,对某些特性因子及参数采用取平均数和面积加权的方法进行取值。通过分析计算得出:在直击雷及地电位均衡防护措施均较完善的情况下,其雷电灾害风险主要为因雷击电磁脉冲引起内部系统故障风险分量〖WTBX〗R〖WTBZ〗c(T)及〖WTBX〗R〖WTBZ〗M(T)值偏高造成的经济损失风险。提出从电涌保护器的合理配置、屏蔽及合理布线等方面来降低综合体项目雷电灾害风险。
2016, 44(4):692-696.
摘要:简述了目前我国风云卫星数据服务以及气象服务效益评估业务的现状,利用层次分析法提出风云卫星数据服务评价的6个1级指标和19个2级指标。设计了风云卫星数据服务评测量表,并采用分半信度、因子分析等方法对量表作信度和效度分析, 结果表明所设计的评测量表具有良好的信度和效度,确定了包括服务平台易用性、服务流程规范性、服务响应及时性、服务内容完整性、服务工作主动性、服务宣传广泛性等6个方面的风云卫星数据服务评价指标。