2019年第47卷第3期文章目次

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    2019, 47(3).
    [摘要](324) [HTML](0) [PDF 8.29 M](380)
    摘要:
    2  广州S波段双线偏振天气雷达双通道一致性测试及分析
    胡东明 张羽 傅佩玲 田聪聪 刘畅
    2019, 47(3):373-379.
    [摘要](796) [HTML](0) [PDF 3.45 M](626)
    摘要:
    双线偏振天气雷达双通道的一致性,是新一代天气雷达双线偏振升级的技术关键。本文分别采用机外仪表和机内测试信号,测试分析了广州CINRAD/SAD双线偏振雷达接收机双通道的一致性。结果表明:①接收机双通道的动态范围、噪声系数、强度定标等满足设计指标,但测试结果也存在一定的差异,导致偏振参量差分反射率因子ZDR和差分相移〖WTBX〗Φ〖WTBZ〗DP产生误差,需要对这种差异进行定期检查和修正,以确保双通道一致性;②旋转关节对整个接收链路的信号幅度和相位一致性有影响,这种影响随着方位的变化呈现出一定的周期变化规律,因此随着双线偏振雷达的长期运行,方位旋转关节的影响不可忽略。
    3  气象卫星接收天线标校技术及应用
    张作君 王健 张小雪 吕明佳 杨蕾
    2019, 47(3):380-385.
    [摘要](622) [HTML](0) [PDF 1.01 M](502)
    摘要:
    在过去的几十年中,我国气象事业的不断发展,中国风云气象卫星完成了从试验应用型向业务服务性的不断转型,因此对于卫星信号接收天线的可靠性和指向精度要求越来越高。目前用于接收风云系列极轨气象卫星下行信号的天线主要有12 m和4.2 m天线,其具有动态特性高、波束宽度窄等特点,因此需要在天线安装和运行期间对天线的轴系误差进行精确的标定和校准。本文在传统标校方法的基础上,提出了利用太阳进行的误差标校技术,进一步降低了标校环节的复杂程度,提高了标校精度。
    4  基于亮度对比度和暗原色先验原理的白天道路图像能见度检测方法
    郜婧婧 田华 吴昊 杨静 戴至修 张楠
    2019, 47(3):386-396.
    [摘要](505) [HTML](0) [PDF 14.29 M](811)
    摘要:
    低能见度是对道路通行影响最为严重的气象要素之一。随着数字摄像技术和图像识别技术的发展以及气象和交通部门间信息共享工作的开展,利用高速公路沿线摄像头视频数据快速识别能见度成为提高能见度时空监测精度的重要手段。本文提出了一种基于亮度对比度和暗原色先验原理的白天道路图像能见度检测方法。首先根据霍夫变换直线检测方法提取道路兴趣域,然后根据亮度对比度方法检测人眼可分辨最远像素点,将其作为目标点,最后基于暗原色先验原理求取目标点的透射率,并根据能见度与消光系数的关系公式求取图像能见度值。利用安徽省京台高速吴玗北段和宁绩高速宁国互通段视频图像资料和邻近交通气象站能见度监测资料,采用绝对误差和能见度等级误差对能见度检测效果进行检验。结果表明,本方法对能见度的变化较为敏感,能见度等级的检测效果较好,准确度可达95%,对开展公路交通视频图像能见度识别工作具有较好借鉴应用意义。
    5  应用于L波段风廓线雷达的2 kW限幅器设计
    刘宁波 杨明 李翠娜 杜广涛
    2019, 47(3):397-401.
    [摘要](521) [HTML](0) [PDF 1.01 M](542)
    摘要:
    边界层风廓线雷达为气象预报服务提供垂直性、连续性、高时空分辨率的探测数据。针对在全国各雷达站集中式雷达运行过程中限幅器频繁烧毁导致雷达停止工作的问题,设计了一种L波段2 kW高功率无源限幅器。此款限幅器在电路前端引入双耦合电缆和功率电阻,增加了散热能力,一分为二限幅,使通过PIN二极管的功率降低一倍,电路后端多级二极管并联,逐级平缓限幅;具有承受功率高,限幅电平低,插入损耗小的特点。利用ADS软件进行仿真,并对限幅器进行了测试,结果表明各项指标满足设计要求。此款限幅器在边界层风廓线雷达上的应用,极大地提高了雷达稳定性。
    6  自动气象站常规传感器现场检测系统设计
    王明辉 陈冰怀 黄海王莹 黄桂烨
    2019, 47(3):402-407.
    [摘要](628) [HTML](0) [PDF 1.23 M](556)
    摘要:
    设计了一种适合自动气象站常规传感器现场检测的系统,主要介绍了传感器信号采集电路和基于测试数据分析的传感器故障判断方法。在温度、湿度和气压传感器的测试中引入经实验室检定的传感器作为标准器,与待测传感器在同环境下同步测试,经统计学分析实现待测传感器的4种工作状态自动分类;分析风向传感器输出格雷码的码位关系,设计9个不同于计量检定规程的特定测试方位,实现对全部输出码位的检测;在风速和雨量传感器的现场检测中模拟实验室检定流程,达到准实验室检定效果。该成果已应用于广东省气象装备一线保障中,性能稳定,满足保障业务需求。
    7  前向散射能见度仪测试模拟环境与试验
    张世国 汪玮 方海涛 王敏 王毛翠 丁宪生
    2019, 47(3):408-412.
    [摘要](457) [HTML](0) [PDF 2.20 M](711)
    摘要:
    能见度是气象、环境和交通观测重要要素,目前不同原理和型号的前向散射能见度仪没有统一的测试环境和定标标准,导致测量结果差别大。为实现前向散射能见度仪统一测试环境,研制了雾环境模拟舱,采用造雾器和净化器组合实现能见度10 m到50 km模拟。寻找模拟舱内空气均匀度监控方法,消除由空气不均匀带来的误差。测试不同型号的前向散射能见度仪和相同型号能见度仪,结果显示不同型号能见度仪测量值差别大于一倍,同一型号的能见度仪测量值相对误差在±5%内。尝试不同型号能见度仪修正方法,并且验证修正方法可行,修正后的不同型号仪器相对误差在±10%内。
    8  区域自动气象站蓄电池异常状态判别方法
    姜明 史静 崔明 党岳 李文博
    2019, 47(3):413-419.
    [摘要](616) [HTML](0) [PDF 3.46 M](607)
    摘要:
    针对天津市一种常见的CAWS600型区域自动气象站对其供电及功耗进行了详细分析,利用对电池放电特性曲线的归一化处理,得到了针对12V38AH铅酸蓄电池的剩余容量估算方法,同时利用该站蓄电池工作电压的统计规律,提出了针对蓄电池工作电压的极值判定、时间/空间一致性质量控制方法,并对2017年逐10 min观测数据进行检验。检验结果显示,文章提出的质量控制方法可以有效识别出蓄电池异常站点,针对2017年个站蓄电池持续放电情况可提前10 d定位。
    9  基于矩阵补全的气象数据推测
    史加荣 李雪霞
    2019, 47(3):420-425.
    [摘要](459) [HTML](0) [PDF 1.31 M](509)
    摘要:
    传统的气象数据推测大多基于插值方法,而此方法需要近邻台站的完整观测数据,这在很大程度上限制了插值方法的应用。为此,本文提出了一种基于矩阵补全的气象数据推测方法,该方法根据气象数据的近似低秩性来推测缺失数据。首先,选取我国662个气象台站2004—2013年的逐日平均温度和日照时数两种气象要素作为研究对象,通过矩阵奇异值的累积贡献率来检验数据集的近似低秩性。然后设计了两组试验,第1组试验考虑了不同采样概率下各年份的数据推测,第2组试验随机选取某些台站,考虑所选台站数据连续缺测时的推测。最后,使用矩阵补全方法推测缺失数据,采用10 a的平均误差作为评价指标。试验结果表明:矩阵补全方法能很好地推测缺失数据,且具有一定的鲁棒性。
    10  公共气象服务数据传输软件设计与实现
    何佳
    2019, 47(3):426-432.
    [摘要](532) [HTML](0) [PDF 877.74 K](515)
    摘要:
    气象服务数据分发是公共气象服务业务的重要组成。PMSDDS V1.0(Public Meteorological Service Data Distribution Software Version 1.0)公共气象服务数据传输软件是一套业务化的气象服务数据分发系统。该软件对开源传输组件libcurl进行二次应用开发,在FTP协议下传输各类气象服务数据。该系统具有支持公共气象服务产品命名规范下的文件名精确和模糊匹配、多参数控制(包括超时、批处理、传输速率等)、日志等特点,有效解决了数据传输业务部署分散、与业务其他流程紧耦合、重复开发、缺乏日志等突出问题。针对常见数据传输问题如漏传、多传、拥塞、等待等给出解决方案。业务应用结果表明,软件运行稳定,传输成功率达到99.97%以上。软件自上线以来,数据传输业务得到统一部署和监控。据运维部门统计,传输业务年部署量较上一年增加50次左右,因传输问题导致的运维故障率同比下降约33%,大大提高了业务效率。
    11  应用分布式存储技术优化省级CIMISS数据服务能力
    宋智 徐晓莉 张常亮 向筱铭 杨雪
    2019, 47(3):433-438.
    [摘要](445) [HTML](0) [PDF 1.55 M](553)
    摘要:
    随着气象数据量的不断增长,进一步提升CIMISS数据管理和服务能力的需求变得日益迫切。为解决存储系统动态扩展能力不足、并行计算与吞吐效率低下等限制CIMISS继续发展的问题,采用分布式文件系统和NAS技术替代GPFS建设共享文件系统,实现非结构化气象数据的存储功能;采用分布式数据库替代Oracle RAC建设关系数据库管理系统,实现结构化气象数据的存储功能和非结构化气象数据的索引功能。实践证明,该方案能够有效地改善CIMISS的数据存储能力、并发响应能力,适应未来气象业务对数据存储和应用的需求。
    12  海南岛蒸发量的变化特征及其影响因子分析
    施晨晓 羊清雯 王小洁 程洪涛 郑虹晖
    2019, 47(3):439-449.
    [摘要](724) [HTML](0) [PDF 3.06 M](591)
    摘要:
    利用海南岛18个气象观测站1966—2001年逐日20 cm口径小型蒸发皿蒸发量及气象要素资料,通过数理统计方法分析了海南岛年和四季的蒸发量变化特征及气象因子对蒸发量的影响。结果表明:从时间上看,海南岛年蒸发量变化呈波动式下降,蒸发量的减少主要出现在春季,冬季和夏季次之。从空间上看,年蒸发量呈东北少、西南多的分布,其大值区主要集中在西南部,小值区主要集中在东北部和中部地区。MK检验说明年与春冬两季蒸发量的变化呈下降趋势且在1994年前后发生突变。影响蒸发量变化的因子中,日照时数和风速是造成蒸发量减小的主要因子,降水量的影响仅次于风速和日照时数,而气温不是造成海南岛蒸发量减小的主要因子,相对湿度可能是海南岛的蒸发量减小的影响因子。
    13  1961—2015年新疆天山日照时数时空变化特征及其影响因素分析
    武鹏飞 张钧泳 谭娇
    2019, 47(3):450-459.
    [摘要](618) [HTML](0) [PDF 8.23 M](2264)
    摘要:
    采用新疆天山地区55个气象站1961—2015年逐月气象数据,用MannKendall突变检验、基于ArcGIS的混合插值及偏相关分析对天山日照时数年、季节特征及影响因素进行分析。结果表明:①天山日照时数年及季节均呈减少趋势,天山各区域变化差异显著,山区及天山北坡变化趋势明显于南坡。②天山北坡、天山南坡及天山山区年日照时数突变时间为1985年、1980年和1988年,云量和降水是导致突变发生的主导因素。③新疆天山年日照时数由西向东逐渐增加,平原多、山区少,春季呈“东北部多、西南部少”,夏季为 “东北部多、西南部少”,平原盆地高于山区,秋季呈现“北少南多,东多西少”,冬季由南向北逐渐减少。④云量、降水是导致天山地区日照减少的主要因素,少云区日照时数较多,多云区日照时数较少,天山云量减幅或增幅区域,日照时数突变量变化明显。
    14  不同初始场资料对台风“桑美”数值模拟的影响
    李秋阳 沈菲菲 许冬梅 楚志刚 王易
    2019, 47(3):460-468.
    [摘要](495) [HTML](0) [PDF 20.66 M](729)
    摘要:
    以2006年超强台风“桑美”为个例,分别以GFS(全球预报系统)再分析资料和JMA(日本气象厅)区域客观再分析资料为初始场,利用中尺度模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)对台风“桑美”进行高分辨率数值模拟,分析不同初始场资料对台风内部结构和移动路径的影响。结果表明:对于500 hPa高度场和850 hPa水汽、风场等预报,GFS再分析资料和JMA区域客观再分析资料均能较好地把握台风整体的流场形势。从700 hPa风场、近地面风速、降水、雷达反射率、最小海平面气压和最大风速等模拟效果来看,JMA区域客观再分析资料均优于GFS再分析资料。对于台风路径的预报,前15 h内JMA区域客观再分析资料较GFS再分析资料要好,而15 h之后,以这两种资料作为初始场的台风预报路径与实况均有较大偏差。
    15  浙江中西部两次梅雨暴雨过程发生发展机理分析
    郑朝霞 刘学华 方桃妮 周梅
    2019, 47(3):469-475.
    [摘要](516) [HTML](0) [PDF 5.47 M](601)
    摘要:
    利用常规观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料和自动站加密资料,对2017年梅汛期6月21—22日和24—25日两次大暴雨过程进行对比分析,得到两次过程均为典型的梅雨暴雨,不同点如下:①前者700 hPa为暖式切变线,梅雨锋坡度约为45°;后者700 hPa为静止锋切变线,梅雨锋坡度近乎90°,且后者低空急流和梅雨锋强度均明显强于前者。②前者水汽先来源于东海,后来源于南海,水汽来源单一;而后者水汽由南海和东海共同提供,整层水汽通量强度较强。③前者浙江中西部位于湿位涡零等值线附近,表明触发机制为低层冷空气活动;而后者浙江中西部湿位涡上正下负,中层冷空气叠加在低空西南暖湿气流上触发对流不稳定暴雨。④后者浙江中西部为E指数大值中心,且Δθ58指数均为负值,表明夏季风高能高湿气团积聚,有利于中小尺度对流系统发展;而前者Δθ58指数在浙江省大部分地区为正值,区域内上空位势层结较稳定。
    16  利用探空资料确定呼和浩特地区3类强对流天气预警阈值
    袁慧敏
    2019, 47(3):476-485.
    [摘要](707) [HTML](0) [PDF 1.26 M](671)
    摘要:
    利用呼和浩特探空站计算的16个物理量,分析了2012—2016年6—8月呼和浩特地区的冰雹、雷暴大风及短时强降水天气过程中各物理量差异,结果表明:①订正后的(对流有效位能)CAPE大于等于1000 J〖DK〗·kg-1、0 ℃层高度约4200 m左右,-20 ℃层约在7200 m左右,500 hPa和850 hPa温差达-25 ℃,逆温层高度在2 km以上基本可以判定为冰雹天气;②短时强降水对水汽的依赖度更高,且具有更强的热力不稳定性,低层的温度露点差、500 hPa与850 hPa的假相当位温差Δθse(500-850)、大气〖JP2〗可降水量PW也是短时强降水天气的重要判据;③订正后的(下沿对流有效位能)DCAPE值雷暴大风明显大于冰雹和短时强降水,约为其他2类强对流天气的2倍,订正后的CAPE略小于其他2类强对流天气。根据四分位数法、所占比例≥70%以及均值法界定各类预报因子阈值大小,进而确立了呼和浩特地区强对流天气预警指标。经检验均值法确定的阈值指标命中率均达到50%以上,可参考价值较高。〖JP〗
    17  海南岛西部山区人工催化暖底积云随机化效果检验
    黄彦彬 毛志远 邢峰华 陈智超 邢增闻 李光伟 邹晶萍
    2019, 47(3):486-494.
    [摘要](489) [HTML](0) [PDF 7.12 M](523)
    摘要:
    2015—2016年在海南省昌江县霸王岭开展地面暖云烟炉随机化人工催化效果检验,共取得催化和未催化试验样本34个。利用TITAN风暴追踪系统结合自动雨量资料进行统计和物理效果分析。结果表明:催化样本影响区平均增雨量为3.36 mm/2h,未催化样本平均增雨量为2.97 mm/2h,催化比未催化样本平均增加雨量0.39 mm,相对增加11.4%,显著性分析差异显著;对于增长阶段的积雨云,催化样本反射率增强、含水量增大、回波顶高升高;处于减弱阶段的积云,多数催化样本回波减弱趋势趋缓。
    18  FY2F卫星和毫米波云雷达云高观测的个例对比分析
    陈冬冬 赵静 王柏林 宋树礼 王力
    2019, 47(3):495-501.
    [摘要](449) [HTML](0) [PDF 2.12 M](646)
    摘要:
    风云二号静止卫星上装载有可见光、水汽、中长波红外等探测通道,其中红外通道资料可提供卫星云顶温度数据。基于FY2F静止卫星云顶温度资料,结合局地实时探空数据对北京南郊和朝阳站点上空云层进行云高反演,并展开与地基毫米波云雷达探测云顶高关系的对比,分析3种不同云厚(薄云、适中、厚云)条件下的云高观测结果。研究结果表明,二者云顶高匹配度受几何云厚的影响,其吻合度呈现出厚云最佳,薄云最差的特征。
    19  FY4A卫星数据可视化及应用
    王清平 吴晓京 陈阳权 段杰
    2019, 47(3):502-507.
    [摘要](1395) [HTML](0) [PDF 5.18 M](856)
    摘要:
    2016年12月11日我国发射了FY4A新一代静止气象卫星,其高时间和空间分辨率能够加强航空气象中的监测应用,为了更好地应用FY4A卫星的各类观测产品,本文利用Python语言实现对FY4A卫星AGRI观测仪器所探测的2 km、4 km分辨率的全圆盘和中国区域可见光、红外图像资料及7.8 km分辨率闪电监测资料进行解码并可视化显示出图,将绘制的卫星图像与国家卫星气象中心网站对外开放的卫星云图进行对比。结果表明:两者显示较为一致,可以用于航空气象业务。Python语言语法简练,对于卫星HDF和NC格式数据读取速度快,Python的Numpy工具包基于矩阵的运算能快速处理卫星观测数据,Basemap库中多种投影方式可供业务应用,值得推广。
    20  香港市域大气加权平均温度模型构建及其应用
    孙菲浩 郑南山 杜飞
    2019, 47(3):508-512.
    [摘要](379) [HTML](0) [PDF 973.95 K](470)
    摘要:
    为提高地基反演大气可降水量中加权平均温度的计算精度和效率,以香港市域为例,根据2017年香港无线电探空资料,设计了一种以地面气压为基础的大气加权平均温度模型,并通过2014—2016年探空数据对该模型进行验证,分析表明该模型与探空数据得到的加权平均温度有良好的一致性,具有较高的精度。基于气压回归模型和气温回归模型对2017年7月香港地区进行地基反演大气可降水量,验证新建模型的水汽反演精度。结果表明,该模型能很好的满足地基反演大气可降水量的精度要求,相比于气温回归模型反演精度有了较好的提升。
    21  浙江省地理参数对地闪的影响
    张祎 姜瑜君 赵伟 李浩
    2019, 47(3):513-519.
    [摘要](336) [HTML](0) [PDF 1.48 M](519)
    摘要:
    利用2007—2016年浙江省地闪数据,数字地形海拔数据、土地覆盖数据和HWSD数据集,定量化分析海拔、坡度、坡向、土地覆盖类型、土壤电导率对该地区地闪的影响。研究结果表明:浙江省地闪主要集中在海拔0~600 m、坡度0°~30°;坡向东南地闪次数最高,坡向西地闪次数最低;林地地闪次数最高,湿地地闪次数最低;地闪对应的电导率主要集中在0.1 dS/m。单位面积下,地闪次数随海拔、坡度、电导率均呈现先增加后减少的趋势;坡向东、东南地闪次数较多,坡向西、西南地闪次数较少;土地覆盖类型地闪次数最高是城市和建筑区,最低是水体。此外,地闪强度平均值随海拔增加呈现先减小后增加的趋势;陡度平均值随海拔增加而减小。两参数均随坡度增加而减小;随电导率增加呈现先增加后减少的趋势。以5 km×5 km为网格单元统计网格内各参量平均值进行相关分析发现,浙江地区电流强度、陡度均和海拔、坡度呈现负相关。
    22  基于最大熵模型的中国血吸虫病传播风险评估
    段居琦 周骥 黄大鹏 刘绿柳
    2019, 47(3):520-525.
    [摘要](359) [HTML](0) [PDF 3.12 M](576)
    摘要:
    气候生态因子是影响媒介传播性疾病流行风险的重要环境因素。本研究根据文献调研选取影响中国血吸虫病传播风险的潜在气候生态因子,基于各潜在因子的作用大小确定影响中国血吸虫病传播风险的主导因子,发展主导气候生态因子〖CD*2〗血吸虫病关系的最大熵模型并评价其对中国区域血吸虫病传播风险的模拟效果。结果表明:影响中国血吸虫病传播风险的气候生态因子有年降水量、最暖月平均气温、稳定通过10 ℃持续日数和增强型植被指数(EVI),其累积贡献率为研究因子总贡献的98.6%;最大熵模型能较好地揭示中国血吸虫病传播风险与主导气候生态因子关系,其受试者特征曲线(ROC)评价结果为“非常好”(AUC为0.917);模型模拟的中国血吸虫病传播中高风险区位于江苏南部、浙江北部、广西中部、广东北部、云南北部、四川中部及湖北东部、湖南东北部、安徽中部、江西北部等地。研究结果对气候环境影响下中国血吸虫传播风险评估和疾病预防宏观对策制定具有工具价值和参考意义。
    23  田阳三化螟蛾盛发高峰初日气象预警模型
    周冬梅 莫绍宁 欧阳兆云 农万江 黄晓文
    2019, 47(3):526-530.
    [摘要](278) [HTML](0) [PDF 516.97 K](466)
    摘要:
    三化螟为水稻主要害虫之一,单食水稻,在田阳一年发生完全4个世代,开展各世代螟蛾盛发高峰期气象预警,对科学适时防螟灭虫,虫口夺粮意义重大。利用农业植保部门提供的三化螟蛾盛发高峰期虫情资料和气象部门气象观测同期资料,采用逐步回归方法,建立三化螟蛾盛发高峰初日气象预警模型。结果表明:各世代预警模型输出的盛发高峰初日与实况误差3天的拟合正确率为82.2%~92.9%。试报2015—2016年,第1世代预报与实况误差为3天,第2代至第4世代误差为1~2天。三化螟蛾盛发高峰初日气象预警模型的拟合正确率、试报结果误差范围比较理想,可投入日常业务应用。
    24  虚拟现实技术在气象领域的应用
    沈晔 徐志刚 李永才
    2019, 47(3):531-538.
    [摘要](630) [HTML](0) [PDF 1.03 M](575)
    摘要:
    将虚拟现实与气象应用相结合,能有效解决气象领域中传统模式存在的局限性问题,是虚拟现实技术的一个主要研究方向。首先介绍了虚拟现实技术的定义与组成,将其发展分为萌芽、初步应用以及全面发展3个阶段,并综述了各阶段的代表性成果,随后,详细论述了虚拟现实技术在天气现象、天气系统和数值预报产品等气象领域的理论研究成果。此外,分析归纳了气象领域中维修培训、影视宣传和气象科普等方面应用虚拟现实技术的典型案例。最后,从虚拟现实产业本身以及其与气象应用相结合两个方面,探讨了虚拟现实技术在气象应用上所面临的问题,并展望了可能的研究方向以及未来前景。

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