2020年第48卷第1期文章目次

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    2020, 48(1).
    [摘要](63) [HTML](0) [PDF 8.63 M](146)
    摘要:
    2  Geodesics算法在雷达投影转换中的应用检验
    管理 戴建华 吴昊
    2020, 48(1):1-8.
    [摘要](128) [HTML](0) [PDF 2.52 M](179)
    摘要:
    基于上海市气象局布设于临港的X波段移动式双线偏振雷达观测资料,利用反射率因子、差分反射率和相关系数等变量识别出东海大桥固定地物回波位置,进而采用Geodesics和HRAP(Hydrologic Rainfall Analysis Project)投影转换算法将雷达回波的极坐标位置转换至地理坐标。以国家测绘局利用GPS技术测量的沪芦高速(东海大桥段)地理坐标作为真值,将环境大气分为晴空回波〖CD*2〗低湿度情况和降水回波〖CD*2〗高湿度情况分类检验两种算法的效果。检验算法包含经投影转换后地物回波样本位于桥面主体内部的数目(多边形检验)和样本偏离桥体中心线的距离(中心线检验)。其结果表明:Geodesics算法在多边形和中心线检验方面表现均优于HRAP算法,其在雷达投影转换的实际业务中具备一定的应用价值。
    3  基于数字高程的波束遮挡订正及在雷达定量估测降水中应用
    陈婉婷 何建新 史朝 马建立 林青云
    2020, 48(1):9-14.
    [摘要](106) [HTML](0) [PDF 10.06 M](495)
    摘要:
    地形的起伏使雷达波束受到严重的遮挡,使回波数据质量受到很大干扰。本文使用SRTM任务的DEM数据和谷歌公司的DEM数据分别计算了位于北京南郊的S波段雷达低仰角的波束遮挡率,建立了部分遮挡区域的回波反射率订正关系,并在2018年5月19日北京一次大范围层状云降水过程中,对波束遮挡订正前后的雷达定量估测雨量与地面3个雨量计观测结果进行了定性与定量化对比分析。结果表明:①波束遮挡订正有助于改善反射率因子的空间连续性。波束遮挡订正后的仰角0.5°的反射率与1.5°的反射率之间的差值整体呈现缩小特征,符合层状云降水垂直廓线特点。②09:00—11:00,相比波束遮挡订正前的雷达定量估测雨量(QPE),波束订正后的QPE准确性得到改善,使用分级标准误差与归一化平均偏差评价波束遮挡订正前后QPE与雨量计实测值之间的误差,波束订正后的反射率估测雨量与雨量计实测雨量一致性更好。
    4  边界层风廓线雷达相控阵天线子阵设计与应用
    刘宁波 张建云 梁学东 李翠娜
    2020, 48(1):15-22.
    [摘要](93) [HTML](0) [PDF 9.42 M](195)
    摘要:
    对比研究了国内外风廓线雷达产品天线系统和子阵的类型,设计了一款5波束有限相扫相控阵微带天线子阵。此天线系统由21个相同的正方形子阵组成,每个子阵包含16个阵元,4×4的正方形对称划分,每个阵元采用东西向、南北向2点同轴背馈馈电,子阵内双方向分别设计了等幅等相馈电网络,进而实现了东西向和南北向的水平极化。天线子阵各端口驻波小于1.2,提高了天线探测灵敏度,缩小了相控阵天线阵面面积,减轻了天线阵重量。结合子阵划分,优化了相控阵天线系统泰勒加权。天线具有两维步进电扫功能,在空域形成5个波束的探测。应用在TWP3型边界层风廓线雷达上,雷达探测高度大于5 km。
    5  观测场内自然降雨的空间均匀性研究
    宋海润 罗仑 王晓蕾 杨会兵
    2020, 48(1):23-30.
    [摘要](214) [HTML](0) [PDF 3.36 M](244)
    摘要:
    以分辨率为1 m的10 m×20 m和10 m×10 m观测网为研究对象,运用自制雨量杯开展自然降雨测试试验,结合克里斯琴森均匀系数、分布均匀系数、降雨偏差系数、降雨极值比系数、单因素方差分析等数学方法对自然降雨的空间均匀性进行了研究,分析了风、降雨量对空间均匀性的影响,并讨论了降雨测量仪器在动态比对试验中仪器的架设间隔问题。结果表明:观测场内自然降雨的空间均匀性良好,且各项均匀性指标具有较好的一致性;风对该观测场内的降雨空间均匀性影响不大,而降雨量的差异对其空间均匀性有一定的影响;在动态比对试验中,降雨测量仪器的架设间隔应小于5 m,且部分小型降雨测量仪器(如收集杯)架设间隔取1 m可行。
    6  基于特征向量法的地基红外高光谱反演大气温湿廓线附加影响因子分析
    李宛桐 黄威 姜明 史静
    2020, 48(1):31-39.
    [摘要](148) [HTML](0) [PDF 1.77 M](234)
    摘要:
    在地基高光谱遥感中,特征向量法获取的温湿廓线以初值的方式对物理反演进行约束,其反演精度对物理反演结果有着重要的影响。利用AERI的观测辐射资料和同站点的探空数据,基于特征向量法分析了温度廓线与湿度廓线反演的异同点;研究了主成分个数的选择问题,综合考虑反演精度和特征向量中包含的信息将反演温度廓线和湿度廓线的最优主成分个数定为7。为提高反演精度,引入地面温度、湿度、气压作为影响因子,试验结果表明,考虑反演精度和稳定性,地面气压的引入相比于其他2种单一气象要素以及3种气象要素组成的因子集表现更好,尤其是对边界层中下部的温湿廓线有着明显的提升,并随着高度的降低提升作用更明显,温度廓线RMSE降低最高达到1.5 K,湿度廓线RMSE降低最高达到0.42 g/kg。同时,分析了对数反演形式对湿度廓线的影响,结果表明,以水汽混合比的形式反演时取自然对数对反演精度的影响较小;将反演得到的水汽混合比转化为相对湿度后,取自然对数对反演精度有12%以上的提升。
    7  广州夏季地基微波辐射计红外传感器观云性能分析
    潘赟 王振会 姜苏麟 雷连发 李青 马丽娜
    2020, 48(1):40-45.
    [摘要](90) [HTML](0) [PDF 888.93 K](169)
    摘要:
    为进一步评估地基微波辐射计红外传感器的观云性能,收集了2017、2018两年5—7月布设在广州野外雷电实验基地的一台MWP967KV型地基微波辐射计红外传感器与一台K/LLX502B型激光测云仪观测的云底高度数据,并利用人工观测的天空状况、云状数据进行分类,在不同云类、天空状况下对地基微波辐射计红外传感器云识别和观测云底高度的性能进行分析。结果表明:①地基微波辐射计红外传感器具有良好的云识别能力,准确率达80.4%,由于观测视角的原因,未能识别出有云存在主要发生在“多云”情况下。②地基微波辐射计红外传感器与激光测云仪所测云底高度相关系数为0.63,有着较好的一致性。③因为观测原理不同,地基微波辐射计红外传感器所测云底高度总是高于激光测云仪,且两部仪器在低云阴天时所测的云底高度一致性要优于中、高云多云。综上所述,地基微波辐射计红外传感器用来识别云、观测云底高度具有一定的可行性,尤其是在低云、“阴天”条件下,有着较好的观云性能。
    8  利用地基GPS反演积雪深度
    张京江 张双成 郭立峰
    2020, 48(1):46-51.
    [摘要](55) [HTML](0) [PDF 2.72 M](159)
    摘要:
    利用全球导航卫星系统反射信号研究测站周边地表环境参数是近年来遥感领域的研究热点之一。利用测量型全球导航卫星信号接收机数据,实时获取其周边的积雪深度,是对现有降雪监测方法的有效补充。该文基于GPS信噪比与信号振幅的变化特征,研究了使用GPS信噪比观测值进行雪深探测的算法,并首次使用国家气象观测站的业务观测数据对地基GPS反演雪深算法进行了验证。对比试验使用近两个月的人工积雪深度测量值与GPS信号反演的积雪深度值进行了逐日比较,二者的吻合度较好,标准偏差为2.04 cm,相关系数为0.94。该对比试验表明,利用常规测量型地基GPS接收机观测数据进行雪深探测是可行的。应用地基GPS反演雪深技术,气象部门基于现有的地基GPS水汽监测网可进一步开展积雪环境监测研究。
    9  引入Himawari8卫星数据协变量的能见度样条插值方法
    赵春雷 杨鹏 张杏敏 赵增保 冯一淳
    2020, 48(1):52-58.
    [摘要](71) [HTML](0) [PDF 4.29 M](156)
    摘要:
    在ANUSPLIN薄盘光滑样条插值中,高相关协变量的选取决定了插值结果的精确性。本文选取2017—2019年大雾和霾能见度较差的天气过程,利用183个能见度观测站点对能见度进行插值,引入Himawari8卫星的通道数据和DEM数据作为协变量对能见度的插值结果进行改进,并对能见度插值结果进行对比分析。研究表明,引入Himawari8数据和DEM数据作为协变量的能见度插值结果在精度上有显著提高,尤其对雾区和霾区的边界范围和纹理的反演更为准确,基于Himawari8卫星数据和气象监测站点的观测数据,使用协变量的方法进行能见度插值可以做为能见度监测网格化的一种有效途径。
    10  基于昆明市精细化GIS的天气雷达标准格式基数据应用
    甄廷忠 江龙 段燕楠 王菲
    2020, 48(1):59-67.
    [摘要](103) [HTML](0) [PDF 2.84 M](165)
    摘要:
    以国家地理信息公共服务平台、云南数字乡村、Mapinfo公共数据为数据源,在C#开发环境下实现了精细到乡镇、公路、行政村、自然村的昆明市精细化地理信息系统(GIS)的自主研发,解决了基层气象部门缺乏精细化GIS的难题。介绍了标准格式基数据的解析、成图过程及注意事项,在全国范围内较早实现了天气雷达标准格式基数据在基层气象部门的业务应用。在业务应用过程中,发现了CC天气雷达标准格式早期基数据存在回波强度严重减弱的问题;昆明市精细化GIS与昆明天气雷达回波图的融合应用,可以精确定位雷达强回波区,对精细化气象服务具有指导作用,提高了强天气精细化预警能力、短时临近精细化预报能力和防灾减灾能力。
    11  FY4A闪电成像仪FPGA单粒子翻转防护
    康宁 郭彦 惠雯 何兴伟 彭艺
    2020, 48(1):68-75.
    [摘要](61) [HTML](0) [PDF 4.49 M](149)
    摘要:
    FY4A卫星是我国首次星载闪电成像仪的静止气象卫星,其采用的可重载型FPGA芯片可连续在2 ms时间,按像元完成针对400×600像元的多帧闪电信号数据处理,实时生成闪电数据及地标观测数据,并具有在轨软件上注更新配置功能。由于近地空间环境复杂,因此FPGA属于单粒子翻转敏感器件,需要采用多种手段进行单粒子翻转防护。在FY4地面应用系统工程建设中,根据FPGA单粒子翻转对闪电探测产品所造成影响的不同,结合闪电事件数据逻辑关系、系统资源等情况,设计并在地面系统中部署了单粒子检测程序,实现了FPGA单粒子翻转异常自动辨识;根据闪电观测任务特点、闪电探测产品恢复时效性要求,同时采取自动判别与自动发令、动态刷新与定时刷新、软件复位与硬件复位等多种单粒子翻转防护综合措施,实现了FPGA单粒子翻转自动恢复。通过以上工作,目前FY4A闪电成像仪已经有效地减少了单粒子翻转效应对闪电探测产品的影响。
    12  铂电阻温度传感器现场检定和实验室检定不确定度评定对比分析
    龚熙 曾涛 王延东 刘园园
    2020, 48(1):76-80.
    [摘要](84) [HTML](0) [PDF 448.50 K](145)
    摘要:
    目前我国自动气象站铂电阻温度传感器的检定方式有现场检定和实验室检定两种。根据《JJG(气象)0022015自动气象站铂电阻温度传感器检定规程》的指导方法,分别对相同的铂电阻温度传感器开展现场检定和实验室检定,并通过GUM法对两种检定方式的检定结果进行测量不确定度评定,对比两种检定方式的测量不确定度,结果表明现场检定中测量重复性引入的不确定度和测量设备引入的不确定度较实验室检定更高。分析两种检定方式的测量不确定度产生差异的原因,建议国家级自动气象站的铂电阻传感器采用实验室检定的方式开展计量检定工作。
    13  一次冷锋过程的云微物理特征分析以及飞机积冰预报检验
    杨洁 王兵 刘峰
    2020, 48(1):81-87.
    [摘要](79) [HTML](0) [PDF 25.63 M](322)
    摘要:
    利用NCEP GDAS/FNL资料分析了2013年2月19日黄淮至江南区域的一次冷锋过程的天气形势,结合MODIS卫星资料诊断云微物理特征,发现冷锋后的江淮大部至黄淮南部包括河南南部环流场配置和温度湿度条件好,云层较厚实且云内温度较低,云中含有足够的液态水,有利于生成积冰。接着采用IC指数法和Willam算法预报积冰概率和强度,用相近时次收到的航空器报告进行检验,发现Willam算法使用的MODIS卫星资料分辨率远高于IC指数法的常规气象资料数据,预报准确率也高于IC指数法。实际工作中同时使用两种方法,能给飞机积冰的预警服务提供可靠的判断依据。
    14  珠江三角洲台风龙卷预警技术与2018年两次龙卷预警试验
    黄先香 伍志方 炎利军 蔡康龙 李兆明
    2020, 48(1):88-96.
    [摘要](83) [HTML](0) [PDF 7.21 M](176)
    摘要:
    利用常规观测、自动气象站、多普勒天气雷达等资料,分析珠江三角洲台风龙卷活动特征、龙卷产生的环境场特征等,给出了珠江三角洲台风龙卷的天气概念模型和预报预警指标,建立了珠江三角洲台风龙卷预报预警方法与流程,并应用于2018年两次台风龙卷预警试验。结果表明,依托该方法分别提前58 min、37 min成功预警了6月8日佛山市南海区的“艾云尼”台风龙卷、9月17日佛山市三水区的“山竹”台风龙卷,证实该方法流程是可行的。
    15  一种改进的降水临近外推预报技术方法研究及效果检验
    郑淋淋 邱学兴
    2020, 48(1):97-106.
    [摘要](158) [HTML](0) [PDF 3.65 M](213)
    摘要:
    中尺度模式对于0~2 h的预报存在起转问题,因此外推预报成为0~2 h临近预报中不可或缺的技术方法。目前INCA(Integrated Nowcasting through Comprehensive Analysis System) 降水外推预报中,外推矢量扰动由外推矢量随时间的变化确定,即相邻时次外推矢量差确定,本文统计2017年7月 江淮地区(29°~35.5°N,114°~120°E)INCA系统相邻10 min外推矢量偏差来代表外推矢量随时间变化。若降水向东北方向移动,则外推矢量方向规定为东北方向。统计结果表明:①对于江淮地区,外推矢量以东北方向和西南方向偏差为主,外推矢量越大,其偏差的大小越大;②从外推矢量方向看,东北方向外推矢量占绝大多数(73%),可能是因为绝大多数降水发生在槽前形势下,引导气流为西南风。基于外推矢量偏差统计样本,随机生成多个符合外推矢量偏差分布的外推矢量扰动,得到多个不确定的外推矢量,将INCA确定性外推预报变为0~2 h降水外推集合预报,采用均方误差(MSE)、TS评分、BIAS评分和Brier技巧评分等方法,对集合预报结果检验表明:随着预报时效增加,集合预报比确定性预报的优势更明显。因此,考虑外推矢量的不确定性可以提高降水外推预报准确率。
    16  广西两次典型低温雨雪天气过程的成因对比分析
    刘蕾 张凌云 李宜爽 李家文
    2020, 48(1):107-114.
    [摘要](87) [HTML](0) [PDF 3.07 M](168)
    摘要:
    利用常规观测资料、ERAInterim、NCEP/NCAR再分析资料,对比分析了2016年1月21—26日和2018年12月28日至2019年1月2日影响广西柳州的2次低温雨雪冰冻天气的成因。结果表明:2次过程期间中高纬均为两槽一脊形势,阻塞高压较常年同期偏强28 dagpm;2018年过程期间近地层强冷平流的持续输送和高层冷空气的补充是柳州2018年气温低于2016年的重要原因,中低层持续的水汽输送及水汽辐合,长时间逆温层维持以及较强的逆温强度使得降雪持续时间及范围强于2016年;2016年过程期间中层强盛的西北气流使冷空气南下迅速,700 hPa急流区以及850 hPa风速辐合区的偏南导致明显的降雪主要出现在广西南部,柳州只出现少量降雪,温度回升较快。
    17  京津冀地区1951—2015年逐日风速序列的均一化
    冯婧 林润生 王冀 窦以文 胡天洁
    2020, 48(1):115-120.
    [摘要](80) [HTML](0) [PDF 933.06 K](149)
    摘要:
    结合台站元数据,对京津冀地区179个国家气象站1951—2015年的日平均风速序列进行了非均一性检验和均一化订正,结果表明:造成序列非均一性的原因,按贡献大小依次是仪器切换占40%、站址迁移占34%、观测时制变更占18%、台站周围环境变化占8%。对比分析均一化序列和原始序列的线性趋势发现:1951—2015年,京津冀地区日平均风速呈下降趋势,均一化序列的下降速率明显更快;二者有相似的空间分布特征, 即河北西北部、北京、天津、河北东南部的西北—东南走向的带状区域中,风速的下降速率最快,河北西部次快,河北东北部最缓慢;均一化序列的下降速率明显偏快的区域主要在39°N以北。均一化序列准确反映了气候变化的特点,数据可靠。
    18  河南省雷电流幅值累积概率分布
    邱洋
    2020, 48(1):121-126.
    [摘要](98) [HTML](0) [PDF 1.54 M](155)
    摘要:
    雷电流幅值是研究区域雷电分布极其重要的一个参数,目前河南省在雷电流幅值方面的研究较少。利用2008—2017年河南省气象部门ADTD闪电定位系统的地闪监测数据,对规程法、IEEE工作组和CIGRE工作组推荐公式的特征函数进行了拟合。结果表明:河南正、负地闪雷电流幅值概率分布存在差异,采用IEEE工作组推荐的公式对河南雷电流幅值累积概率分布进行的拟合效果最佳,同时得出了河南省雷电流幅值累积概率分布函数表达式,为更好地研究河南省雷电特征和开展防雷减灾工作提供了不可或缺的技术参考。
    19  重庆市地形对雷电灾害主要致灾因子影响分析
    赵生昊 覃彬全 刘青松
    2020, 48(1):127-131.
    [摘要](101) [HTML](0) [PDF 1.72 M](160)
    摘要:
    利用2007—2016年重庆市闪电监测资料及该区域数字高程模型,使用GIS空间分析、数理统计等方法,研究了雷电灾害两种主要致灾因子(闪电密度、强度)与3类地形因素(海拔高度、坡度、坡向)之间的关系。结果表明海拔高度、坡向对地闪密度具有影响,坡度与地闪密度呈负相关关系;不同坡向分类之间的地闪强度分布具有明显差异,海拔高度、坡度与地闪强度不相关。
    20  广东地区山火识别方法及其在电网中的应用
    周恩泽 黄勇 陈洁 魏瑞增 王彤 隋三义
    2020, 48(1):132-140.
    [摘要](86) [HTML](0) [PDF 9.78 M](151)
    摘要:
    广东省电网分布密集,覆盖范围广,下垫面地表环境复杂,因此容易遭受自然灾害的侵袭。山火作为灾害之一,对输电线路影响较大,及时有效地实现对山火的监测预警具有重大意义。本文在MODIS山火识别原理的基础上对广东地区进行山火卫星遥感监测,为提高监测精度,文中分别基于时间、空间、云覆盖程度等因素进行了广东省及周边地区2017年典型火点亮温及背景亮温的统计,在此基础上得到更符合当地火点判识标准的阈值表。经验证,该方法在2017年4月3日广东省及周边火点的自动判识中精度可达90.5%,并且多次在广东省电网山火监测中发挥了预警作用。
    21  茶叶寒冻害天气指数保险设计
    汪春辉 陈治杰 陈家金 赵伯听
    2020, 48(1):141-146.
    [摘要](125) [HTML](0) [PDF 4.05 M](163)
    摘要:
    以茶叶萌芽至展叶期寒冻害为突破口,利用1987—2016年福建省泉州市安溪县17个自动气象站2—4月的逐日气象数据及安溪各茶树种植区产量数据,确定茶叶寒冻害的天气指数保险气象指标,分析日极端最低气温与茶叶减产率的关系,建立了茶叶寒冻害指数模型。计算安溪不同区域茶叶种植区不同等级寒冻害的发生概率,应用纯保费率方法厘定了保险费率,并根据福建省政策性农业保险的实际情况,制定茶叶不同区域种植区寒冻害指数保险触发条件、赔付标准,设计了安溪县茶叶寒冻害天气指数保险合同。设计的茶叶寒冻害天气指数保险产品以客观气象数据作为定损依据,可以为茶农提供一种有效的风险转嫁方式,也为保险公司增加新险种提供了技术支撑。

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