2020年第48卷第4期文章目次

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  • 1  封面和目录
    2020, 48(4).
    [摘要](83) [HTML](0) [PDF 8.62 M](874)
    摘要:
    2  激光雷达和探空反演的混合层高度对比分析
    徐栋夫,曹萍萍,巫俊威
    2020, 48(4):451-458.
    [摘要](122) [HTML](0) [PDF 1.41 M](866)
    摘要:
    本文利用2016年12月至2017年11月期间晴朗少云天气下的成都微脉冲激光雷达观测数据反演的混合层高度,与温江探空资料确定的混合层高度进行了对比和误差分析,结果表明:基于探空资料和激光雷达数据反演的混合层高度具有较好的一致性,两者相关系数达0.75,激光雷达反演的混合层高度略低于基于探空资料确定的值,在混合层高度为1000~2000 m时,两种方法计算所得的值偏差幅度最小,约为20%;在1000 m以内和2000 m以上,偏差幅度略有增大,为26%;两种方法反演的混合层高度变化趋势较为一致,均呈现出12月、1月较低,4月、5月较高的特点;混合层高度具有明显的日变化特征:上午混合层高度迅速增高,午后增长速度减慢并发展到最大高度,日落后迅速降低;混合层内相对湿度的增加、残留层的存在是导致激光雷达反演混合层高度时产生较大误差的原因之一。
    3  基于一次机场雷击事件评估ADTD地闪定位性能
    包坤,赖晋科,李庆申,庞文静
    2020, 48(4):459-464.
    [摘要](79) [HTML](0) [PDF 4.03 M](870)
    摘要:
    地闪定位系统性能评估可通过理论模拟,也可以基于人工触发闪电或者自然闪电直接观测事实。自然闪电由于发生的随机性和瞬时性,其直接观测事实很少,因此至今基于真实自然闪电回击的地闪定位系统性能评估还很欠缺。本研究基于2016年5月30日发生在广东潮汕机场的雷击事件展开调查,通过本次位置明确的机场雷击事件评估了该区域的ADTD地闪定位性能,并计算了不同站数定位时的定位误差情况。结果表明,ADTD闪电定位系统实时准确地记录了潮汕机场雷击事件,表明其实用性和准确性。通过重定位计算,发现在多站定位时可去除较大误差的站,保证定位结果的准确性,但定位结果并不一定是最优结果。
    4  北京与天津CINRAD雷达回波强度对比分析
    李松如,李郝,刘晓阳
    2020, 48(4):465-473.
    [摘要](89) [HTML](0) [PDF 2.94 M](879)
    摘要:
    认识并消除雷达之间存在的回波强度差异对于跨雷达组网应用有重要价值。利用2012年7月北京、天津两部新一代天气雷达CINRAD降水回波强度的体扫资料,在两部雷达等距离剖面附近对观测值差异进行原因分析,从仰角、方位角、距离、地形、时间序列等角度,讨论匹配样本的一致性和差异特征。结果表明:北京、天津雷达工作状态良好,两者未发现系统性偏差,但两者的方位角可能存在1°左右的偏差;平原地区样本的一致性优于山地;除了距离相关因素(有效照射体体积、高度差异等),电磁波传播路径不同,大气云雨的积分衰减和折射影响不同,也是导致样本差异的原因。
    5  GPM/IMERG产品在鲁南地区的精度评估
    李芳,孔宇,高谦
    2020, 48(4):474-481.
    [摘要](51) [HTML](0) [PDF 4.19 M](876)
    摘要:
    为了评估GPM/IMERG产品在鲁南地区的精度,利用2016年1—12月鲁南地区35个国家气象站的降水观测数据,采用定量和分类评分指标的方法,从时间、空间和降雨强度等方面对GPM/IMERG产品在鲁南地区的适用性进行评估。结果表明:IMERG数据在鲁南地区具有较高的精度,IMERG与站点观测数据相关系数为0.8,均方根误差为5.47 mm/d,相对偏差为2.27%;从时间上来看,IMERG与站点观测区域平均日降水和月降水总体变化趋势是一致的,夏季的估算精度高于其他季节;从空间上来看,年降水量偏多的台站,IMERG数据会低估,年降水量偏少的台站,IMERG数据会高估,IMERG对中纬度山地和丘陵的估测精度优于平原;IMERG产品的估计精度与降雨强度有关,当降水量级为微量降水(小于1 mm/d)时,卫星估测能力较弱,当降水强度为小雨及以上量级时,卫星估测降水产品与实际观测概率密度差异较小;IMERG估算稳定性降水的能力较强,在降水较多月份,IMERG的探测准确率较高、空报率较低、临界成功指数较好。
    6  基于AHP-熵-TOPSIS对极轨气象卫星应用系统健康程度评价指标体系
    邢开云,贾树泽,赵现纲,冯小虎
    2020, 48(4):482-489.
    [摘要](22) [HTML](0) [PDF 761.81 K](860)
    摘要:
    以实现对极轨气象卫星应用系统健康程度进行综合评价为目的,提出结合主观分析的层次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)和客观分析的熵权法(Entropy Weight, EW)确定待评价系统指标值的综合权重,再采用逼近理想解排序法(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution,TOPSIS)对系统的指标进行多角度评价排序来作为最终评价结果。本文根据连续5个月3颗极轨气象卫星在实际业务系统运行中异常指标样本进行实证分析。结果表明该方法较为全面考虑了影响应用系统的多种因素,避免了单一判据的局限性,并对各指标的重要性进行综合对比分析,使得评价结果更科学准确,可以作为构建极轨气象卫星应用系统健康程度评价指标体系的一种方法。
    7  多普勒天气雷达三维可视化分析平台设计与实现
    鲍婷婷,焦圣明,殷笑茹
    2020, 48(4):490-495.
    [摘要](93) [HTML](0) [PDF 4.63 M](908)
    摘要:
    为方便气象业务人员多角度观察雷达回波细节和空间分布情况,本文提出并实现了一个跨平台访问的可交互操作的多普勒天气雷达三维可视化分析平台。首先根据雷达基数据特点提出相邻梯形柱体间隔划分四面体的三维可视化算法,基于B/S模式进行三维可视化分析平台整体架构与设计,最终采用HTML的Canvas 技术和WebGL 技术实现基于Web的雷达回波的二维、三维可视化显示。试验结果表明,多普勒天气雷达三维可视化分析平台具有良好的三维可视化效果和较好交互式可视化体验,为气象工作者提供了一种有效的雷达回波分析工具。
    8  国家气象业务内网WebGIS数据服务系统设计与应用
    陈京华,邓莉,王舒,罗岚心
    2020, 48(4):496-502.
    [摘要](81) [HTML](0) [PDF 4.36 M](904)
    摘要:
    气象数据服务应当以用户需求为导向,从“我们有什么数据”向“用户需要什么数据”的现代服务方式转变。文章分析了气象数据服务过程中存在的服务效率有待提高、服务方式有待转变等问题,从当前气象数据服务的发展和WebGIS的功能特点入手,提出了WebGIS技术与MUSIC接口相结合的气象数据服务方式。在气象数据服务的过程中,用户不必在多种工具软件间进行复杂的操作,WebGIS技术与气象数据统一服务接口(MUSIC)的结合,实现了集空间位置查找、地理空间分析、浏览器端作图、数据检索、数据下载一站式气象数据服务,该方式简化了气象数据服务过程的复杂度,极大地提高了气象数据服务效率,真正实现了气象数据的“所见即所得,所见可分析”效能,有效提升了国家气象业务内网的用户体验。
    9  长江航运气象预报预警服务系统设计与应用
    田刚,王继竹,张华林,张帆,孟英杰
    2020, 48(4):503-510.
    [摘要](45) [HTML](0) [PDF 6.97 M](862)
    摘要:
    为面向长江航运开展可视化气象保障服务,本文设计了天气通航等级来表征天气对航运的影响,给出了应用沿江气象实况监测、网格预报、服务预警信息,计算航运调度管理和船舶行程规划两种服务场景下天气通航等级的具体算法和应用天气通航等级开展智能航运气象服务的方法,介绍了基于天气通航等级的长江航运气象预报预警服务系统的总体设计、主要产品、系统功能和主要特点,并结合航运气象服务发展,探讨了系统未来的改进方向。
    10  GRAPES模式后处理技术改进应用研究
    佟华,胡江林,张玉涛
    2020, 48(4):511-517.
    [摘要](34) [HTML](0) [PDF 1.71 M](866)
    摘要:
    详细梳理了GRAEPS模式后处理系统的计算方案,进行了GRAPES模式后处理中海平面气压计算方案的改进,温度垂直插值方案的改进以及位势高度的垂直插值外插方案的改进等。假定温度廓线随地形高度变化并满足静力平衡条件,对海平面气压及位势高度外插进行改进,改进后海平面气压和低层等压面的位势高度场在青藏高原和南美洲西部等大地形处改进明显,均方根误差和距平相关系数改进较大并通过显著性检验。对温度垂直插值采用的原始插值层进行改进,使得高层等压面温度场的准确性进一步提高,统计检验评分在各区域都有不同程度的提高,尤其是热带地区和东亚地区高层温度场改善明显。这些都为模式产品用户提供了更可靠的数值模式产品。
    11  浙江省高速公路路面温度预报模型性能检验及应用
    邱金晶,陈锋,张珏,倪思聪
    2020, 48(4):518-528.
    [摘要](59) [HTML](0) [PDF 1.82 M](853)
    摘要:
    基于地表能量守恒方程和陆面模式土壤温度计算模块,建立高速公路路面温度预报物理模型。利用2014年6月1日至2015年5月31日8个常规气象观测站和6个交通自动气象监测站逐小时观测资料对模型预报产品进行评估检验,结果表明:预报效果随提前量的减小而提高,常规站(交通站)提前1 h和6 h预报的平均绝对误差分别为1.64 ℃(1.82 ℃)和3.27 ℃和(3.69 ℃)。由模型对输入气象要素的敏感性分析得出:模型对2 m气温最敏感,其次是相对湿度、总云量,且敏感性随着预报提前量的增加而增强。结合浙江省快速更新同化系统数值预报产品,建立浙江省高速公路路面温度预报系统,为全省提供逐12 h更新、12 h预报时效的逐小时高速公路路面温度精细化预报,系统提前1 h和11 h预报常规站(交通站)的平均绝对误差分别为2.81 ℃(3.23 ℃)和2.50 ℃和(2.93 ℃),系统对极端高(低)温预报具有较高的预报技巧。
    12  上海徐家汇地区台风“灿鸿”与良态风风速特征
    韩志惠,王旭,唐玉琪,岳彩军,敖翔宇
    2020, 48(4):529-536.
    [摘要](33) [HTML](0) [PDF 3.43 M](831)
    摘要:
    上海徐家汇地区建筑分布密集且高低不一,是典型的具有非均一下垫面特征的城市地貌。本文利用该地区的地理信息研究了粗糙度长度的分布规律,并基于80 m高度的风速实测数据,对台风“灿鸿”和良态风作用下的平均风速、湍流强度、阵风因子等参数与粗糙度长度之间的关系进行了分析。结果表明:不同风向角对应的计算扇区内建筑物高度、分布密度的差别导致了粗糙度长度值随风向角发生明显变化, 但是变化幅度随着计算扇区的增大而减小;台风“灿鸿”作用下的平均风速最大值大于良态风,两者对应的粗糙度长度变化范围差别甚微,但是台风作用下的粗糙度长度中位数较小且分布相对集中;台风“灿鸿”作用下各向湍流强度均随着平均风速的增加呈明显的减小趋势,但不随粗糙度长度变化;良态风作用下,各向湍流强度不随平均风速变化,而随着粗糙度长度的增加而增加;台风“灿鸿”和良态风作用下,各向阵风因子均随湍流强度的增加而增大,但前者作用下的阵风因子略大于后者。
    13  1961—2018年宁夏地区降雹时空分布特征
    陶涛,邓佩云,曹宁,赵金龙,穆建华
    2020, 48(4):537-541.
    [摘要](71) [HTML](0) [PDF 2.98 M](877)
    摘要:
    利用宁夏地区24个国家气象观测站1961—2018年的逐日观测资料,对降雹时空分布特征进行研究。结果表明:①宁夏地区20世纪60至80年代为降雹多发期;②宁夏降雹整体上多发生在夏、秋两季,但不同区域发生时间又有所不同,北部川区降雹类型属于夏季频发型,中南部地区属于春末夏初频发型,两种类型降雹高峰期相差1个月左右;③9成以上的降雹出现在12:00—20:00;④空间分布总体呈现为高原和山地多,平原和沙漠少的特征,主要降雹区域集中在六盘山山脉所在的固原地区。
    14  海南一次冰雹天气过程成因分析
    冯箫,施萧,李勋
    2020, 48(4):542-553.
    [摘要](76) [HTML](0) [PDF 24.12 M](953)
    摘要:
    利用海南岛上常规观测资料,雷达、葵花卫星等非常规观测资料,欧洲中心再分析资料和NCEP全球实时海温,对比分析了2018年3月3日海南冰雹的环境条件及其中尺度特征。结果表明:①3月2—4日,大尺度环流特征为中层干冷的W—SW急流、低层SW暖气流及地面西南低压槽。②3日的区域大气层结处于稳定转变为不稳定的状态,局地增长的不稳定能量在海风锋的触发下强烈释放,适宜的0~6 km垂直风切变,0 ℃、20 ℃高度有利于对流单体发展成雹暴单体。③2日海南岛附近区域层结稳定,CAPE值偏低;4日海南岛处于低层大风核入口前侧,水汽辐散,海风锋垂直环流被抑制,这些都不利于强对流的发展。④此次降雹单体具有多个雷达回波特征,当移入多普勒雷达静锥区后,利用风廓线雷达资料可监测到高层急流脉动下传,0~5 km、0~3 km垂直风切变相继增大的特征,对判断风暴的演变具有重要参考意义。⑤初生对流单体在地面辐合线和儋州中部露点锋交界处生成,在海风锋北端和海口-澄迈北部露点锋重叠区发展为雹暴单体,雹暴单体前沿的露点锋有新生单体的传播。
    15  南宁冰雹天气类型及预报预警指标
    黄丹萍,梁岱云,陆丽安
    2020, 48(4):554-560.
    [摘要](46) [HTML](0) [PDF 9.98 M](872)
    摘要:
    利用MICAPS历史资料,对2000年以来南宁出现12例典型冰雹过程的环流形势进行统计,根据冰雹天气发生前的环流基本特征及各系统影响比重,归纳为高架冰雹型、高原槽冰雹型、西南暖低压冰雹型3种环流形势。并利用南宁市2009年4月12日、2017年3月18日以及2018年5月7日共3例不同类型的冰雹天气过程的探空资料、MICAPS历史资料以及南宁多普勒天气雷达产品数据,分别从天气背景、物理量场、雷达产品进行详细分析,总结南宁市冰雹预报预警的部分参考指标,得出以下结论:①西南暖低压的存在对南宁冰雹天气的发生起重要作用;②大气层结不稳定、强烈垂直风切变、适宜的0 ℃和-20 ℃高度为南宁冰雹天气的必要条件;③垂直液态水含量存在跃升是判断南宁冰雹是否发生的重要手段。
    16  飞机积冰气象条件研究进展
    孙晶,李想
    2020, 48(4):561-569.
    [摘要](55) [HTML](0) [PDF 945.21 K](883)
    摘要:
    飞机积冰的直接影响气象因子包括大气温度、云中过冷水含量、过冷水滴大小。飞机积冰气象条件的研究对于飞行安全保障、飞机适航验证、人工影响天气等方面具有重要意义。近年来在飞机积冰气象条件研究方面取得了很大进展,文章对飞机积冰气象条件的外场观测、天气系统、监测识别、预报方法、气候分布等方面进展进行了简要综述,并对有关问题进行了讨论。飞机探测结果表明,过冷水时空分布具有明显不均匀性,国外以大量飞机积冰观测试验为基础统计分析了积冰环境,并制定了用于飞机积冰适航验证的一系列标准。产生飞机积冰的主要天气系统是锋面、高空槽线和切变线,冻雨往往产生强积冰。综合多源遥感数据各自的优势信息,建立飞机积冰区域识别技术是主要趋势。具有对云水显式预报能力的中尺度模式为预报飞机积冰提供了更好的工具。同时将多种监测数据、模式数据相融合的实时积冰潜势系统是新的发展方向。
    17  基于加密观测资料的杭州城市热环境及闷热特征分析
    郁珍艳,樊高峰,李正泉,高大伟,王阔,何月
    2020, 48(4):570-578.
    [摘要](36) [HTML](0) [PDF 6.82 M](870)
    摘要:
    基于加密观测的自动站资料,统计分析了杭州主城区热环境空间分布及时间演变特征,结果表明:杭州城市热岛效应在秋、冬季最强,春季次之,夏季最弱。江干、萧山、上城的大部地区为热岛强度主要高值区,年平均值达0.50 ℃以上。秋季最高值达0.75 ℃以上,其余季节高值区为0.50 ℃以上,高值区范围在冬季最大、夏季最小,热岛效应有从老城区向新城区扩展的趋势。杭州城市热岛效应还存在夜间强、白天弱的日变化特征,02:00高值中心达1.00 ℃以上,08:00降到0.50~0.75℃,14:00全市几乎均为0.00~0.25 ℃,20:00最大值为0.75 ℃以上。城区比郊区更易发生闷热天气,程度也更强,但近几年城乡热感差异有缩小趋势。
    18  基于1 km网格的北京暴雨洪涝灾害风险区划
    轩春怡,刘勇洪,杨晓燕,舒文军,吴春艳,胡永锋,杜吴鹏
    2020, 48(4):579-589.
    [摘要](52) [HTML](0) [PDF 7.53 M](883)
    摘要:
    目前许多城市暴雨洪涝灾害综合风险区划对暴雨在复杂地形下可能引发的山洪与地质灾害造成的高风险以及对城市交通安全风险估计不足,同时常规的气象观测资料已难以描述暴雨致灾危险性精细化分布。本文基于自然灾害风险评估理论,利用遴选的293个北京气象自动站2006—2017年逐时降水观测资料、北京2015年1〖DK〗∶25万基础地理信息、2016年Landsat8晴空遥感影像、灾情资料以及网格化的社会经济资料,在承灾体暴露度基础上充分考虑了承灾体对暴雨引发的城市积涝、山洪与地质灾害灾损敏感性差异,从暴雨致灾危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性3个方面开展了北京地区暴雨灾害1 km分辨率的精细网格化风险评估与区划,并结合实际案例进行了分析。结果显示:①基于高密度降水观测资料提取的网格化短历时暴雨频次和暴雨量能较为精细地评估致灾危险性;基于遥感与GIS提取的不透水盖度、地形起伏度与河网密度可有效评估暴雨洪涝孕灾环境敏感性;基于1 km格网化的GDP、人口密度和路网密度以及灾损敏感系数可有效评估暴雨引发的积涝、山洪与地质灾害对人员、财产和公路交通的易损性;②与已有成果比较,本次北京暴雨洪涝风险区划不但凸显了暴雨对城市的积涝风险,也凸显了暴雨引发的山洪与地质灾害风险,同时突出了暴雨对城市交通设施安全的影响;③风险区划结果基本反映了北京市暴雨灾害的潜在风险,北京暴雨洪涝灾害防御的重点区域应放在风险较高的三个区域。
    19  基于卫星遥感的长江三角洲地表热环境人口暴露空间特征
    李佳雯,杨彬云,张曼玉,王泓,杨元建,高志球
    2020, 48(4):590-599.
    [摘要](38) [HTML](0) [PDF 5.27 M](876)
    摘要:
    研究城市地表热环境变化的时空演变规律对防灾减灾具有重要意义。本研究以卫星遥感的夜间灯光,植被指数,高程和坡度为自变量构建了适用于人口空间分布估算的随机森林模型,结合卫星遥感反演的地表温度数据,以2016年夏季为例,研究了1 km分辨率的长江三角洲地区夏季地表热环境人口暴露分布特征。研究表明:①利用随机模型对长江三角洲2016年人口进行1000 m格网空间化分布模拟,变量解释度达到80%,人口空间化结果接近实际。②人口密度高值区和夏季大部分月份内的地表热环境高温区和人口暴露高和极高风险区总体有较好的对应。6月皖北地区高温区面积增大导致地表热环境的人口暴露风险较高等级的面积比例高于其他月份。③在月和季节平均尺度上,地表高温热环境暴露极高和高风险区域面积极少, 处于沿海地区、长江下游沿线以及各县区的中心城市;中等暴露风险区域主要分布在东部及中心城市周边地区;低暴露风险区分布在东北部内陆地区和东北部人口数量相对较少地区。
    20  多情景土壤水分胁迫对固城夏玉米产量的定量影响评估
    谭方颖,李昊,王建林,宋迎波,谭凯炎,任三学
    2020, 48(4):600-606.
    [摘要](30) [HTML](0) [PDF 963.97 K](855)
    摘要:
    基于河北省固城生态与农业气象试验站2013—2015年夏玉米田间水分控制试验资料,分多情景模拟自然环境,研究了水分充足条件下夏玉米穗粒重随发育进程(DVS)的变化特征,对比分析了不同持续时间、不同发育阶段、不同程度水分胁迫对产量的影响,并建立了不同情景水分胁迫下土壤相对湿度与产量的定量关系模型。结果表明,在水分充足条件下,夏玉米穗粒重随DVS的增加呈现“慢—快—慢”的增长特征,其中乳熟—乳熟后10 d的增长幅度和增长速率均为最大;水分胁迫发生在抽雄后10 d—乳熟阶段,粒重减少最明显。夏玉米产量与出苗—拔节(阶段Ⅰ)、拔节—抽雄(阶段Ⅱ)、抽雄—成熟(阶段Ⅲ)以及[阶段Ⅰ+阶段Ⅱ]和[阶段Ⅱ+阶段Ⅲ] 5个不同时段土壤相对湿度均呈线性显著正相关关系,其关系模型表明,水分胁迫程度越严重、持续时间越长,产量减少幅度越大,不同阶段、相同胁迫程度和持续时间对产量的影响总体表现为:阶段Ⅰ<阶段Ⅱ<阶段Ⅲ<[阶段Ⅰ+阶段Ⅱ]<[阶段Ⅱ+阶段Ⅲ],以上阶段土壤相对湿度下降10%,产量分别减少89.7 g/m2、122.7 g/m2、129.8 g/m2、133.7 g/m2和144.4 g/m2,减幅为22.8%~36.8%。
    21  基于网络关注度的天气与旅游相关性分析——以长沙为例
    周威,陈朝晖,李仁鹏,肖硕
    2020, 48(4):607-614.
    [摘要](64) [HTML](0) [PDF 1.68 M](855)
    摘要:
    为掌握网民对天气、旅游的关注程度,分析天气与旅游的相互关系。本研究以长沙国家气象站2012—2018年逐日气象观测数据及百度指数为网络关注度,利用趋势分析、线性拟合等,分析气温、降水、相对湿度、日照时数等因子与长沙天气、长沙全域旅游、长沙乡村旅游网络关注度的相关性。结果表明:三者的网络关注度主要以移动用户为主,约占80%以上;长沙天气的网络关注度与最低气温、相对湿度、风速、日照时数、降水量显著相关,以本地用户关注为主,占比66.4%,其次为北京、广州、深圳、成都;大幅降温、连续暴雨过程、雷电预警等天气上新闻头条的机率大、次数多;长沙全域旅游的网络关注度与平均气温、最高气温、最低气温、风速、相对湿度显著相关;长沙乡村旅游网络关注度与气温、降水量显著相关;长沙天气、长沙全域旅游的网络关注度呈上升趋势,长沙乡村旅游的网络关注度呈下降趋势。游客人数受平均气温、平均最高气温、平均最低气温、日照时数的影响明显。

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