2021年第49卷第1期文章目次

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  • 1  封面目錄
    2021, 49(1).
    [摘要](122) [HTML](0) [PDF 8.75 M](694)
    摘要:
    2  基于大型無人機的氣象探測系統設計應用
    李立,錢曉瓊,張志翱,唐克兵,陽治平
    2021, 49(1):1-6.
    [摘要](1462) [HTML](0) [PDF 3.85 M](1708)
    摘要:
    利用高空高速大型無人機自身優勢,設計一種基于大型無人機的新型氣象探測系統,旨在豐富氣象探測技術手段,提高氣象探測的準確性。為了實現高空遠距氣象探測功能,對系統的組成、接口、控制邏輯等進行逐一設計優化,并創新地采用螺旋運轉結構,大幅增加氣象任務載荷數量,使單個吊艙可裝載24枚探空儀。作為一項軍民融合的典型應用,本氣象探測系統的工程化產品已通過功能試驗、力學試驗、環境試驗等各項試驗測試,結果表明系統運行安全有效,滿足執行氣象探測任務的要求。本氣象探測系統的接口設計均遵循通用化、標準化原則,易于推廣到現有其他無人機平臺,具有廣闊的應用前景。
    3  氣象用90m/s回流開閉兩用強風風洞設計
    孔詩媛,劉昕,邊澤強,孫文博,王旭,陸華
    2021, 49(1):7-11.
    [摘要](311) [HTML](0) [PDF 898.25 K](1008)
    摘要:
    為解決國內70 m/s以上風速傳感器沒有檢定和校準能力的問題,本文設計一種風速上限為90 m/s的回流強風氣象風洞,并利用移動導軌使試驗段具備開閉兩用功能。風洞整體尺寸為26 m×10 m×4.2 m(長×寬×高);流速范圍閉口時達到0.49~90.74 m/s;控制系統采用物理量全數字化設計,滿足計量實驗的自動化需求。性能指標通過驗收均滿足氣象低速風洞性能測試規范要求。
    4  前向散射式能見度儀測試方法研究
    王敏,方海濤,張世國,汪瑋,王毛翠,褚進華,方欣
    2021, 49(1):12-17.
    [摘要](399) [HTML](0) [PDF 730.90 K](996)
    摘要:
    針對氣象行業前向散射式能見度儀檢測標準缺失現狀,開展了前向散射式能見度儀室內測試方法研究。文中介紹了前向散射式能見度儀的工作原理,闡述了測量標準設備的組成和技術要求,詳細論述了前向散射式能見度儀的測試項目和測試方法,展示了多臺前向散射式能見度儀室內實測結果。研究表明:利用試驗艙模擬能見度進行測量范圍和示值誤差測試具有可行性,測量標準器可選擇透射儀;響應時間可通過放置散射板或遮光板產生突變信號完成測試。
    5  一種改進的循環神經網絡雷達圖像外推算法
    尹麒名,甘建紅,漆慧,胡文東,張瑩,黎仁國,唐旺
    2021, 49(1):18-24.
    [摘要](392) [HTML](0) [PDF 5.90 M](964)
    摘要:
    臨近強降水預報目的是預測未來兩小時內局地降水強度的分布,準確的外推雷達圖像可以為臨近強降水預報提供準確的時空參考數據。近兩年循環神經網絡模型應用于天氣雷達回波圖象外推得到了較好的結果。本文基于分析現有ConvLSTM和TrajGRU模型的基礎上,從輸入雷達數據層數和修改模型損失函數兩個方面對循環神經網絡外推模型進行改進,并對業務上的雷達圖象序列和競賽雷達圖象序列進行試驗。試驗結果表明,改進的外推模型能更好地捕捉時空相關性,具有更精確的外推效果。
    6  基于雷達產品閾值與聞雷半徑的雷暴過程判別
    孟蕾,廖玉芳,湯亦豪
    2021, 49(1):25-31.
    [摘要](258) [HTML](0) [PDF 1.15 M](1078)
    摘要:
    為向雷暴識別、跟蹤和臨近預報系統提供貼近臺站實際的雷達產品閾值,建立基于雷達觀測的雷暴日判別算法,利用雷暴人工觀測資料和雷達產品數據構建匹配率模型,采用累積距平法識別匹配率拐點來判定閾值和最優聞雷半徑,并計算出回波面積閾值。以常德氣象觀測站為例應用該方法,結果表明:①雷達產品閾值為38.5 dBz,最優聞雷半徑達到25 km,大于利用閃電定位數據與人工雷暴日對比得到的半徑,回波面積閾值為73 km2,經過評估各項閾值取值是合適的;②應用各項閾值結合雷達資料進行雷暴日判別時,需考慮雷暴的季節性變化,常德地區3—8月間應用效果較好;③應用該方法時應根據歷史聞雷方位選擇較長時間序列的雷達單站或雷達拼圖數據樣本構建匹配率模型。
    7  雨滴譜式降水現象儀與人工觀測結果的一致性分析
    吳宜,劉西川,孫宇,張軍
    2021, 49(1):32-39.
    [摘要](339) [HTML](0) [PDF 1.86 M](994)
    摘要:
    為驗證雨滴譜式降水現象儀的測量性能,利用南京市氣象局在江寧布設的PARSIVEL型雨滴譜式降水現象儀2018年1—11月期間的天氣現象觀測資料,重點分析了雨滴譜式降水現象儀對不同類型降水的測量性能。結果表明:①總體而言,雨滴譜式降水現象儀與人工觀測具有良好的一致性,但是在降水時間、降水類型方面存在一定差異。②白天,人工觀測的總降水時間明顯高于儀器觀測結果,主要原因在于人工觀測有時會忽略降水間隙,而儀器可能會漏掉極微量降雨;人工觀測的降水現象分類較粗,有時會忽略降水的精細變化,而儀器能夠靈敏檢測到降雨的短時變化、毛毛雨和雨的轉換、降雨和降雪的轉換等。③夜間,人工觀測有時會忽略個別時次的毛毛雨或雨,而儀器容易漏測微量降水,大雨強條件下有時會把降雨誤判為霰或雪,降水現象的判別算法仍需改進。
    8  DSG5型降水天氣現象儀觀測數據分析與應用
    申高航,高安春,周茂山,李翠華,李素梅
    2021, 49(1):40-45.
    [摘要](636) [HTML](0) [PDF 2.35 M](922)
    摘要:
    目前DSG5型降水天氣現象儀已在國內臺站大量列裝,觀測記錄了許多寶貴的資料。本文通過一次降水天氣過程,分析了DSG5型降水天氣現象儀的數據結構、內容及其在業務中的應用。發現:DSG5型降水天氣現象儀記錄的降水天氣現象與人工觀測基本一致,但記錄的降水開始時間比實際滯后,結束時間比實際提前,一些微弱降水沒有記錄;利用觀測的雨滴譜數據可以揭示降水過程的細微結構和演變特征,加深對降水過程的認識,為處理地面觀測中出現的降水量與天氣現象矛盾等問題提供觀測依據;本次降水過程中雨滴數和雨滴尺度譜存在明顯的時間變化。較多的是直徑0.3 mm左右的小雨滴,但對降水強度影響比較大的是直徑大于1 mm的雨滴,且伴隨著大于1 mm雨滴增加,雨滴尺度譜加寬,地面降水顯著增強。
    9  TK2GPS人影探空火箭與L波段探空數據差異性分析
    程鵬,李寶梓,黃穎,陳佩璇,陳祺,羅漢
    2021, 49(1):46-54.
    [摘要](241) [HTML](0) [PDF 3.31 M](854)
    摘要:
    開展TK2GPS人影探空火箭探測數據的分析檢驗,對于了解試驗儀器的適用性和數據可靠性及其在人影中的應用前景非常重要。利用TK2GPS人影探空火箭和L波段探空資料,采用平均偏差、均方根誤差和相關系數等分析方法,對兩種探空的溫度、相對濕度、風向及風速等要素的差異性和變化特征進行了對比分析,并對可能造成差異的原因進行了探討。結果表明:探空火箭與L波段探空同要素間均呈顯著的正相關,通過了0.05及以上顯著性檢驗。溫度、風速平均偏差和離散度較小,相關性最好;相對濕度的平均偏差雖大,但相關性較好;風向在各高度層的離散度較大。兩種探空的溫度、風速垂直廓線變化趨勢一致性高;相對濕度垂直廓線變化趨勢存在一定差異,前者相對濕度較后者明顯偏小。隨水平探測距離的增加,探空火箭探測數據相對L波段探空的偏差值有所增大。通過相關分析建立的相對濕度訂正方程,能很好地對探空火箭的相對濕度進行訂正。
    10  我國三維云融合分析業務系統(3DCloudAV1.0)研制與開發
    朱智,師春香,劉瑞霞,張濤,谷軍霞
    2021, 49(1):55-62.
    [摘要](1008) [HTML](0) [PDF 11.58 M](64699)
    摘要:
    云是地球系統的重要組成部分,能夠通過影響大氣輻射傳輸,進而影響地氣系統的輻射平衡。目前對于三維云場觀測得到的信息均具有一定的局限性,需要通過融合分析,綜合多源觀測資料的優勢,得到更為準確的三維云場信息。三維云融合分析業務系統(3DCloudAV1.0)基于逐步訂正方法,融合數值預報產品、靜止氣象衛星、雷達等多源數據,實時生成0.05°/h分辨率、覆蓋中國及其周邊地區(0°~60°N、70°~140°E)的三維云融合分析產品,并通過國內氣象通信系統將產品下發至全國氣象部門;系統采用模塊化的系統框架,開發了ECFlow調度進程實時監測與自動重啟等容錯功能,有效地提升了穩定性和可靠性。評估結果表明,通過融合多源觀測資料,三維云融合分析產品能夠對云頂、云中和云底信息進行更為準確的描述。
    11  作業調度軟件LoadLeveler在氣象模式中的應用
    張明,楊效,鄒麗,唐艷娟,張燕
    2021, 49(1):63-68.
    [摘要](250) [HTML](0) [PDF 1.25 M](846)
    摘要:
    西北區域氣象中心高性能計算集群使用LoadLeveler調度管理作業,為實現資源利用率和吞吐量的最大化,本文探討了作業調度管理的作用和方法。通過配置文件關鍵字定義隊列、設置調度算法和調度器調節參數,將作業的處理需求與可用資源進行匹配,依據實際需求定義集群和各種資源的可用性規則,防止作業之間的相互干擾。結合LoadLeveler作業搶占功能,保障區域數值預報業務模式優先穩定運行。利用Perl語言編寫腳本對高性能計算機集群進行資源記賬,使管理員充分掌握各類應用模式的資源使用情況,合理調整系統資源分配調度策略,充分發揮了西北區域氣象中心高性能計算機集群的效益。
    12  近60年永興島熱帶氣旋降水的氣候特征分析
    周宇,凌芬曼,施晨曉
    2021, 49(1):69-76.
    [摘要](237) [HTML](0) [PDF 2.00 M](916)
    摘要:
    對1958—2019年期間,進入永興島及附近區域(11.5°~21.5°N,101.2°~117.5°E)范圍內的熱帶氣旋(Tropical Cyclone, TC)的氣候特征進行分析,結果表明:①永興島平均每年受9.4個TC影響,TC有顯著的下降趨勢,以0.68個/10a逐漸減少,趨勢系數為-0.406;②永興島TC路徑分為5類:向西直行偏北類(A類)、向西直行偏南類(B類)、轉向東北類(C類)、轉向西南類(D類)、從西向東北類(E類),〖JP2〗其中A類占比最大,占52.0%;③TC年均降水有顯著的下降趨勢,其回歸系數為-61.76 mm/10a,趨勢系數為-0.270;④TC活動對永興島強降雨貢獻最多,達到67.8%,其他天氣系統對永興島強降雨的貢獻僅為32.2%,年均TC強降雨日數為4.1 d,非TC強降雨日數為2.8 d,TC強降雨對總強降雨的貢獻率無明顯的趨勢變化,其回歸系數為0.57/10a,趨勢系數為0.055,而TC強降雨日數的貢獻率則呈現下降趨勢,其回歸系數為-4.7/10a,趨勢系數為-0.335,通過α=0.01顯著性檢驗?!糐P〗
    13  近30年六盤山東與西坡降水及空中水汽條件差異特征分析
    鄧佩云,桑建人,楊萌,穆建華,常倬林,曹寧
    2021, 49(1):77-85.
    [摘要](322) [HTML](0) [PDF 4.70 M](935)
    摘要:
    利用1989—2018年歐洲中期天氣預報中心(ECMWF)的ERAInterim高時空分辨率(0.125°×0.125°)再分析資料以及氣象站降水觀測資料,對六盤山區近30年東坡與西坡降水及空中水汽條件差異特征進行診斷分析。結果表明:①近30年六盤山區大氣可降水量、700 hPa比濕、水汽通量與降水量空間分布特征較為一致,呈東高西低、南大北小的特征。②六盤山區的水汽主要來源于低層孟加拉灣、南海及印度洋暖濕氣流的水汽輸送。③六盤山區的水汽輸送特征表現為700 hPa和750 hPa以西南風水汽輸送為主導,750 hPa以下六盤山東側為東南風迎風坡,受地形強迫的影響,東南暖濕氣流在東坡抬升。④六盤山系東坡存在高層輻散、低層輻合或弱輻散的動力場配置,加之地形、東亞季風與天氣系統之間相互作用的共同影響,造成六盤山區降水及空中水汽條件呈東高西低的分布特征。初步的研究結果可揭示區域空中水汽條件的分布特征,為該地云水資源開發提供可參考性依據。
    14  一次致災超級單體雹暴過程數值模擬和發展機制分析
    吳福浪,楊麗敏,蔣迪,陶俞鋒,陳九齡
    2021, 49(1):86-94.
    [摘要](271) [HTML](0) [PDF 9.43 M](965)
    摘要:
    利用高分辨率中尺度數值模式WRF,模擬了2019年3月21日發生在浙江省的一次大范圍致災超級單體雹暴過程,結合多普勒雷達探測產品,分析了風暴的雷達回波結構、流場結構、各類水成物等特征及其演變,并探究冰雹形成的物理機制。結果表明:此次雹暴過程是在高空急流軸右側和低層切變線相重疊的區域發生和發展的,強垂直風切變有利于雹暴的維持和發展。實況超級單體雹暴在雷達回波上呈現出鉤狀回波、持久深厚的中氣旋、典型的高懸強回波、有界弱回波區和三體散射現象。模擬試驗成功地模擬出了雹暴云團的水平演變和垂直結構特征。合適的0 ℃和-20 ℃高度以及-20~0 ℃層厚度有利于雹粒的增長。雹粒子主要由云水、過冷雨水和雪粒子轉化形成,再通過碰并過冷云水、冰晶、雪粒子而不斷增長。
    15  江蘇南部兩次暴雨-大暴雨過程分析
    雷正翠,夏文梅,徐芬,黃文彥,劉梅,劉銀峰
    2021, 49(1):95-106.
    [摘要](426) [HTML](0) [PDF 13.60 M](1485)
    摘要:
    2011年6月10日(簡稱“11〖DK〗·06”)和2017年6月10日(簡稱“17〖DK〗·06”)在江蘇南部出現了兩次暴雨〖CD*2〗大暴雨過程,本文利用常規觀測資料、FNL再分析資料和雷達資料等,對兩次過程進行了分析,結果表明:異常的高低緯度環流形勢配合,為強降水的發生提供了有利的環流背景。兩次過程代表站的物理量場差異較大:“17〖DK〗·06”最大散度值約為“11〖DK〗·06”的2倍;“17〖DK〗·06”最大垂直速度、最大水汽通量散度值約為“11〖DK〗·06”的1.8、1.3倍且大值維持時間均很長。兩次過程均為暖區低質心熱帶海洋型強降水,但“11〖DK〗·06”強回波分散、伸展高度偏低、強度偏弱且無明顯強回波的列車效應;“17〖DK〗·06”強回波排列緊密、伸展高度高、強度明顯偏強且強回波列車效應明顯。螺旋度變化一般提前于降水變化,具有可預報性,可作為大面積降水開始—維持—結束的一個短時(臨近)預報因子。VWP產品中大風區底高的變化,有助于判斷雷達站附近降水的變化趨勢。
    16  2001—2018年北京地區暴雪天氣雷達回波特征分析
    吳劍坤,黃初龍,雷蕾
    2021, 49(1):107-113.
    [摘要](341) [HTML](0) [PDF 14.44 M](2472)
    摘要:
    利用2001—2018年北京市20個國家級氣象站冬季降水資料、常規氣象觀測資料和北京新一代天氣雷達資料,在統計分析北京地區暴雪天氣過程的氣候和環流特征的基礎上,對雷達回波特征進行分析。結果表明:北京地區出現暴雪的天氣形勢主要有四種,分別是低渦低槽型,地面倒槽型,橫槽型和回流型,其中低渦低槽型最多。按照雷達回波類型劃分,北京暴雪一般可以分為混合型和層狀云型,混合型占多數,回波形態呈片絮狀,最強反射率因子可達35 dBz以上,回波頂高在4 km以上。速度場上,大部分個例出現較為明顯的“牛眼”結構,且全部是邊界層低空急流,該低空急流的存在對暴雪的產生和維持至關重要。該研究結果可為冬季暴雪天氣過程的業務預報服務提供參考。
    17  GPM IMERG和ERA5降水數據精度在云南復雜地形區域的評估檢驗
    趙平偉,李斌,王佳妮,楊宏慶,郭萍,龔麗軍
    2021, 49(1):114-123.
    [摘要](582) [HTML](0) [PDF 4.19 M](1153)
    摘要:
    為評估和對比GPM IMERG、ERA5降水數據在云南的適用性,利用2014年4月至2018年6月的地面氣象觀測數據、GPM IMERG衛星遙感降水產品和ERA5再分析降水數據,采用定量和分類評分7項指標評估GPM IMERG和ERA5日降水產品在云南的適用性。結果表明:2種數據存在小雨日雨量高估,中雨及以上量級雨日雨量低估的問題,ERA5數據更為突出,小雨日居多導致降水整體高估;GPM IMERG數據空、漏報并存,ERA5則高空報、低漏報嚴重;小雨日較多(較少)的區域2種數據易出現高漏報(空報);不同雨強區間GPM IMERG秋季降水數據精度最高,冬季存在低雨強低估,高雨強高估的不同表現;20 mm/d以下中低雨強段上2種降水數據與地面站點數據誤差較小,雨強變大,誤差增大,雨強大于20 mm/d時,2種數據隨雨強增大與站點偏差差異更為顯著;隨坡度和起伏度增大2種降水數據精度呈變差趨勢;多項指標評估表明GPM IMERG降水數據在云南具有更高精度。研究結果為應用和開展農業、水利、水文、氣象等相關學科研究提供參考依據。
    18  RCP情景下內蒙古黃河流域徑流預估及其對水資源的影響
    孟玉婧,李喜倉,白美蘭,楊晶,徐靜
    2021, 49(1):124-130.
    [摘要](191) [HTML](0) [PDF 4.02 M](902)
    摘要:
    根據內蒙古黃河流域內72個國家氣象站觀測的1961—2005年和區域氣候模式CCLM模擬的1961—2100年的氣溫和降水數據,采用BP人工神經網絡模型,預估分析3種RCP情景下頭道拐水文站2011—2100年流量變化,評估未來氣候變化對流域水資源的可能影響。結果表明:①2011—2100年內蒙古黃河流域氣溫升高,降水變化不明顯,年平均流量呈減少趨勢,RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景分別減少3.6%、2.7%和23.4%。②未來春季流量以增加為主;夏季在不同情景的變化趨勢不一致;秋季在21世紀50年代前以增加為主,之后以減少為主;冬季則以減少為主。③未來流域可利用水資源呈減少趨勢,尤其夏季水資源的供需矛盾加劇,以及徑流季節分配發生變化,可能產生更大的春季徑流。
    19  杭州單體鋼架大棚風災時空特征
    朱蘭娟,楊軍,范遼生,王俊驕,楊欣潔
    2021, 49(1):131-138.
    [摘要](192) [HTML](0) [PDF 6.76 M](851)
    摘要:
    基于杭州國家基準氣候站1951—2018年大風逐日資料和經過質控后的373個自動氣象站2014—2018年小時極大風速資料,采用MK方法和平均值法,分析杭州建站以來的大風年際變化規律和近5年不同風力等級風的空間分布特征,結合單體鋼架大棚風災等級指標和設施大棚第3次農業普查的鄉鎮級數據,提出農業發展建議。研究結果表明:造成單體鋼架大棚重度受損的大風天數年際變化為波動中下降,2001年出現突變,下降趨勢顯著,各季變化類似;造成單體鋼架大棚輕、中、重3個等級的各級風發生天數和時次數的多發地均為臨安西北部山區、富陽安頂山和杭州灣等區域,其中杭州灣區域也是杭州設施農業主要發展地,需進行重點防御,適當提高建設標準;杭州中心區域為大風低值區,可進一步發展設施農業。一年四季中,造成單體鋼架大棚中到重度風災的風出現天數和時次數均為夏季最高、春季其次、秋季最少,持續時間以冬季最長、秋季次之、春季最短。
    20  基于雙信號源的雙偏振雷達接收機故障診斷技巧
    曾廣宇,郭澤勇,杜云東,羅業永,鄺家豪
    2021, 49(1):139-143.
    [摘要](263) [HTML](0) [PDF 1.94 M](962)
    摘要:
    與傳統天氣雷達相比,雙偏振天氣雷達在硬件組成上改動較大,尤其是在接收機及天線饋線方面。硬件上的改動使得雙偏振雷達的診斷方法存在較大不同。本文通過與傳統天氣雷達在硬件結構和標定通道兩方面的對比,分析了S波段雙偏振天氣雷達與單偏振雷達在故障診斷方面的區別,提出通過“雙信號源+動態法”隔離主通道與測試通道和通過“雙信號源+太陽法”分段隔離主通道的兩種診斷技巧,并例舉了雙偏振雷達的典型故障個例進行分析,為后續雷達規劃的雙偏振雷達升級改造提供參考依據,同時也為臺站對雙偏振雷達的故障診斷提供思路借鑒。
    21  基于ZigBee協議地面氣象觀測原型站無線傳輸系統設計
    宋樹禮,陳冬冬,王柏林
    2021, 49(1):144-147.
    [摘要](263) [HTML](0) [PDF 653.92 K](949)
    摘要:
    為滿足地面氣象自動化實時監測需求,適應氣象觀測向集約化、標準化和智能化的方向發展,中國氣象局氣象探測中心在北京觀象臺建設了代表未來地面氣象觀測自動化發展的業務原型站,設計了基于ZigBee無線傳輸系統。該系統采用當今成熟穩定的電子測量、數據傳輸和控制技術,具有高可靠性、高準確性、易維護、易擴展等特點,支持地面氣象數據對象字典協議格式,地面自動觀測數據實時數據通過ZigBee無線傳輸模塊發送到ZigBee協調器,地面綜合觀測業務軟件(ISOS)通過綜合集成硬件控制器完成觀測數據采集,從而實現地面自動觀測數據的質控和應用。

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