2021年第49卷第5期文章目次

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  • 1  封面與目錄
    2021, 49(5).
    [摘要](212) [HTML](0) [PDF 8.62 M](648)
    摘要:
    2  基于深度語義分割的FY-2E遙感影像云檢測方法
    高昂,肖萌,唐世浩,姜靈峰,咸迪,鄭偉
    2021, 49(5):671-680.
    [摘要](385) [HTML](0) [PDF 14.80 M](1233)
    摘要:
    本文提出了一種基于深度語義分割技術的全自動云檢測算法,可提高FY2E遙感影像的云檢測精度。首先,將FY2E L1數據與精度較高的云檢測結果進行匹配,獲得用于訓練和評估樣本的數據集;其次,設計了深度語義分割網絡, 并針對訓練集中正負樣本嚴重失衡的問題,改進了損失函數,可以有效提取云的邊界;最后,分別以FY2E和MODIS數據作為訓練和標簽樣本訓練網絡,得到了可用于FY2E L1影像檢測的四分類模型。試驗結果表明,在四分類檢測中,所提方法的準確率達到了75%,Kappa系數為0.53左右。與現有多通道閾值法相比,采用所提方法進行二分類檢測可提高約90%樣本的準確率,部分樣本的準確率提升20%以上。此外,所提方法對云邊緣、破碎云等細節識別能力較強,且具有一定的魯棒性,受訓練樣本中的誤判類別影響較小。未來通過擴充數據集并優化網絡,可提高FY2全圓盤影像的數據質量。
    3  L波段高空探測系統的時差及其測量不確定度
    梁靜舒,王海深,胡姮
    2021, 49(5):681-686.
    [摘要](321) [HTML](0) [PDF 1.45 M](857)
    摘要:
    通過分析L波段高空探測系統的時序設計原理,進行GTS1型探空儀與RS92型探空儀的同球比對施放試驗驗證,確定了由L波段高空探測系統的時序設計造成的測量元件感應氣象要素至地面設備計算機軟件賦時之間的時間差,會造成測量結果的隨機波動。L波段探空系統總體時差對氣壓測量影響較大,對溫度的影響較小,對濕度的影響較為復雜;由此造成的氣壓不確定性,將影響探空應用文件的準確性。相對于測量元件的感應時間總是延遲的,其總體散布中心為測量元件感應氣象要素后1.2 s,時差散布的擴展不確定度為0.98 s,氣壓誤差最大可達0.86 hPa。北斗GPS雙模式導航測風探空儀的設計中采用了消除時差的方法,大大減小了測量結果的隨機誤差,并且在2013年12月中國氣象局陽江試驗中效果良好,為該問題提出了改進方法。
    4  前向散射式能見度儀檢測不確定度評定方法
    王敏,張世國,方海濤,王毛翠,汪瑋
    2021, 49(5):687-692.
    [摘要](245) [HTML](0) [PDF 650.90 K](802)
    摘要:
    根據能見度計量檢測實驗室(合肥)前向散射式能見度儀檢測實例,展示了前向散射式能見度儀檢測結果的測量不確定度評定方法。首先,介紹了能見度檢測系統組成和技術要求;其次,建立前向散射式能見度儀示值誤差測量模型,分析了測量不確定度來源;最后,依據不同的評定方法,對測量不確定度分量進行評定。研究結果表明:前向散射式能見度儀檢測結果的不確定度分量主要有被測能見度儀、測量標準器、試驗艙引入的標準不確定度。在50 m和200 m檢測點,示值誤差的擴展不確定度U(k=2)分別為4.9 m和14.3 m;在500~10000 m檢測點,相對擴展不確定度U(k=2)在8.5%~11.0%之間。
    5  濕度傳感器檢定條件的影響
    陳為超,范雪波
    2021, 49(5):693-696.
    [摘要](340) [HTML](0) [PDF 738.49 K](764)
    摘要:
    在濕度傳感器檢定過程中,除露點儀和溫濕度箱引起檢定結果的不確定度外,檢定條件、操作不規范也會給檢定結果帶來附加誤差。本文通過對標準器的各濕度點測得值標準偏差、露點儀工作時的熱效應、掠過露點傳感器的流量變化、露點儀最佳工作環境等進行了實際測試,結合濕度傳感器測試歷史資料,進行了綜合分析。結果表明:①露點儀露點傳感器的過流孔正對氣流方向時,同溫度下露點溫度測得值偏高,露點儀測量的相對濕度偏小,否則會偏大。②在環境溫度為20 ℃時,露點儀在各個濕度點上的n次測量值的標準偏差(離散性)最小。③露點儀的溫度傳感器在吸入式溫濕度箱中,安裝于露點傳感器前端4 cm和后端4 cm時,其后端測得值比安裝在前端測得值的最大值偏高0.45 ℃,相對濕度偏高0.5%。④各濕度點上的穩定時間(當箱內濕度達到設定值并趨于穩定后)應大于或等于20 s時,露點儀和被檢濕度傳感器采集到的標準值和測量值才真實。
    6  氣象大數據云平臺歸檔系統設計及實現
    劉媛媛,何文春,王妍,李江濤,白金婷
    2021, 49(5):697-706.
    [摘要](478) [HTML](0) [PDF 3.78 M](1036)
    摘要:
    本文針對“天擎”歸檔系統的建設需求、總體架構,提出系統實現的若干關鍵技術問題并進行深入分析,氣象大數據云平臺(以下簡稱“天擎”)歸檔系統設計為面向海量數據歸檔存儲的支撐系統,保障數據的安全完整。系統基于在線存儲、離線存儲以及磁帶庫管理軟件,通過層次性結構體系、消息隊列和微服務技術框架,實現多協議數據歸檔、敏感數據歸檔及轉儲數據歸檔等功能,滿足各種新增數據歸檔業務場景,同時具備豐富的數據回取服務、數據全流程的追溯和規范化的磁帶管理保障等功能。2020年8月 “天擎”歸檔系統投入業務運行,每日歸檔的實時數據量約為10 TB,后續最高可承載約240 TB日數據量的歸檔業務。
    7  氣象觀測設備測試與試驗系統設計與實現
    王小蘭,張雪芬,張婷,任曉毓,李濤,胡樹貞
    2021, 49(5):707-715.
    [摘要](250) [HTML](0) [PDF 2.68 M](804)
    摘要:
    為了實現氣象觀測設備測試評估與試驗業務的規范化、標準化和自動化處理,設計實現針對常規地面氣象觀測設備測試評估與試驗的業務系統。系統基于主流Web開發技術和Oracle數據庫,以靈活配置、分層設計、模塊化應用的方式,實現了測試評估與試驗業務中的流程管理、數據配置、設備運行及狀態管理、專家分析計算、數據查詢顯示、測評報告生成導出和系統管理等功能模塊,實現了測試評估與試驗業務的統一規范管理、提高了工作效率,并在雪深觀測儀等設備的測試評估與試驗中得到應用,計算結果和評估結論與人工處理一致。后期將以此為基礎,進一步設計開發探空設備、雷達設備等適用的測試評估與試驗平臺系統。
    8  氣象部門國產化電子簽章云服務的設計與實現
    王甫棣,王帥,汪芳
    2021, 49(5):716-722.
    [摘要](229) [HTML](0) [PDF 1.19 M](727)
    摘要:
    通過在電子文檔上加蓋電子印章,可以滿足政府部門電子公文流轉過程的信息完整性、合法性和不可抵賴性的需求。氣象部門在2005年開始在電子公文系統中推廣電子印章應用,有效地加快了部門內部全流程電子化、提升辦公效率。隨著國家安全自主可控的發展戰略和“互聯網+政務服務”的縱深推進,在氣象政務管理信息系統集約化總體框架下,建設一套基于國產密碼算法和國產版式文件的電子簽章服務平臺,通過云服務的方式為電子公文系統以及行政審批電子證照應用提供電子簽章服務。該系統投入業務后運行穩定,顯著提升了業務的安全性和可擴展性。
    9  氣象云會商系統的設計及應用
    劉然,李小汝,陳永濤,賀俊彥,朱玲玲
    2021, 49(5):723-729.
    [摘要](335) [HTML](0) [PDF 6.93 M](899)
    摘要:
    氣象部門素來有通過視頻會議進行天氣會商的傳統,但受限于技術條件,多年以來天氣會商只能在氣象部門內網環境中進行。為滿足用戶基于互聯網接入天氣會商的需要,國家氣象信息中心于2019年建設完成了氣象云會商系統。該系統依托國產的互聯網視頻會議產品,采用專有云方式進行了部署,并實現了與氣象部門已有的基于H.323協議視頻會議系統的融合對接。通過在多個云會商系統間設置友好企業方式,不僅滿足了氣象部門系統分級和屬地化管理的要求,也極大的提升了跨部門會商聯動的簡便性。本文對該系統的設計方案及關鍵技術進行了闡述,并介紹了其在重大活動氣象服務及氣象部門迎戰新冠肺炎疫情過程中的應用效果,也提出了下一步云會商業務的發展方向。
    10  基于ZABBIX的新一代天氣雷達ROSE系統監控平臺
    王寶云,盧興來,黃曉龍,陳昊
    2021, 49(5):730-737.
    [摘要](443) [HTML](0) [PDF 4.08 M](936)
    摘要:
    本文通過Zabbix的部署,實現了對新一代天氣雷達ROSE系統的臺站級監控。整個監控架構分為省級、ROSE平臺、本局服務器3層,通過Zabbix模板(Templates)添加的形式可以方便地完成主機性能、網絡連接、服務運行狀況等監控項目,而通過構造輪詢函數監控項和關聯觸發器函數可以實現流傳輸的監控和報警;整個監控平臺有著功能豐富的前端界面,直觀展示ROSE系統運行狀況。系統測試表明,Zabbix郵件報警模塊功能正常,試運行期間監控平臺運行穩定,ROSE系統運行狀態評估和實際相符,具備應用推廣潛力。
    11  Python在短臨氣象預報檢驗中的應用
    何佳,惠建忠,何險峰,王曙東,高金兵
    2021, 49(5):738-745.
    [摘要](484) [HTML](0) [PDF 2.95 M](986)
    摘要:
    基于機器學習方法的短臨多氣象要素預報系統(Weather Elements Nowcasting based on machine learning,簡稱WEN)具有高發布頻次、高時間分辨率、基于候和時辰的復雜預報模型等特點。應用多維標簽數組、機器學習工具、并行計算框架等Python庫,以快速計算為目標,建立以預報模型覆蓋時間范圍為統計檢驗時間邊界的檢驗子系統,客觀給出預報性能,為模型調優效果評估、產品業務化運行提供依據。
    12  GRAPES-GFS模式2 m溫度預報的最優時窗滑動訂正方法
    何珊珊,藍盈,戚云楓
    2021, 49(5):746-753.
    [摘要](226) [HTML](0) [PDF 4.70 M](747)
    摘要:
    利用2017—2018年GRAPESGFS模式預報資料和廣西區域自動站逐時氣溫觀測資料,分析模式預報偏差特征,發現GRAPESGFS模式對廣西區域2 m溫度的預報系統性偏低,隨著預報時效增加,預報偏差增大,系統性偏差主要出現在桂北山區、左右江河谷及沿海;春夏秋三季的午后氣溫預報偏差有明顯的系統性,冬季午后氣溫和四季凌晨氣溫預報偏差的隨機性較大。為了確定滑動訂正的最優時窗,通過活動時窗長度的方法,設計不同的滑動訂正方案,制定最優時窗滑動訂正方案,并進一步利用2020年最優時窗滑動訂正業務試驗產品,對比驗證了該方案的訂正效果。結果表明:分別采用固定時窗、季節最優時窗、月份最優時窗等滑動平均訂正方案進行訂正,春夏秋3季的訂正效果明顯好于冬季、午后訂正技巧高于夜間,其中固定時窗滑動平均方案中的長時窗(15~60 d)訂正、季節最優時窗滑動訂正以及月份最優時窗滑動訂正這幾種方式訂正效果最優;所制定的最優時窗滑動平均訂正方案,可以在不同滑動方案的基礎上穩定地提高預報準確率,達到最優時窗滑動的目的。
    13  南海港口大風的環流特征及其預報指標——以海南洋浦港為例
    魏曉雯,陳亮,趙蕾,陳明
    2021, 49(5):754-761.
    [摘要](234) [HTML](0) [PDF 13.88 M](1144)
    摘要:
    本文以海南洋浦港為例,利用2015—2019年大風資料,通過合成分析等方法深入探討了不同類型大風過程的環流特征、發生機制及其預報指標。結果表明:①洋浦港大風過程按照影響系統可分為冷空氣型、切變線型、熱帶氣旋型和熱低壓型4種。②冷空氣型大風主要是由強冷平流引發的;當925 hPa關鍵區24 h降溫超過6 ℃且北風分量大于11.5 m/s時,洋浦港6 h后易發生冷空氣型大風;切變線型大風主要產生于強對流引發的雷暴大風、颮線等;當925 hPa低空切變線、500 hPa南支槽等天氣尺度系統出現有利配置,對流有效位能CAPE≥1500 J〖DK〗·kg-1,且具有較合適的對流抑制能量CIN值時,易發生切變線型大風;熱低壓型大風與海陸熱力差異引起的海風鋒密切相關;當海南島西北部陸地與近海海面的6 h變溫之差≥3.5 ℃,CAPE≥1500 J〖DK〗·kg-1,CIN≤20 J〖DK〗·kg-1時,海風鋒極易觸發雷暴大風等強對流天氣;熱帶氣旋型大風主要發生在TC中心附近的等壓線密集帶以及外圍螺旋雨帶的中小尺度對流系統中。業務預報時可在數值預報基礎上結合統計規律以及衛星、雷達等實況資料綜合判定風力等級。
    14  2019年湖南一次重污染天氣過程成因分析
    唐杰,楊云蕓,李蔚,王曉雷
    2021, 49(5):762-769.
    [摘要](268) [HTML](0) [PDF 7.23 M](753)
    摘要:
    2019年12月12—17日,湖南省出現了一次首要污染物為PM2.5的持續時間長、影響范圍大的重污染過程。本文綜合應用湖南省環境監測站發布的AQI、逐小時主要污染物濃度和各類氣象觀測數據資料等,選取長沙為代表站,深入探究本次重污染天氣過程氣象條件、邊界層演變特征等,并探討污染物的來源和外來源氣團移動路徑。結果表明:此過程為輸入疊加本地的復合型污染,污染積累階段的弱冷空氣打通了污染傳輸通道,有利于北方污染物南下,污染爆發階段主要是本地靜穩天氣疊加上游外來源造成,污染清除階段湖南地區地面主要是受較強冷空氣影響,風力加大,污染物迅速稀釋擴散,近地面逆溫的存在是此次污染持續并爆發的重要條件。后向軌跡表明,此次重污染天氣過程是外來源和本地源共同疊加的結果。
    15  昭通機場兩次輻射霧過程的對比分析
    朱虹,沈茜,何娟
    2021, 49(5):770-776.
    [摘要](237) [HTML](0) [PDF 4.79 M](755)
    摘要:
    利用機場自動氣象觀測系統數據和NCEP/NCAR再分析資料,對昭通機場2019年1月3日(“1〖DK〗·3”過程)和12月7日(“12〖DK〗·7”過程)兩次輻射霧過程的天氣形勢、水汽條件和邊界層結構等進行對比分析,探討了兩次輻射霧形成和維持條件的共性和差異。結果表明:①兩次過程均發生在雨雪天氣轉晴后,機場受高壓底后部弱氣壓場控制,但“1〖DK〗·3”過程水汽含量和動力條件明顯優于“12〖DK〗·7”過程,霧濃度和持續時間都大于“12〖DK〗·7”過程。②“1〖DK〗·3”過程是一次典型輻射霧,形成于晴夜、微風、輻射降溫最強烈的凌晨。霧過程中水汽充沛,動力條件適宜,有利于霧的形成和發展。③“12〖DK〗·7”過程輻射霧具有局地爆發性發展的特征,霧爆發前由于水汽和動力條件較差,機場僅形成了輕霧。日出后由于西南方向的霧層向北平流,機場低溫、高濕的環境條件有利于霧維持,近地面風速有利于霧層混合,使機場區域霧爆發發展。
    16  一次臺風引發的遠距離暴雨診斷分析
    張雪慧,田德寶,曾令建,張珊珊,陸琛莉,謝帥
    2021, 49(5):777-784.
    [摘要](294) [HTML](0) [PDF 15.23 M](1131)
    摘要:
    臺風對遠距離暴雨的作用形式復雜,容易出現極端降水,量級和落區的預報難度大。2014年8月8日江蘇東部到浙江北部出現暴雨,通過研究數值預報形勢場、再分析場和各類實況資料,發現暴雨的產生與遠在1300 km外的西太平洋上的臺風“夏浪”有關。江蘇東部暴雨主要由中尺度渦旋造成,臺風通過北側偏東氣流向暴雨區輸送暖濕空氣,有利于暴雨的形成與維持;浙江北部暴雨是中尺度渦旋與臺風環流結合的產物,臺風北上過程中,中心與中尺度渦旋逐漸靠近,臺風外圍環流對渦旋產生牽引,流場形勢發生改變,引導弱冷空氣在浙北近海附近與暖空氣交匯輻合抬升引發暴雨,不穩定能量劇烈釋放產生的中γ尺度氣旋造成了極端強降水。
    17  湖北省近地層風切變特征
    崔楊,陳正洪,何英杰,孟丹
    2021, 49(5):785-793.
    [摘要](238) [HTML](0) [PDF 5.27 M](873)
    摘要:
    為準確掌握湖北省平原湖區近地層風切變特征,利用27座離地高度為120~150 m測風塔各1年的逐時測風數據,研究了70~120 m間風切變的時空變化特征。結果表明:①風切變指數具有明顯的季節、日變化特征,普遍在秋冬季最小、夏季較大,夜間大、白天??;②位于平原湖區和山區的測風塔在70~120 m間的年平均風切變指數分別為0.27和0.12。各塔風切變指數從70 m至150 m逐漸減??;③6座典型測風塔70~120 m風切變指數在較穩定狀態下的頻率最高,為59%~75%;在不穩定條件下的頻率最低,均不超過5%;④當70 m風速在3.0 m/s以下、3.0~10.0 m/s及10.0 m/s以上3個區段時,風切變指數由小變大,在3.0~10.0 m/s風速段與年平均風切變指數最接近,10.0 m/s以上風切變指數離散性最強;⑤分別推算出實測和數值模擬的風切變指數,中部平原地區實測值明顯高于模擬值,總體偏差范圍是-0.06~0.14。該結論可用于近地層低風速地區不同高度的風速推算或訂正,以提高這類地區風能資源評價、開發規劃、風電場選址的科學性以及風電功率預測的準確性。
    18  祁連山北坡云垂直分布特征
    黃穎,張文煜,冒立鑫,王開強
    2021, 49(5):794-798.
    [摘要](265) [HTML](0) [PDF 1.51 M](750)
    摘要:
    利用敦煌、酒泉、張掖、民勤探空站2014—2019年的探空數據,對祁連山北坡云的發生頻率及云垂直結構特征進行分析。結果表明:祁連山北坡全年云的發生頻率為20%~40%,以1~3層云為主,且單層云的發生頻率高于多層云,多層云以2層云為主;云的發生頻率夏高冬低,夏季單層云和2層云出現的頻率較為接近,而春、秋、冬季節單層云出現頻率遠高于2層云和3層云;全年平均云高度2層云的下層云厚度明顯大于上層云,3層云的底層云與中層云之間晴空夾層厚度大于中層云與頂層云之間的晴空厚度;祁連山北坡云層高度季節變化顯著,單層云和多層云的高度都表現為夏高冬低。
    19  基于自然鄰點插值法的洱海湖面降水特征分析
    高志偉,楊坤琳,潘坤,陳彩霞
    2021, 49(5):799-805.
    [摘要](169) [HTML](0) [PDF 2.30 M](789)
    摘要:
    湖面降水是影響湖泊水量和水質的重要因素之一,對湖面降水的研究有利于湖泊水環境的研究和治理。本文利用洱海周邊11個氣象站降水觀測數據,對洱海周邊站點的降水進行分析,并基于自然鄰點插值法對洱海湖面降水進行分辨率為0.01°的網格插值,分析洱海湖面降水的分布特征。結果表明:洱海湖面降水分布時空差異顯著,時間上具有季節性特征,夏季最多,秋季次之,冬季最少;空間上存在顯著分布不均,降水高值中心位于洱海中部靠西岸湖灣區域,低值中心位于東南部湖區,最大格點降水量是最小格點的1.9倍;湖面降水存在明顯的季節性空間振蕩特征,降水的高值中心夏季略有北移向外呈發散性遞減。洱海湖面降水時空分布特征的研究為大氣濕沉降敏感區域和時段的劃分提供數據支持,同時為湖泊水環境研究治理提供科學的技術支持。
    20  基于ERA5資料的廣西地區云水資源評估
    張正國,簡悅,李宇中,詹瑩玉
    2021, 49(5):806-814.
    [摘要](321) [HTML](0) [PDF 5.04 M](884)
    摘要:
    利用歐洲中期數值預報中心(ECMWF)發布的第5代全球大氣再分析資料(ERA5),結合中國氣象局人工影響天氣中心發布的CWRMEM方案云水資源監測評估方法,對廣西區域2009—2018年云水資源進行評估研究,結果表明:廣西年均云水資源總量約5107.8×108 t,其中年均空中留存云水總量約1422.2×108 t,云水以區域內生成為主,年均約凈輸出197.1×108 t云水資源。廣西云水資源存在明顯的季節變化特征,呈單峰分布,夏季6月最高,冬季2月最低,空中留存云水無明顯季節變化。廣西云水水平分布總體呈東北部高,向西和向南逐漸降低的分布特征。廣西秋、冬和春季云水主要分布在低層925~600 hPa,是以液相水滴構成的暖性層狀云云水為主,夏季云水則主要分布在中層600~400 hPa,是以過冷液水滴和冰相粒子構成的混合態云水為主,低層云水顯著減少。
    21  攀西地區森林康養指數綜合分析
    鄭自君,袁東升,房鵬,王建嬙,莫芳,朱家寧
    2021, 49(5):815-822.
    [摘要](243) [HTML](0) [PDF 2.20 M](798)
    摘要:
    采用文獻研究法、專家打分法和層次分析法,對攀西地區溫度、濕度、海拔高度、綠化度、空氣質量等森林康養指標進行分析,構建了森林康養指標的評價體系。結果表明:溫度和空氣質量在森林康養的各指標中影響占比最高;攀西地區空氣污染物少,空氣質量較好,綠化度較高,溫度、濕度舒適,海拔高度適合人類最佳宜居;用ArcGis軟件對攀西地區進行康養分級區劃,〖JP2〗一級康養區域分布在攀枝花的東區、西區、仁和、鹽邊、米易,涼山的德昌、寧南、西昌、會理、會東、鹽源以及木里的河(江)谷地帶或低海拔地區,是養老、病后康復和疾病療養的首選之地,與國內城市如昆明、三亞等地比較更具康養優勢。研究結果可為攀西地區森林康養產業的可持續發展提供必要的科學依據?!糐P〗

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