2023年第51卷第1期文章目次
2023, 51(1):1-13.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20210301
摘要:
選取2019年2月至2020年2月廣西區域內出現強對流天氣的時段，將區內6個探空站溫濕廓線資料以及ERA5數據作為基準檢驗，分析了FY-4A衛星溫濕廓線的誤差情況，結果表明：①無云條件下FY-4A溫濕度廓線的偏差相對較小。相對于探空數據，質量控制為0和1的樣本均方根誤差RMSE范圍在1.04～4.16 ℃，總體RMSE為2.61 ℃，850～700 hPa、600～500 hPa以及250 hPa上誤差較小，RMSE 均小于2 ℃。FY-4A與ERA5溫度廓線的差異分布與探空結果相近，RMSE范圍為1.01～4.15 ℃，總體RMSE為2.19 ℃，925～400 hPa以及250 hPa上RMSE 均小于2 ℃。②無云條件下FY-4A濕度廓線總體RMSE為61.06%，低值區位于900～700 hPa，平均約為20.51%。在500 hPa附近誤差最大，可能與干空氣入侵導致垂直方向上含水量突變有關?？傮w而言對流層低層誤差較高層小。③個例中重構的T-Inp圖能一定程度上還原大氣上下層的溫濕結構特征，但對于層結穩定度以及不穩定能量的定量估計還存在一定偏差。經質量控制后的溫度數據較好地反映了冷暖空氣的活動特征，對于強對流潛勢的監測具有很好的提示作用。受云影響時可利用的高質量樣本減少，在業務應用時可以嘗試利用多源數據進行訂正。
選取2019年2月至2020年2月廣西區域內出現強對流天氣的時段，將區內6個探空站溫濕廓線資料以及ERA5數據作為基準檢驗，分析了FY-4A衛星溫濕廓線的誤差情況，結果表明：①無云條件下FY-4A溫濕度廓線的偏差相對較小。相對于探空數據，質量控制為0和1的樣本均方根誤差RMSE范圍在1.04～4.16 ℃，總體RMSE為2.61 ℃，850～700 hPa、600～500 hPa以及250 hPa上誤差較小，RMSE 均小于2 ℃。FY-4A與ERA5溫度廓線的差異分布與探空結果相近，RMSE范圍為1.01～4.15 ℃，總體RMSE為2.19 ℃，925～400 hPa以及250 hPa上RMSE 均小于2 ℃。②無云條件下FY-4A濕度廓線總體RMSE為61.06%，低值區位于900～700 hPa，平均約為20.51%。在500 hPa附近誤差最大，可能與干空氣入侵導致垂直方向上含水量突變有關?？傮w而言對流層低層誤差較高層小。③個例中重構的T-Inp圖能一定程度上還原大氣上下層的溫濕結構特征，但對于層結穩定度以及不穩定能量的定量估計還存在一定偏差。經質量控制后的溫度數據較好地反映了冷暖空氣的活動特征，對于強對流潛勢的監測具有很好的提示作用。受云影響時可利用的高質量樣本減少，在業務應用時可以嘗試利用多源數據進行訂正。
2023, 51(1):14-21.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220120
摘要:
為更好地發揮星地閃電探測資料在中尺度對流系統中的監測預警應用潛力，本文以2018年6月27日山東地區的一次中尺度對流系統為例，利用云頂溫度、云頂降溫率、雷達等資料與FY-4A閃電成像儀LMI（Lightning Mapping Imager）、ADTD（Advanced TOA and Direction system）閃電定位系統星地閃電探測資料，分析了星地閃電數據在中尺度對流系統中閃電分布特征及其與對流演變的關系，結果表明:星地探測閃電一致性較好，LMI相對位于對流云前方，星地閃電與降水區域吻合度較高。在系統發展初期，LMI超前于ADTD探測到閃電，且位于回波中心和前側，回波垂直方向呈現出向前傾斜特征，這對于判識對流移動和演變趨勢有較好的指示作用，在預報業務中可采用LMI的位置來輔助制作強對流落區預報。在成熟階段，星地閃電頻次出現躍增，正地閃比例較高，該時段山東多地發生冰雹災害，LMI多出現在對流系統移動方向前方的弱回波或無回波區內，ADTD則更接近回波中心位置。合并階段，部分LMI位于前方強回波區后部，與強回波區相對應。
為更好地發揮星地閃電探測資料在中尺度對流系統中的監測預警應用潛力，本文以2018年6月27日山東地區的一次中尺度對流系統為例，利用云頂溫度、云頂降溫率、雷達等資料與FY-4A閃電成像儀LMI（Lightning Mapping Imager）、ADTD（Advanced TOA and Direction system）閃電定位系統星地閃電探測資料，分析了星地閃電數據在中尺度對流系統中閃電分布特征及其與對流演變的關系，結果表明:星地探測閃電一致性較好，LMI相對位于對流云前方，星地閃電與降水區域吻合度較高。在系統發展初期，LMI超前于ADTD探測到閃電，且位于回波中心和前側，回波垂直方向呈現出向前傾斜特征，這對于判識對流移動和演變趨勢有較好的指示作用，在預報業務中可采用LMI的位置來輔助制作強對流落區預報。在成熟階段，星地閃電頻次出現躍增，正地閃比例較高，該時段山東多地發生冰雹災害，LMI多出現在對流系統移動方向前方的弱回波或無回波區內，ADTD則更接近回波中心位置。合并階段，部分LMI位于前方強回波區后部，與強回波區相對應。
2023, 51(1):22-30.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220134
摘要:
隨著現代空間技術發展和國家大地坐標系CGCS2000的全面啟用，精確的點位坐標得到了廣泛地應用。庫長小于百米的高分辨率天氣雷達的業務化應用，提高了回波點位表達的準確性要求。在本研究中，定義了雷達“參考定位球”，利用CGCS2000的三維地心坐標，在參考定位球和地球橢球體之間建立數學聯系，通過大地坐標、參考坐標和雷達觀測坐標之間的相互轉換，實現了雷達回波大地坐標的精確計算。在此基礎上對目前普遍采用的地球圓球體近似方法進行了誤差分析：其誤差以水平偏離為主，偏離程度與雷達觀測坐標和雷達緯度位置有關，高緯度雷達和低緯度雷達的偏離程度要大于中緯度雷達；最大偏離隨距離增加而增加，探測距離50～400 km的最大偏離與探測距離之比在2‰～5‰之間，一般情況下可忽略，在坐標精度要求較高時需要考慮誤差帶來的影響。
隨著現代空間技術發展和國家大地坐標系CGCS2000的全面啟用，精確的點位坐標得到了廣泛地應用。庫長小于百米的高分辨率天氣雷達的業務化應用，提高了回波點位表達的準確性要求。在本研究中，定義了雷達“參考定位球”，利用CGCS2000的三維地心坐標，在參考定位球和地球橢球體之間建立數學聯系，通過大地坐標、參考坐標和雷達觀測坐標之間的相互轉換，實現了雷達回波大地坐標的精確計算。在此基礎上對目前普遍采用的地球圓球體近似方法進行了誤差分析：其誤差以水平偏離為主，偏離程度與雷達觀測坐標和雷達緯度位置有關，高緯度雷達和低緯度雷達的偏離程度要大于中緯度雷達；最大偏離隨距離增加而增加，探測距離50～400 km的最大偏離與探測距離之比在2‰～5‰之間，一般情況下可忽略，在坐標精度要求較高時需要考慮誤差帶來的影響。
2023, 51(1):31-39.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20210493
摘要:
近年來，天氣和氣候業務對國外數據種類和時效要求不斷提高，為解決大量數據的收集分發壓力以及管理問題，設計并實現了基于流程控制的國際氣象通信數據收集管理系統。系統應用數據收集器Logstash、Inotify監聽機制與分析平臺Kibana等技術，支持多種通信協議，擴展Scrapy網絡爬蟲功能，通過流程控制、任務調度等方式實現大量數據快速高效收集和集成管理，有效提高數據并行處理能力和可擴展性，且設計了全流程監視，保障數據時效。系統已經上線提供服務，為業務/科研用戶提供全球觀測數據、國外衛星數據和數值預報產品等300余種，日收集數據量約2 TB。
近年來，天氣和氣候業務對國外數據種類和時效要求不斷提高，為解決大量數據的收集分發壓力以及管理問題，設計并實現了基于流程控制的國際氣象通信數據收集管理系統。系統應用數據收集器Logstash、Inotify監聽機制與分析平臺Kibana等技術，支持多種通信協議，擴展Scrapy網絡爬蟲功能，通過流程控制、任務調度等方式實現大量數據快速高效收集和集成管理，有效提高數據并行處理能力和可擴展性，且設計了全流程監視，保障數據時效。系統已經上線提供服務，為業務/科研用戶提供全球觀測數據、國外衛星數據和數值預報產品等300余種，日收集數據量約2 TB。
2023, 51(1):40-48.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20210465
摘要:
為解決全國天氣預報視頻會商系統在自由交互、應用場景和自動化操控等方面的不足，設計建設了新一代全國會商系統。該系統基于云計算和虛擬化技術建成了專有云部署的氣象云會商平臺，彌補了天氣會商在互聯網接入方面的短板，拓展了天氣會商在公務出差、跨部門聯動等場景中的應用。同時，通過將分布式技術應用于會商主控中心，實現基于IP編解碼的大容量信號交互和傳輸，與原有系統相比交互能力提升超過15倍，自動化會議操控技術的引入提升了會議管理和調度能力，也將操作復雜度顯著降低。該系統于2019年3月正式啟用以來，在國慶70周年等重大活動服務保障以及氣象部門抗擊新冠疫情工作中均發揮了巨大作用。
為解決全國天氣預報視頻會商系統在自由交互、應用場景和自動化操控等方面的不足，設計建設了新一代全國會商系統。該系統基于云計算和虛擬化技術建成了專有云部署的氣象云會商平臺，彌補了天氣會商在互聯網接入方面的短板，拓展了天氣會商在公務出差、跨部門聯動等場景中的應用。同時，通過將分布式技術應用于會商主控中心，實現基于IP編解碼的大容量信號交互和傳輸，與原有系統相比交互能力提升超過15倍，自動化會議操控技術的引入提升了會議管理和調度能力，也將操作復雜度顯著降低。該系統于2019年3月正式啟用以來，在國慶70周年等重大活動服務保障以及氣象部門抗擊新冠疫情工作中均發揮了巨大作用。
2023, 51(1):49-55.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220045
摘要:
集成運行控制系統（Integrated Operation and Control System，IOCS）是極軌氣象衛星地面應用系統的重要系統之一，其主要作用之一是規劃多衛星地面站接收任務，確保全球資料的完整獲取。當衛星地面站某個天線出現異常或不可用時，若仍按原有的任務規劃進行數據接收，將直接造成全球資料的不完整，因此需要研究衛星地面站天線狀態的預測和相應的任務再規劃技術，從而及時發現和處理衛星地面站的天線異常、降低連續多軌數據接收失敗風險，最終達到提高極軌氣象衛星數據接收成功率的目的。文章設計了基于統計分析的衛星地面站天線狀態預測方法，并研究了對后續系統運行改變最小、易實現和結果可復核的任務再規劃方法。
集成運行控制系統（Integrated Operation and Control System，IOCS）是極軌氣象衛星地面應用系統的重要系統之一，其主要作用之一是規劃多衛星地面站接收任務，確保全球資料的完整獲取。當衛星地面站某個天線出現異常或不可用時，若仍按原有的任務規劃進行數據接收，將直接造成全球資料的不完整，因此需要研究衛星地面站天線狀態的預測和相應的任務再規劃技術，從而及時發現和處理衛星地面站的天線異常、降低連續多軌數據接收失敗風險，最終達到提高極軌氣象衛星數據接收成功率的目的。文章設計了基于統計分析的衛星地面站天線狀態預測方法，并研究了對后續系統運行改變最小、易實現和結果可復核的任務再規劃方法。
2023, 51(1):56-65.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220037
摘要:
利用1961—2021年中國區域2400余站地面氣象常規觀測資料，根據2019年中國氣象局發布的《區域性重要過程監測和評價業務規定》，對2021年秋季中國氣候基本概況及主要氣象災害進行全面分析。結果表明：①2021年秋季，中國氣候狀況總體偏差，平均氣溫較常年同期偏高，平均降水量較常年同期偏多；由于臺風登陸個數偏少，且強降水以及冷空氣過程影響區域疊加累積效應顯著，導致北方部分省份雨、雪和冰凍災害影響明顯高于南方。②2021年秋季，我國氣象災害形勢復雜嚴峻，極端天氣氣候復合事件多發，以暴雨洪澇、高溫干旱、低溫冰凍雨雪災害為主，災害極端性和區域性特征顯著。區域暴雨過程較常年同期偏多4.2次，北方多地發生罕見秋汛，山西、陜西等地洪澇災害較重；階段性區域高溫天氣多發，區域高溫過程較常年同期偏多2.4次，導致江南、華南高溫干旱復合發展；寒潮過程較常年同期偏多1.2次，過程影響區域疊加累積效應顯著，東北三省和內蒙古部分地區雪情較重。
利用1961—2021年中國區域2400余站地面氣象常規觀測資料，根據2019年中國氣象局發布的《區域性重要過程監測和評價業務規定》，對2021年秋季中國氣候基本概況及主要氣象災害進行全面分析。結果表明：①2021年秋季，中國氣候狀況總體偏差，平均氣溫較常年同期偏高，平均降水量較常年同期偏多；由于臺風登陸個數偏少，且強降水以及冷空氣過程影響區域疊加累積效應顯著，導致北方部分省份雨、雪和冰凍災害影響明顯高于南方。②2021年秋季，我國氣象災害形勢復雜嚴峻，極端天氣氣候復合事件多發，以暴雨洪澇、高溫干旱、低溫冰凍雨雪災害為主，災害極端性和區域性特征顯著。區域暴雨過程較常年同期偏多4.2次，北方多地發生罕見秋汛，山西、陜西等地洪澇災害較重；階段性區域高溫天氣多發，區域高溫過程較常年同期偏多2.4次，導致江南、華南高溫干旱復合發展；寒潮過程較常年同期偏多1.2次，過程影響區域疊加累積效應顯著，東北三省和內蒙古部分地區雪情較重。
2023, 51(1):66-74.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20210428
摘要:
隨著全球氣候變暖和快速城市化，城市夏季高溫及熱浪出現頻次和強度明顯增加，但人口高度集聚的特大城市中夏季高溫長期變化特征對城市熱島的影響程度和作用機制仍不甚明了。本文選擇京津冀特大型城市群的核心城市北京為研究對象，基于長期氣象觀測數據計算夏季高溫和城市熱島強度，闡明5—8月夏季高溫長期變化特征及對城市熱島強度的影響。研究發現，1978—2020年北京城區夏季高溫日數、強度和極端高溫均呈現顯著增加趨勢，相伴隨的是高溫起始時間明顯提前，結束時間顯著推遲；高溫天最高氣溫熱島強度呈顯著降低趨勢，而平均氣溫和最低氣溫熱島強度則呈輕微下降趨勢；5—8月高溫天最高、平均和最低氣溫多年平均熱島強度分別為0.73 ℃、1.61 ℃和2.40 ℃，明顯高于非高溫天的0.09 ℃、0.80 ℃和1.40 ℃，高溫和非高溫天熱島強度差值均在0.6 ℃以上，表明夏季高溫放大城市熱島強度。預估未來全球變暖和快速城市化背景下北京城市熱島效應將進一步加劇，會形成更頻繁和持續更長的夏季高溫，給城市居民帶來嚴重的健康風險。
隨著全球氣候變暖和快速城市化，城市夏季高溫及熱浪出現頻次和強度明顯增加，但人口高度集聚的特大城市中夏季高溫長期變化特征對城市熱島的影響程度和作用機制仍不甚明了。本文選擇京津冀特大型城市群的核心城市北京為研究對象，基于長期氣象觀測數據計算夏季高溫和城市熱島強度，闡明5—8月夏季高溫長期變化特征及對城市熱島強度的影響。研究發現，1978—2020年北京城區夏季高溫日數、強度和極端高溫均呈現顯著增加趨勢，相伴隨的是高溫起始時間明顯提前，結束時間顯著推遲；高溫天最高氣溫熱島強度呈顯著降低趨勢，而平均氣溫和最低氣溫熱島強度則呈輕微下降趨勢；5—8月高溫天最高、平均和最低氣溫多年平均熱島強度分別為0.73 ℃、1.61 ℃和2.40 ℃，明顯高于非高溫天的0.09 ℃、0.80 ℃和1.40 ℃，高溫和非高溫天熱島強度差值均在0.6 ℃以上，表明夏季高溫放大城市熱島強度。預估未來全球變暖和快速城市化背景下北京城市熱島效應將進一步加劇，會形成更頻繁和持續更長的夏季高溫，給城市居民帶來嚴重的健康風險。
2023, 51(1):75-84.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220009
摘要:
利用1996—2020年逐時降水資料，統計分析長江流域30°N沿線不同地形階梯代表區晝、夜、冬、夏降水的頻率、雨量、類條件概率密度等特征，通過研究晝夜比、冬夏比隨經度的分布探討不同高度地形對降水的影響。主要結論如下：①30°N沿線四川盆地內降水量和頻率的夜晝比向東遞減，雅安附近是夜雨強中心區，夜雨現象在四川盆地東側山地108°E以東趨于消失；盆地內強降水比弱降水更易發生于夜間。②30°N沿線冬雨與夏雨存在較大差異，雨量上冬雨小、夏雨大；結構上冬雨弱、夏雨強；降水頻次上存在地域差異，第二地形階梯冬雨少、夏雨多，而第三地形階梯反之；冬雨受大地形影響更為明顯。③根據降水第1類類條件概率密度（CCPD1）冬夏比及冬雨CCPD1距平百分比聚類分析，可將8個分區分為3類，該分類與地理位置、地形階梯有良好的對應關系。④夏雨受局地地形影響顯著，將夏雨CCPD1距平百分比高于10%的峰（低于-10%的谷）值區定義為夏雨強（弱）潛力區，則各分區強、弱潛力區表現各異。江漢平原南部、鄱陽湖以北發生短時強降水潛力較大，雅安出現極端短時強降水潛力大（強潛力區≥61 mm）；冬雨強潛力區（CCPD1距平百分比高于50%的峰值區）位于第三地形階梯上的VII、VIII、IX分區（潛力值1～20 mm），而該降水區間也是雅安和盆地中央的弱潛力區（CCPD1距平百分比低于-50%的谷值區）。
利用1996—2020年逐時降水資料，統計分析長江流域30°N沿線不同地形階梯代表區晝、夜、冬、夏降水的頻率、雨量、類條件概率密度等特征，通過研究晝夜比、冬夏比隨經度的分布探討不同高度地形對降水的影響。主要結論如下：①30°N沿線四川盆地內降水量和頻率的夜晝比向東遞減，雅安附近是夜雨強中心區，夜雨現象在四川盆地東側山地108°E以東趨于消失；盆地內強降水比弱降水更易發生于夜間。②30°N沿線冬雨與夏雨存在較大差異，雨量上冬雨小、夏雨大；結構上冬雨弱、夏雨強；降水頻次上存在地域差異，第二地形階梯冬雨少、夏雨多，而第三地形階梯反之；冬雨受大地形影響更為明顯。③根據降水第1類類條件概率密度（CCPD1）冬夏比及冬雨CCPD1距平百分比聚類分析，可將8個分區分為3類，該分類與地理位置、地形階梯有良好的對應關系。④夏雨受局地地形影響顯著，將夏雨CCPD1距平百分比高于10%的峰（低于-10%的谷）值區定義為夏雨強（弱）潛力區，則各分區強、弱潛力區表現各異。江漢平原南部、鄱陽湖以北發生短時強降水潛力較大，雅安出現極端短時強降水潛力大（強潛力區≥61 mm）；冬雨強潛力區（CCPD1距平百分比高于50%的峰值區）位于第三地形階梯上的VII、VIII、IX分區（潛力值1～20 mm），而該降水區間也是雅安和盆地中央的弱潛力區（CCPD1距平百分比低于-50%的谷值區）。
2023, 51(1):85-93.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20210531
摘要:
集成方法有利于提高降水要素預報的準確性和可預報性。本文基于格點實況資料和智能網格預報、西南區域數值預報、ECMWF模式預報、GRAPES模式預報產品，以面雨量為研究對象，采用多元回歸法、BP神經網絡法、評分權重法、加權集成預報法和算術平均法，得到集成面雨量預報，再運用平均絕對誤差、模糊評分、正確率、TS評分、偏差分析等方法，對2020年4—10月金沙江下游面雨量預報效果進行對比分析。結果表明：多元回歸集成法和BP神經網絡法的預報效果總體上優于其他幾種集成方法。在考慮流域面雨量的預報量級時，下游可以采用預報量級較小的模式和集成方法。集成后偏差百分比均有降低，且多元回歸法和BP神經網絡法對預報量級較小的模式有矯正作用。在面雨量有無、小雨和中雨預報中，多元回歸法集成效果較好，在大雨量級預報中，BP神經網絡法集成效果較好。這些結論可為流域面雨量預報提供參考借鑒。
集成方法有利于提高降水要素預報的準確性和可預報性。本文基于格點實況資料和智能網格預報、西南區域數值預報、ECMWF模式預報、GRAPES模式預報產品，以面雨量為研究對象，采用多元回歸法、BP神經網絡法、評分權重法、加權集成預報法和算術平均法，得到集成面雨量預報，再運用平均絕對誤差、模糊評分、正確率、TS評分、偏差分析等方法，對2020年4—10月金沙江下游面雨量預報效果進行對比分析。結果表明：多元回歸集成法和BP神經網絡法的預報效果總體上優于其他幾種集成方法。在考慮流域面雨量的預報量級時，下游可以采用預報量級較小的模式和集成方法。集成后偏差百分比均有降低，且多元回歸法和BP神經網絡法對預報量級較小的模式有矯正作用。在面雨量有無、小雨和中雨預報中，多元回歸法集成效果較好，在大雨量級預報中，BP神經網絡法集成效果較好。這些結論可為流域面雨量預報提供參考借鑒。
2023, 51(1):94-103.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220001
摘要:
以山東半島南部沿海為例，利用旋轉T模態主成分分析方法和歐洲中期天氣預報中心第5代大氣再分析資料（ERA5)對大風的環流形勢和成因進行研究。結果表明：①形成大風的天氣型有5種，按大風日數從多到少依次為西北路冷高壓型、低壓槽后型、低壓槽前型、江淮氣旋型和北路冷高壓型，與不同天氣型下大風發生的概率大小順序一致。②冷高壓型（包括西北路冷高壓型和北路冷高壓型）的冬季大風最多，低壓槽型（包括低壓槽前型和低壓槽后型）的春季大風最多，江淮氣旋型的春、秋季大風最多。③高空冷平流、地面冷高壓和動量下傳是西北路冷高壓型大風的成因;高空冷平流和地面冷高壓是北路冷高壓型大風的成因;高空暖平流、入海高壓和東北低壓是低壓槽前型大風的成因;高空冷平流、地面冷高壓和東北低壓是低壓槽后型大風的成因;受高空正渦度平流和暖平流影響，氣旋發展并向東北方向移動在半島南部形成大的氣壓梯度是江淮氣旋型大風的成因。
以山東半島南部沿海為例，利用旋轉T模態主成分分析方法和歐洲中期天氣預報中心第5代大氣再分析資料（ERA5)對大風的環流形勢和成因進行研究。結果表明：①形成大風的天氣型有5種，按大風日數從多到少依次為西北路冷高壓型、低壓槽后型、低壓槽前型、江淮氣旋型和北路冷高壓型，與不同天氣型下大風發生的概率大小順序一致。②冷高壓型（包括西北路冷高壓型和北路冷高壓型）的冬季大風最多，低壓槽型（包括低壓槽前型和低壓槽后型）的春季大風最多，江淮氣旋型的春、秋季大風最多。③高空冷平流、地面冷高壓和動量下傳是西北路冷高壓型大風的成因;高空冷平流和地面冷高壓是北路冷高壓型大風的成因;高空暖平流、入海高壓和東北低壓是低壓槽前型大風的成因;高空冷平流、地面冷高壓和東北低壓是低壓槽后型大風的成因;受高空正渦度平流和暖平流影響，氣旋發展并向東北方向移動在半島南部形成大的氣壓梯度是江淮氣旋型大風的成因。
2023, 51(1):104-114.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20210483
摘要:
為了研究孤立單體內“ZDR”（差分反射率因子柱）的演變特征，利用X波段雙偏振雷達數據，結合地面觀測資料與再分析資料對2018年5月8日的一次孤立單體降雹過程進行了分析，結果表明：①孤立單體發展階段，“ZDR柱”躍增，躍增后0 ℃層以上過冷水數量與高密度霰數量驟增，變化率分別為26.7庫/min與11.8庫/min。成熟階段，“ZDR柱”深度延展至接近-20 ℃層，單體內微物理反應加劇，冰雹數量驟增，生成速率為105.8庫/min?！?i>ZDR柱”轉化面積為210庫的“ZDR洞”（差分反射率因子洞）（ZDR<1），可以指示地面降雹位置。②降雹發生在“ZDR柱”崩塌后，固體降水物的拖拽作用使得“ZDR柱”高度降至-10 ℃層以下。小雹下落至0 ℃層以下時融化，表層形成水膜，導致降雹時近地面出現ZDR大值區。③孤立單體內微物理過程與熱動力過程相互作用，促進了“ZDR柱”的生成發展。本文針對一次孤立單體雹暴過程不同階段“ZDR柱”的演變特征進行了分析，并建立了相對應的雹暴模型，對當地冰雹的預警及防治有重要的意義。
為了研究孤立單體內“ZDR”（差分反射率因子柱）的演變特征，利用X波段雙偏振雷達數據，結合地面觀測資料與再分析資料對2018年5月8日的一次孤立單體降雹過程進行了分析，結果表明：①孤立單體發展階段，“ZDR柱”躍增，躍增后0 ℃層以上過冷水數量與高密度霰數量驟增，變化率分別為26.7庫/min與11.8庫/min。成熟階段，“ZDR柱”深度延展至接近-20 ℃層，單體內微物理反應加劇，冰雹數量驟增，生成速率為105.8庫/min?！?i>ZDR柱”轉化面積為210庫的“ZDR洞”（差分反射率因子洞）（ZDR<1），可以指示地面降雹位置。②降雹發生在“ZDR柱”崩塌后，固體降水物的拖拽作用使得“ZDR柱”高度降至-10 ℃層以下。小雹下落至0 ℃層以下時融化，表層形成水膜，導致降雹時近地面出現ZDR大值區。③孤立單體內微物理過程與熱動力過程相互作用，促進了“ZDR柱”的生成發展。本文針對一次孤立單體雹暴過程不同階段“ZDR柱”的演變特征進行了分析，并建立了相對應的雹暴模型，對當地冰雹的預警及防治有重要的意義。
2023, 51(1):115-123.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20210315
摘要:
利用中國第一代全球大氣/陸面再分析產品（China’s first generation global atmospheric/land surface reanalysis product,簡稱CRA），結合地面自動站觀測、中國氣象局陸面數據同化系統的能見度格點數據、葵花8號衛星資料，分析了2021年1月21—26日瓊州海峽一次持續性海霧過程的發展演變、環流形勢以及邊界層特征，同時分析了兩種不同類型霧的形成機制。結果表明：①21—22日為低層冷空氣擴散形成的鋒面霧；23—26日為冷高后部偏東氣流型平流霧過程，其中23日23:00至24日14:00大霧發展最強盛，連續12個時次出現特強濃霧，最小能見度達25 m。②鋒面霧階段，偏北風影響，風速為1～3 m/s；平流霧階段，偏東風影響，風速為4～6 m/s。③鋒面霧階段，水汽輻合中心位于瓊州海峽南岸至海南島東北部陸地，大霧在陸地開始發展。平流霧階段，水汽輻合中心位于瓊州海峽北岸至海南島東部海面一帶，大霧自海上發展。④鋒面霧階段，逆溫層在950 hPa左右高度發展，為下冷上暖的平流配置；平流霧階段，950 hPa以下均為暖平流，逆溫層從地面開始發展。大霧過程中鋒面霧和平流霧兩種不同性質大霧的發展使得大霧長時間維持。
利用中國第一代全球大氣/陸面再分析產品（China’s first generation global atmospheric/land surface reanalysis product,簡稱CRA），結合地面自動站觀測、中國氣象局陸面數據同化系統的能見度格點數據、葵花8號衛星資料，分析了2021年1月21—26日瓊州海峽一次持續性海霧過程的發展演變、環流形勢以及邊界層特征，同時分析了兩種不同類型霧的形成機制。結果表明：①21—22日為低層冷空氣擴散形成的鋒面霧；23—26日為冷高后部偏東氣流型平流霧過程，其中23日23:00至24日14:00大霧發展最強盛，連續12個時次出現特強濃霧，最小能見度達25 m。②鋒面霧階段，偏北風影響，風速為1～3 m/s；平流霧階段，偏東風影響，風速為4～6 m/s。③鋒面霧階段，水汽輻合中心位于瓊州海峽南岸至海南島東北部陸地，大霧在陸地開始發展。平流霧階段，水汽輻合中心位于瓊州海峽北岸至海南島東部海面一帶，大霧自海上發展。④鋒面霧階段，逆溫層在950 hPa左右高度發展，為下冷上暖的平流配置；平流霧階段，950 hPa以下均為暖平流，逆溫層從地面開始發展。大霧過程中鋒面霧和平流霧兩種不同性質大霧的發展使得大霧長時間維持。
2023, 51(1):124-133.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220023
摘要:
東亞干旱半干旱區（簡稱為“東亞旱區”）是全球干旱帶的重要組成部分，該區域水資源短缺，沙塵暴頻發，沙塵氣溶膠對大氣輻射收支和云微物理過程的影響不可忽視。本文回顧了近年來東亞旱區氣溶膠及云相關科學問題的研究進展，重點討論了氣溶膠、云特性以及氣溶膠-云相互作用問題。東亞旱區大氣中的氣溶膠以沙塵為主，且春季多于其他季節；同時，該區域云水資源豐富，且以高云為主，夏季云量顯著偏多。沙塵氣溶膠可直接影響輻射收支對大氣產生加熱作用，并通過間接和半直接效應對云微物理過程和降水產生影響。由于云微物理觀測資料稀缺，加之模式參數化方案的不準確，導致東亞旱區沙塵氣溶膠-云相互作用仍存在較大的不確定，減小氣溶膠、云所帶來的不確定性是未來氣候變化研究中亟需解決的科學問題。
東亞干旱半干旱區（簡稱為“東亞旱區”）是全球干旱帶的重要組成部分，該區域水資源短缺，沙塵暴頻發，沙塵氣溶膠對大氣輻射收支和云微物理過程的影響不可忽視。本文回顧了近年來東亞旱區氣溶膠及云相關科學問題的研究進展，重點討論了氣溶膠、云特性以及氣溶膠-云相互作用問題。東亞旱區大氣中的氣溶膠以沙塵為主，且春季多于其他季節；同時，該區域云水資源豐富，且以高云為主，夏季云量顯著偏多。沙塵氣溶膠可直接影響輻射收支對大氣產生加熱作用，并通過間接和半直接效應對云微物理過程和降水產生影響。由于云微物理觀測資料稀缺，加之模式參數化方案的不準確，導致東亞旱區沙塵氣溶膠-云相互作用仍存在較大的不確定，減小氣溶膠、云所帶來的不確定性是未來氣候變化研究中亟需解決的科學問題。
2023, 51(1):134-141.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20210510
摘要:
海水中顆粒有機碳（POC）是海洋碳循環的基本變量，在海洋碳循環研究中起著關鍵作用。根據2003—2020年南海區域遙感數據反演的POC數據集，分析了南海海域POC濃度時空變化規律。研究結果表明：在整個研究區POC的年平均濃度變化范圍為76.98～83.91 mg/m3；POC濃度分布呈現出近岸高、遠海低，主要原因為南海近岸淺水海域POC濃度主要受陸源輸入和沿岸流影響，遠海區域內POC濃度主要受南海環流和水團控制。在季度上，第1—4季度POC濃度平均值為89.62，72.90，79.22，84.86 mg/m3；總體上POC濃度呈現出夏季低、冬季高的趨勢，主要原因為南海受到冬季的東北季風和夏季的西南季風影響，影響到南海海水混合層的結構變化，浮游植物在冬季比夏季更為繁盛。在月尺度上，1月POC濃度平均值達到最高值；2—4月POC濃度平均值快速下降，5月POC濃度平均值達到最低值；6—12月POC濃度平均值開始緩慢上升。以上研究結論可為南海碳循環、政府碳達峰、碳中和及應對氣候變化等提供決策依據。
海水中顆粒有機碳（POC）是海洋碳循環的基本變量，在海洋碳循環研究中起著關鍵作用。根據2003—2020年南海區域遙感數據反演的POC數據集，分析了南海海域POC濃度時空變化規律。研究結果表明：在整個研究區POC的年平均濃度變化范圍為76.98～83.91 mg/m3；POC濃度分布呈現出近岸高、遠海低，主要原因為南海近岸淺水海域POC濃度主要受陸源輸入和沿岸流影響，遠海區域內POC濃度主要受南海環流和水團控制。在季度上，第1—4季度POC濃度平均值為89.62，72.90，79.22，84.86 mg/m3；總體上POC濃度呈現出夏季低、冬季高的趨勢，主要原因為南海受到冬季的東北季風和夏季的西南季風影響，影響到南海海水混合層的結構變化，浮游植物在冬季比夏季更為繁盛。在月尺度上，1月POC濃度平均值達到最高值；2—4月POC濃度平均值快速下降，5月POC濃度平均值達到最低值；6—12月POC濃度平均值開始緩慢上升。以上研究結論可為南海碳循環、政府碳達峰、碳中和及應對氣候變化等提供決策依據。
2023, 51(1):142-148.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220039
摘要:
雷暴大風是影響鐵路建設和交通運營安全的主要氣象災害之一，而川藏鐵路作為連接四川省和西藏自治區的干線鐵路，其沿線地理形勢復雜，氣候特征多樣，被稱為“最難建的鐵路”，本文旨在定量分析川藏地區和川藏鐵路的風場變化特征，以為川藏鐵路建設和鐵路列車運行、防災減災以及實時動態監測預警和風險評估提供科學依據。文章采用2004—2020年地面氣象站觀測風場和2006—2020年極大風風速資料，結合2000—2020年近21年的NCEP FNL地面風場數據，對川藏地區和川藏鐵路沿線拉薩、林芝、雅安、成都4個高鐵站附近的風場時空分布特征和變化規律進行分析，研究表明：①川藏地區西部風力高于東部，高原內陸風力大于高原東南緣和四川省。11月至次年3月是高原內陸風速最大的月份，月平均風速在高原北部和南緣能夠達到7 m/s以上，夏秋季風速較小。②選取川藏鐵路沿線拉薩站、林芝站、雅安站和成都站4個站點風場進行分析，風速表現為高原西部向東部減小的趨勢。③在研究時段內，2018—2020年川藏鐵路沿線平均風速和極大風速均呈明顯增加趨勢，拉薩和林芝站的大風日數也有所增加，因此2018年以來川藏鐵路沿線處于風速上升期，對鐵路的風險處于增大階段。
雷暴大風是影響鐵路建設和交通運營安全的主要氣象災害之一，而川藏鐵路作為連接四川省和西藏自治區的干線鐵路，其沿線地理形勢復雜，氣候特征多樣，被稱為“最難建的鐵路”，本文旨在定量分析川藏地區和川藏鐵路的風場變化特征，以為川藏鐵路建設和鐵路列車運行、防災減災以及實時動態監測預警和風險評估提供科學依據。文章采用2004—2020年地面氣象站觀測風場和2006—2020年極大風風速資料，結合2000—2020年近21年的NCEP FNL地面風場數據，對川藏地區和川藏鐵路沿線拉薩、林芝、雅安、成都4個高鐵站附近的風場時空分布特征和變化規律進行分析，研究表明：①川藏地區西部風力高于東部，高原內陸風力大于高原東南緣和四川省。11月至次年3月是高原內陸風速最大的月份，月平均風速在高原北部和南緣能夠達到7 m/s以上，夏秋季風速較小。②選取川藏鐵路沿線拉薩站、林芝站、雅安站和成都站4個站點風場進行分析，風速表現為高原西部向東部減小的趨勢。③在研究時段內，2018—2020年川藏鐵路沿線平均風速和極大風速均呈明顯增加趨勢，拉薩和林芝站的大風日數也有所增加，因此2018年以來川藏鐵路沿線處于風速上升期，對鐵路的風險處于增大階段。
2023, 51(1):149-156.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220081
摘要:
為進一步提高霧天交通安全氣象保障精細化能力，以江蘇、安徽高速公路霧事故多發路段為例，利用2012—2018年事故信息與氣象資料，建立一種基于變量選擇和特征提取的逐時霧事故判別支持向量機模型。模型參照遞歸特征消除思路選擇事故發生時間、地理位置、氣象環境等重要變量，使用主成分分析提取重要變量的主要特征，并以徑向基為核函數、以網絡搜索確定最優參數。結果表明：結合重要變量選擇和主成分分析的支持向量機混合模型能夠成功識別出訓練集81.4%和測試集83.0%的事故樣本，AUC分數均為0.946；判別效果優于支持向量機單獨算法，以及僅基于重要變量選擇或主成分分析的支持向量機算法；3個典型實例分析也說明該模型對于階段性或持續性大霧天氣下的交通事故發生有一定判識與警示意義。
為進一步提高霧天交通安全氣象保障精細化能力，以江蘇、安徽高速公路霧事故多發路段為例，利用2012—2018年事故信息與氣象資料，建立一種基于變量選擇和特征提取的逐時霧事故判別支持向量機模型。模型參照遞歸特征消除思路選擇事故發生時間、地理位置、氣象環境等重要變量，使用主成分分析提取重要變量的主要特征，并以徑向基為核函數、以網絡搜索確定最優參數。結果表明：結合重要變量選擇和主成分分析的支持向量機混合模型能夠成功識別出訓練集81.4%和測試集83.0%的事故樣本，AUC分數均為0.946；判別效果優于支持向量機單獨算法，以及僅基于重要變量選擇或主成分分析的支持向量機算法；3個典型實例分析也說明該模型對于階段性或持續性大霧天氣下的交通事故發生有一定判識與警示意義。
2023, 51(1):157-166.
DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220159
摘要:
開展北京松柏植被的高分辨率空間信息提取及其花粉致敏風險評估對花粉濃度監測及預報具有重要意義。本文利用2019—2020年冬季304景高分辨率哨兵2A號（Sentinel-2A）衛星影像，引入新型增強型歸一化植被指數（Enhanced normalized Vegetation Index,EVI）和地表水分指數（Land Surface Water Index,LSWI），開展了10 m空間分辨率的北京松柏植被分布制圖研究；同時依據風險評估原理，結合2020年北京松柏花粉濃度觀測數據，建立了基于松柏植被分布的花粉致敏風險空間評估方法，并初步開展了影響松柏花粉濃度范圍與花粉致敏風險空間評估研究。結果表明：①基于冬季合成晴空Sentinel-2A衛星影像，利用EVI和LSWI可有效提取北京10 m空間分辨率的松柏植被分布，用戶精度可達80%以上；②松柏花粉觀測站14 km范圍內松柏植被對該站花粉濃度具有正貢獻，其中6 km范圍內的松柏植被貢獻最大；③松柏花粉致敏相對高風險區主要分布在西北部山區、昌平北部以及門頭溝東部、石景山西北和海淀西南等地區。
開展北京松柏植被的高分辨率空間信息提取及其花粉致敏風險評估對花粉濃度監測及預報具有重要意義。本文利用2019—2020年冬季304景高分辨率哨兵2A號（Sentinel-2A）衛星影像，引入新型增強型歸一化植被指數（Enhanced normalized Vegetation Index,EVI）和地表水分指數（Land Surface Water Index,LSWI），開展了10 m空間分辨率的北京松柏植被分布制圖研究；同時依據風險評估原理，結合2020年北京松柏花粉濃度觀測數據，建立了基于松柏植被分布的花粉致敏風險空間評估方法，并初步開展了影響松柏花粉濃度范圍與花粉致敏風險空間評估研究。結果表明：①基于冬季合成晴空Sentinel-2A衛星影像，利用EVI和LSWI可有效提取北京10 m空間分辨率的松柏植被分布，用戶精度可達80%以上；②松柏花粉觀測站14 km范圍內松柏植被對該站花粉濃度具有正貢獻，其中6 km范圍內的松柏植被貢獻最大；③松柏花粉致敏相對高風險區主要分布在西北部山區、昌平北部以及門頭溝東部、石景山西北和海淀西南等地區。
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