2023年第51卷第2期文章目次

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  • 1  封面與目錄
    2023, 51(2).
    [摘要](246) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    2  Galion激光測風雷達探測性能分析
    羅紅艷,張慶,朱蓉,盧超,賀園園
    2023, 51(2):167-174. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20210555
    [摘要](415) [HTML](0) [PDF 4.30 M](1029)
    摘要:
    Galion激光雷達是應用第二代技術的激光雷達設備,具備對全天空、全角度的掃描能力,目前是市場上唯一的三維掃描設備。本文利用深圳356 m梯度塔與錫林浩特100 m梯度塔的觀測數據分析了Galion激光雷達的探測性能,并得出以下結論:PPI模式下,深圳激光雷達與測風塔測得風速相關系數為0.85,風向相關系數為0.9;錫林浩特激光雷達與測風塔測得風速相關系數為0.9,風向相關系數為0.95;此外,雷達在各個角度探測的結果相關性都較好,說明激光雷達在PPI模式下具有很好的探測性能。
    3  大氣背景場對云中液態水反演結果影響
    王婉,聶皓浩,陳超,郭曉軍
    2023, 51(2):175-182. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220196
    [摘要](267) [HTML](0) [PDF 2.58 M](840)
    摘要:
    基于機載對空微波輻射計GVR討論應用BP神經網絡算法反演液態水路徑時大氣背景資料對反演結果的影響,為合理選擇訓練樣本獲取更準確的液態水觀測數據提供依據,同時有利于了解反演算法的探測適用范圍。文章選擇多個歷史探空資料,按照歷史資料時間序列長度、季節和區域進行分類,建立不同類樣本集訓練BP神經網絡獲取反演方程,選擇樣本檢驗集模擬計算每類反演方程的反演精度,通過反演精度對比分析大氣背景資料差異在反演云中液態水時造成的影響。結果表明訓練樣本的大氣背景時空差異影響反演結果,在一定時間范圍內增加歷史資料序列長度可以減小大氣背景差異對反演誤差的影響,但當時間序列長度到達一定程度時,增加歷史樣本量將不再是提高反演精度的一種有效措施。季節分類可以減小大氣背景差異對反演誤差的影響,但在實際應用中,資料分類帶來樣本容量減小,對一定時間序列長度的歷史資料,按照季節進行分類并不能有效提高垂直累積液態水的反演精度。
    4  ERA5再分析云量在大氣環境評估中的適用性研究
    許啟慧,張金龍,許康,井元元
    2023, 51(2):183-191. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220181
    [摘要](835) [HTML](0) [PDF 4.45 M](1035)
    摘要:
    以河北省7個國家級氣象站為例,利用1979—2013年ERA5云量和地面實測云量數據,依國標推薦法計算混合層高度,通過公式推導出通風量和大氣自凈能力指數,比較兩套數據的計算結果,對ERA5再分析云量在大氣環境評估中的適用性進行了研究;采用ERA5云量計算2013年3月至2021年2月的大氣自凈能力指數,對其與PM2.5濃度之間的關系進行分析。結果表明:①兩種云量資料計算的月平均混合層高度、通風量和大氣自凈能力指數的相對誤差近似符合正態分布,主要集中在0~5%;各月混合層高度:相對誤差>通風量>大氣自凈能力指數,相關性則相反。秋冬季的相對誤差(相關系數)大都低(高)于春夏季,邢臺、石家莊和保定的誤差明顯小于其他站。②利用兩種云量數據計算的大氣自凈能力指數的多年平均相對誤差最小,通風量的次之,歷年值的相關性和偏差也是中南部站點的更為理想。③2013年3月至2021年2月,各站月平均大氣自凈能力指數和PM2.5濃度呈反向相關,中南部站點的相關性更為顯著。
    5  氣象網格數據的快速渲染研究與應用
    陳楠,楊和平,霍子墨,陳京華,王潔
    2023, 51(2):192-198. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20210491
    [摘要](544) [HTML](0) [PDF 4.50 M](988)
    摘要:
    隨著更高精度的氣象網格數據在氣象業務中的廣泛應用,使用高精度網格數據為社會公眾提供精細化氣象服務的需求越來越旺盛。針對氣象網格數據文件大,網頁前端動態渲染效率低等問題,提出基于瓦片金字塔模型的網格數據快速傳輸和渲染技術的研究及應用。采用服務器端的金字塔模型的瓦片動態切割、壓縮傳輸以及瀏覽器終端的插值和渲染等技術,實現基于B/S框架下HTML5的氣象網格數據快速展示的流程。同時,利用中國區域1 km分辨率多源融合實況分析產品,基于微信小程序終端進行檢驗發布,試驗結果表明,百兆級氣象網格數據可視化更新時間達毫秒量級,可以廣泛應用于各類空間網格數據高效可視化的頁面渲染。
    6  基于OkHttp與Jexl3技術的氣象信息網絡現代化能力動態采集評估方法
    郭聰,劉東君,孫超,陳東輝,白金婷
    2023, 51(2):199-207. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220160
    [摘要](331) [HTML](0) [PDF 4.06 M](925)
    摘要:
    氣象現代化是一項長期性綜合性工作,也是一個動態的發展過程。為了能夠持續、客觀、實時評價氣象現代化能力發展水平,依托分布式的氣象綜合業務實時監控系統(天鏡)的技術框架,基于Okhttp與Jexl3等技術的同步高效請求、高穩定的通信機制和自定義規則引擎等功能特性,本文提出了一種針對多源氣象監控大數據的現代化信息網絡能力動態評估方法。該方法可以高效采集國省兩級氣象業務實時監視數據和性能指標,通過表達式動態邏輯規則實時統計評估和對比分析,有效解決靜態統計評估方法標準不統一、時效滯后、評價與反饋不暢等問題。2021年以來,應用該方法實現了國家和省級氣象現代化信息網絡能力指標的自動采集和實時評估,將采集時間縮短到秒級,為氣象信息網絡的高質量發展提供了業務數據化解決方案。
    7  欺騙誘捕技術在氣象網絡安全攻防對抗場景下的應用
    周琰,馬強
    2023, 51(2):208-214. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220126
    [摘要](284) [HTML](0) [PDF 1.13 M](848)
    摘要:
    隨著信息技術的快速發展,網絡安全形勢愈發嚴峻,氣象部門通過組織網絡攻防演習,以實戰標準檢驗并提升業務安全防護體系能力。在演習中,攻擊隊伍對重要業務單位的真實網絡及信息系統進行攻擊滲透,各業務單位作為防守方開展實時監控與應急處置。由于攻防雙方信息不對等,防守方采用傳統防御手段經常處于被動挨打的局面。為提升網絡防御能力,本文研究偽裝欺騙和攻擊誘捕技術在氣象部門網絡安全實戰場景下的應用,通過采用基于蜜罐的欺騙誘捕平臺,構建主動防御體系,實現對異常網絡流量的監測、分析和預警,并對攻擊方進行誘捕、溯源。經過實戰檢驗,欺騙誘捕技術的應用切實提高了網絡安全防御能力,保障氣象業務系統穩定運行。
    8  基于微服務架構的氣象服務支持系統設計與實現
    沈晨笛,蘭海波,郭杰,宋瑛瑛,王然,趙大鵬,呂飛,常占來
    2023, 51(2):215-221. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20210545
    [摘要](305) [HTML](0) [PDF 1.06 M](887)
    摘要:
    采用傳統的以中心控制和大集成模式單體架構為主要形式研發的數據服務系統,因其新增功能困難、版本更新周期長而導致服務體驗不佳。本文介紹了基于微服務架構的氣象服務支撐系統的建設工作,其主要特點是在研發過程中把系統的各功能逐一細分、原子化并逐一進行服務封裝,同時根據不同的服務特點,對不同的業務板塊采用不同的成熟技術,并最終進行有機組裝,從而使系統在完美實現各種設計目標的前提下,進一步具備了敏捷開發、功能持續更新發布以及服務熱更新等特點,有效滿足了氣象服務業務對數據支撐系統的性能要求和服務功能持續更新要求。
    9  2020年湖南兩次典型混合型強對流天氣過程對比分析
    周慧,周莉,蔡榮輝,陳龍,唐佳,唐明暉,黃驕文
    2023, 51(2):222-232. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220125
    [摘要](352) [HTML](0) [PDF 13.56 M](1192)
    摘要:
    利用地面自動站資料、多普勒天氣雷達資料、衛星逐小時TBB資料及NCEP再分析資料,對2020年3月下旬兩次強對流天氣過程(21—22日過程和26—27日過程)進行對比分析。結果表明:①兩次強對流天氣過程都有較好的動力、熱氣和水汽條件配合,高層輻散、低層輻合的環流配置有利于上升運動,熱力不穩定層結強烈發展,加上有利的水汽條件,在高空低槽與地面輻合線等系統的觸發下,導致混合強對流天氣發生。②兩次強對流天氣過程均分為兩個階段,暖平流強迫類強對流和斜壓鋒生類,在暖平流強迫類階段不穩定能量積聚很明顯,并在斜壓鋒生階段開始前得到一定程度的釋放,兩次過程斜壓鋒生類階段的動力條件和水汽輻合較暖平流類階段更強。③兩次強對流天氣過程均出現了冰雹、雷暴大風、短時強降水,“21日過程”西南急流發展更加旺盛,暖平流中心強度更強,垂直伸展高度更厚,熱力條件更好,以雷暴大風、冰雹為主;“26日過程”冷空氣勢力更強,顯著上升運動維持的時間也較長,有著更充沛的水汽供給,以短時強降水為主。④兩次過程懷化沅陵縣官莊鎮19:00—20:00均出現冰雹,雷達回波均反映出典型的冰雹回波特征,“21日過程”較“26日過程”最大反射率因子更大,中氣旋強度更強,垂直累積液態含水量(VIL)躍增更明顯,值更大,中氣旋擴展高度更高、高空輻散更強,因此冰雹直徑更大。
    10  河北冬季一次冷鋒降雪云系微物理演變特征綜合觀測分析研究
    王曉青,董曉波,閆非,付嬌,王姝怡,薛學武,張健南,孫嘯申,崔毅
    2023, 51(2):233-244. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220124
    [摘要](342) [HTML](0) [PDF 20.13 M](1127)
    摘要:
    利用河北省中南部地區皇寺國家觀測站布設的毫米波云雷達、微雨雷達結合飛機等聯合觀測數據,對2019年2 月14日河北中南部地區一次冷鋒降雪云系微物理演變特征進行分析,探討雷達回波與冰雪晶粒子微結構的關系,以便更好地認識該地區自然降雪的宏微觀結構特征。研究結果表明:降雪初生階段表現為雙層云結構,中云云頂高約4100 m,云底高約3600 m,低云云頂高約3100 m,云底高約200 m,中間存在一干層,3000 m以下高度粒子增長以凇附過程為主。降雪發展階段上下兩層云相接,雷達回波強度較強的時段地面降水量也較大,該時段降雪過程主要以凝華-聚并增長為主。降雪后期回波強度最大值減小,云頂高降低,3000 m以下高度范圍內回波強度、多普勒速度、譜寬隨高度降低呈增大趨勢;飛機觀測結果顯示,降雪消散階段逆溫層底部由于水云云層較薄,催化潛力較小,冰雪晶粒子主要位于云的中上部,隨著高度降低,冰雪晶粒子在下落過程中增大,與雷達觀測結果一致,毫米波云雷達和微雨雷達反射率因子隨高度變化與降水粒子有效粒徑之間相關系數分別為0.89和0.83, 雷達反射率因子主要受冰雪晶等大尺度粒子主導。
    11  基于S波段雙偏振雷達一次強雹暴過程觀測分析
    吳福浪,李云,方艷瑩,姜嘉俊
    2023, 51(2):245-253. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220110
    [摘要](366) [HTML](0) [PDF 9.75 M](1003)
    摘要:
    利用寧波S波段雙偏振天氣雷達資料、NCEP再分析資料、結合常規觀測資料和實地冰雹調查資料,對2020年3月21日浙江省中北部一次強雹暴災害過程(簡稱“03·21”過程)的天氣背景和雙偏振雷達回波演變特征進行分析。結果表明:①此次雹暴過程環流形勢屬于低層暖平流強迫類型,雹暴影響過程約4 h,雹暴A和B先以強的對流單體形態移動,在自西向東移動過程中分別加強為超級單體。②典型降雹時次具有明顯的三體散射特征(TBSS),垂直剖面圖上強回波(>50 dBz)伸展高度超過-20 ℃層,低層的弱回波,中高層懸垂回波明顯。徑向速度垂直剖面圖上,雹暴低層輻合,其上疊加了輻散層,使得雹塊得以繼續形成和增長。③冰雹區出現了ZDR冰雹信號,對應的反射率因子(ZH)均大于65 dBz,差分反射率因子(ZDR)介于-2.0~0 dB,相關系數(CC)介于0.80~0.98;當結合ZH、ZDR、CC綜合判斷云中有冰雹粒子,CC<0.9時KDP的“空洞”區域也可作為判別大冰雹的依據之一。④HCL產品較好地反映了空中冰雹的分布和演變,根據低仰角的冰雹色標、同時結合零度層高度和雹云團下溫度遞減率值的大小,能更好地判斷出冰雹發生的落區和尺寸。
    12  山東冰雹時空分布特征與分類預報指標研究
    于懷征,龔佃利,朱秀紅,吳炫,崔廣署,劉晨,王鳳梅
    2023, 51(2):254-261. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220129
    [摘要](470) [HTML](0) [PDF 2.02 M](1157)
    摘要:
    利用冰雹實況資料、高空探測資料、地面觀測資料和EC細網格數值預報資料,統計分析了2012—2021年79次對山東造成較大災害的冰雹過程的時空分布特征,總結了不同區域、不同大小以及關鍵月份降雹的關鍵環境參量特征及閾值。結果表明:①山東降雹具有明顯的時空分布特征,降雹主要出現在魯中地區和魯北地區;降雹日數年際變化較大,最多年份可達14 d,最少僅為5 d;降雹主要出現在春末夏初,占全年降雹日數的65%;14:00—20:00是冰雹高發時段,占全天降雹的63.3%。②魯中地區年平均出現大冰雹的次數最多,但半島地區出現大冰雹的概率更大;大冰雹主要出現在5—6月,占全年大冰雹日數的68.6%。③山東降雹具有較大的對流有效位能、中等及以上強度的深層(0~6 km)垂直風切變、顯著的條件不穩定層結和適宜的特征層高度/厚度。④不同區域、不同大小以及關鍵月份的物理參量的特征和潛勢預報閾值都有一定的差別,主要體現在內陸地區、6月降雹、大冰雹較沿海地區、5月降雹、小冰雹的對流有效位能明顯偏大、干暖蓋指數偏小、深層垂直切變有所增大、抬升凝結高度略偏高、-20~0 ℃層的厚度偏薄。
    13  測風塔風速的長程持續性特征研究
    李慶雷,陳麗凡,張志森,劉衛平
    2023, 51(2):262-268. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20210433
    [摘要](260) [HTML](0) [PDF 2.25 M](908)
    摘要:
    基于中國陸上風能資源專業觀測網提供的測風塔風速資料,本文利用去趨勢波動分析(Detrended Fluctuation Analysis, DFA)方法,研究了103座測風塔在不同高度處觀測的、不同分辨率的風速時間序列的長程持續性特征。結果表明:①同一測風塔觀測的不同高度處的風速時間序列,存在一致的標度行為,與數據時間分辨率無關;②對于6 h平均風速序列而言,103座測風塔觀測風速的DFA指數α數值范圍基本在0.55~0.91之間,都表現出較強的長程持續性,區域特征不明顯;③對于10 min平均風速序列,DFA標度指數曲線存在彎折,以24 h尺度為界,呈現出2個明顯的獨立標度區間:在較大的時間尺度上,標度指數α的數值大小為0.80,而在較小的時間尺度上,α的數值大小約為1.38。
    14  基于房屋承災體的河北省暴雨孕災環境地理分區
    孫玉龍,李婷,王麗榮,張琪,趙鐵松
    2023, 51(2):269-278. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220185
    [摘要](207) [HTML](0) [PDF 29.84 M](1045)
    摘要:
    利用河北省1984—2014年各縣市暴雨洪澇災情案例,統計分析了暴雨導致房屋損壞的時空分布特征。以房屋為承災體,選取土地利用類型、地形和居民地等地理要素作為指標,基于K-mean聚類分析法對河北省暴雨孕災環境條件進行分區。結果表明:①1984—2014年,暴雨導致房屋損失間數與災情案例5日累積降水總和的逐年變化趨勢基本一致。房屋受損災情次數總體呈現北多南少的特征。②草地主要分布在太行山-燕山山脈,林地主要在承德、張家口東南部、保定西部和石家莊西部,東南部平原的農用地占比在0.8以上,水域在冀東沿海、張北和沽源以及西部大清河水系的占比較大。冀北高原和太行山-燕山山脈地形起伏較大,區域標準差在100 m以上。居民地密度自西北向東南逐漸增大,平原的市轄區附近居民地密集。③Ⅰ區為臨海平原區,易受強降水影響;Ⅱ區為山前平原區,草地、林地有所增加;Ⅳ區(西部低山區)農用地比重比Ⅲ區(北部高山區)大;Ⅴ區為內陸平原區,降水較少。
    15  廣西寒露風初日變化特征以及對雙季晚稻抽穗安全期的影響
    鄒麗霞,黃祎萱,唐廣田,黃國靚,莫雁雯
    2023, 51(2):279-286. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220065
    [摘要](223) [HTML](0) [PDF 4.40 M](872)
    摘要:
    基于廣西1961—2020年88個氣象站觀測資料,分析寒露風初日時空變化特征、50%及80%保證率初日,〖JP2〗并結合水稻發育期資料對廣西雙季晚稻抽穗安全期進行分析。結果顯示:①在時間上,廣西寒露風初日以0.23 d/10a(P<0.05)的速率呈微弱提前趨勢,呈不對稱的“W”形特征;在空間上,廣西寒露風初日呈高緯度早、低緯度晚,山區早、平地晚的“階梯式”分布特征。②廣西寒露風初日存在22年、12年、8年、3年4個周期變化,其中22年是廣西寒露風初日的主要周期,未發生明顯突變。③廣西雙季晚稻平均齊穗期以0.22 d/10a(P<0.05)的速率推遲,抽穗揚花期遭遇寒露風影響頻率為21.9%。建議適當調整晚稻播種期,使其齊穗期提早3~7 d。桂中北地區應謹慎推廣晚稻中晚熟品種,以避免受突發性的寒露風災害影響。
    16  安徽省油菜越冬期低溫凍害時空分布特征及風險評估
    謝金花,黃琴琴,尚秉琛
    2023, 51(2):287-294. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220155
    [摘要](375) [HTML](0) [PDF 7.51 M](947)
    摘要:
    低溫凍害特征及其風險評估可為油菜種植布局等決策提供理論依據。利用1960—2017年安徽省66個國家地面氣象觀測站逐日氣象數據,以油菜越冬期低溫強度將凍害等級劃分為輕、中、重3級凍害并構建低溫風險指數。采用ArcGIS 9.3工具、及Morlet小波分析法等分析近57 a安徽省油菜越冬期低溫凍害的多時間尺度變化特征,并進行越冬期低溫凍害風險區劃。結果表明:①安徽省油菜越冬期不同等級低溫凍害空間分布特征基本相似,呈現由南到北的帶狀分布特征,年平均發生總凍害的高值區多集中在淮北地區、沿淮地區和大別山區。②近57 a來油菜越冬期輕度、中度、重度及總凍害分別以1.0 d/10a、1.0 d/10a、1.1 d/10a和3.2 d/10a的傾向率呈現明顯的下降趨勢,表明全球氣候變暖在一定程度上有利于油菜安全越冬。③輕度風險區位于霍山—六安—合肥—全椒以南地區,該區緯度較低,油菜越冬期低溫凍害風險指數較小,適宜大面積種植油菜。研究結論可作為安徽省油菜種植布局和氣象災害防御對策制定的依據。
    17  大別山區茶葉氣候生產潛力評估
    曹強,伍瓊,陳曦,岳偉
    2023, 51(2):295-301. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220195
    [摘要](214) [HTML](0) [PDF 5.55 M](832)
    摘要:
    基于大別山區35個氣象觀測站1971—2020年逐日氣象資料、DEM數據,采用氣候統計分析、逐步訂正法和趨勢面插值等方法,對茶葉光合生產潛力(YQ)、光溫生產潛力(YT)和氣候生產潛力(YW)時空變化特征、氣候資源貢獻率及其對氣候變化的響應進行了分析。結果表明:大別山區茶葉YQYW呈下降趨勢,降幅分別為0.58和0.05 t·hm-2·(10a)-1,YT呈增加趨勢,增幅為0.36 t·hm-2·(10a)-1;空間分布上,YQ隨緯度的增加而增加,YT隨緯度和海拔的增加而減少,YW隨緯度的增加而減少、隨海拔的增加而增加;太陽輻射、溫度和降水對YW的貢獻率分別為26%、48%、26%,溫度的促進作用與太陽輻射和降水的抑制作用相互抵消,致使YW總體呈動態平衡趨勢;氣候變化背景下,大別山區北部地區較南部地區YQ下降趨勢更加明顯,南部地區較北部地區YT增加趨勢更加明顯,YW在低海拔地區呈增加趨勢而在高海拔地區呈下降趨勢。研究結果可為大別山區茶葉產業充分利用氣候資源、高效趨利避害、合理優化產業布局提供科學依據。
    18  石家莊櫻桃低溫凍害天氣指數保險純費率的厘定
    劉思廷,楊曄,高祺,曹春莉
    2023, 51(2):302-308. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220123
    [摘要](232) [HTML](0) [PDF 880.31 K](750)
    摘要:
    利用典型櫻桃園區2018—2020年物候觀測數據及相近區域氣象觀測站氣溫數據、2006—2020年國家自動氣象觀測站氣溫數據,確定了低溫凍害研究時段,并按照積溫(Growing Degree Days,GDD)模型劃分了櫻桃生育期氣象指標,參照QX/T 88—2008作物霜凍害等級中櫻桃不同生育期低溫凍害指標,構建了以日最低氣溫、日平均氣溫、持續時間構成的低溫凍害指數模型,進而建立了低溫凍害指數與減產率線性回歸模型;通過對比分析泊松分布、信息擴散方法、正態分布、韋伯分布4種概率分布模型在櫻桃低溫凍害指數分布中的適用檢驗,選取通過卡方擬合優度檢驗且差值標準差最小的信息擴散方法模型,厘定了石家莊露天櫻桃低溫凍害天氣指數在不同觸發條件下的保險純費率,最高為2.045%,最低為0.173%。研究表明:在數據量較小的情況下,信息擴散方法模型的分布形態更加符合真實的概率分布形態,為尚未開展長序列觀測的農作物天氣指數保險產品的設計提供了理論思考。

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