2023年第51卷第6期文章目次

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  • 1  封面與目錄
    2023, 51(6).
    [摘要](144) [HTML](0) [PDF 8.61 M](672)
    摘要:
    2  基于風云四號靜止氣象衛星的局地對流智能化預警模型及應用
    李俊,閔敏,李博,韋曉澄,劉子菁,鄭永光,張小玲,覃丹宇,孫逢林,馬錚,王立志
    2023, 51(6):771-784. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220476
    [摘要](713) [HTML](0) [PDF 30.96 M](1151)
    摘要:
    強對流等災害性天氣給人民生活和社會經濟發展造成了嚴重影響,準確理解強對流發生的機理及提高其預報效果仍然是具有挑戰性的工作。綜合利用我國自主研發的新一代地球靜止軌道氣象衛星風云四號高時空分辨率觀測數據和中國氣象局全球數值預報(China Meteorological Administration- Global Forecast System, CMA-GFS)格點化產品,研究局地對流發生前大氣環境場的特征和關鍵影響因子的變化。分析表明:衛星觀測得到的云頂凍結信息以及表征大氣的不穩定性、水汽含量等數值模式變量是預測局地對流發生的重要因子。利用面積重疊法和光流法對云團進行連續追蹤,采用機器學習技術建立了中國區域局地對流發生和強度分級(弱、中、強)預警模型2.0版本(Storm Warning In Pre-convective Environment Version 2.0, SWIPE-V2.0),實現了局地對流的智能化預警。獨立檢驗結果表明:模型對6個不同分區的雨季8 mm/h以下強度降水相關的對流判識準確率在0.5~0.85,對8 mm/h以上強度降水相關的對流判識準確率在0.69~0.91之間,具有較好的提前預警效果和實際應用價值。目前,SWIPE-V2.0已投入實時應用。
    3  艇載風壓計測量平流層大氣風場可行性分析
    劉振宇,郭啟云,高濤,劉娜,楊加春
    2023, 51(6):785-793. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220389
    [摘要](178) [HTML](0) [PDF 2.27 M](930)
    摘要:
    本文提出了一種基于搭載平流層飛行器對平流層大氣風場進行原位探測的探測系統,并詳細介紹了其工作原理、計算公式和風洞實驗結果。實驗室測試中,該探測系統的理論測量誤差值≤2.5 m/s。在常溫下的風洞試驗中,該系統表現出了良好的工作性能、系統穩定性和測量準確度。在和實驗室的風向、風速對比試驗中的相關性均超過了0.99,風速的平均絕對偏差為0.67 m/s,風向的絕對平均偏差為2.4°。2022年,中國氣象局氣象探測中心利用平流層超壓氣球搭載該系統在海拔19 km的平流層大氣中進行了原位探測試驗,對所搭載平臺周圍的風速和風向進行了探測,并對探測結果進行了比對分析。與平臺軌跡算法進行比對結果顯示,該系統具有較好的一致性;與NCEP_FNL再分析數據進行比對,顯示出東西向風速的相關性較好,達到了0.795,而南北風速的相關性較差,僅為0.33。試驗結果表明,在平流層飛行器上搭載該探測系統可以有效地探測平流層大氣風場,對于獲得平流層大氣環境數據集、提供大氣環境預報服務、開發平流層浮空器、監測平流層飛行器周圍的大氣環境、規劃飛行路線和區域停留等方面具有巨大的應用潛力。
    4  杭州飛機氣象觀測資料處理及質量分析
    高祝宇,何妤斐,楊明
    2023, 51(6):794-804. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220450
    [摘要](240) [HTML](0) [PDF 1.83 M](888)
    摘要:
    為了更好地將全球共享的飛機氣象觀測資料(AMDAR資料)應用于本地氣象業務,解決由AMDAR資料時空分布不均勻帶來的應用不便的問題,利用2019年4月至2020年5月杭州地區獲取的AMDAR資料,在質量控制處理基礎上提出一種新的提取AMDAR廓線數據的處理方法,將機場周邊一定時間和空間范圍內的飛機探測資料視作探空氣球漂移至不同位置的觀測,垂直方向采用插值算法實現廓線數據均勻分布,并利用中值濾波算法對廓線做進一步質控。最終提取的AMDAR廓線數據與杭州探空數據進行了對比誤差分析。結果表明:溫度、風速和風向的總體平均偏差分別為-0.83 ℃、0.02 m/s、0.47°,均方根誤差分別為1.93 ℃、2.02 m/s、25.05°,AMDAR溫度廓線數據整體偏小,且相對暖濕的季節比相對干冷的季節偏小更加明顯,AMDAR風廓線數據無明顯系統誤差,數據質量較好;溫度和風速對比誤差在2000 m及以上高度范圍隨高度增加而增大,但風向的對比誤差相反;環境風速越大,風速的對比誤差越大,風向的對比誤差卻越小;AMDAR廓線數據與探空數據具有較好的一致性,但在02:00—06:00以及5000 m以上高度缺測較多??傮w來看,本文提出的AMDAR廓線提取方法具有一定的應用價值,能夠為AMDAR資料在不同地區的應用提供參考。
    5  雅安雨量站站網布設優化試驗
    吳薇,杜冰,周春花,黃曉龍,郭旭
    2023, 51(6):805-814. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220426
    [摘要](223) [HTML](0) [PDF 3.72 M](925)
    摘要:
    雨量監測的準確性對天氣預報、氣候變化、服務決策、防災減災等有著重要的影響和意義,而雨量站網布設直接影響雨量監測的準確性。選取四川省雅安市作為研究對象,在現有站網布設的基礎上,采用相關性分析,提出基于抽站的站網布設優化方法,并對抽站后的站網布設合理性進行評價。結果表明:①雅安雨量站有265站,各站點的控制面積為2.64~510.78 km2,鄰近站間距離為0.3~12.28 km,鄰近站間降水相關系數為0.62~0.993;②逐次抽站后,雨量站控制面積和鄰近站間距離逐漸增大,鄰近站點間降水相關系數逐漸減??;③抽站后站網面雨量與原站網面雨量較一致,誤差較小,泰森多邊形法面雨量變化幅度小于算術平均法;④從降水過程來看,各次抽站后,降水落區和各量級降水范圍基本一致,站網對降水極值的捕捉能力較好,誤差較小,但隨著站點數的減少,對于降水形態刻畫的精細程度有所下降。
    6  我國東部夏季降水量長年代資料的插補、訂正及效果檢驗
    袁杰,魏鳳英,李興,柯凡
    2023, 51(6):815-823. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220261
    [摘要](163) [HTML](0) [PDF 2.08 M](823)
    摘要:
    使用均值生成函數、標準正態均一性檢驗方法和相關分析等方法對我國東部地區96個觀測站1931—2020年夏季降水量長年代資料進行了一系列插補、檢驗、訂正及效果分析等工作。結果表明:①均值生成函數擬合的1931—2020年各站夏季降水量資料的整體趨勢和極值與觀測值均有較好的一致性,其中無缺測資料的6個站點觀測值和擬合值在距平符號一致率上達到了86.1%,可以滿足插補工作的需要。②對1931—1950年和1951—2020年2個時段的夏季降水量資料,用平均值和方差2個統計量對插補后的資料進行差異性檢驗,共有8站具有顯著性差異。③對插補后的1931—2020年夏季降水量資料進行了均一性檢驗和均一化訂正,其中13站存在非均一性。④將訂正后的站點資料與CRU_TS4.05(University of East Anglia Climatic Research Unit Global 0.5° Monthly Time Series)數據庫的格點資料進行空間分布相似度分析,2套資料在1931—1950、1951—2020和1931—2020年這3個時段的空間相關系數分別達到了0.90,0.92和0.92,空間分布較一致,訂正后的資料具有一定的可靠性。
    7  基于CLDAS的賀蘭山區5—9月降水時空分布特征及其與地形的關系分析
    穆建華,紀曉玲,賈樂,葛森,李曉攀,李龍燕
    2023, 51(6):824-834. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220409
    [摘要](307) [HTML](0) [PDF 2.66 M](1008)
    摘要:
    利用2008—2016年5—9月中國氣象局陸面數據同化系統(CLDAS)格點融合分析降水資料以及降水觀測資料,在對CLDAS格點降水融合資料進行驗證的基礎上,對賀蘭山區降水時空分布特征以及與地形的關系進行了分析。結果表明:賀蘭山區降水呈“東多西少、南多北少”的分布特征,賀蘭山主峰偏西0.1° 存在一個超過240 mm的降水高值中心,日降水量極值西側高于東側。8月降水量和短時強降水次數最多,11:00—18:00降水次數最多,午后到前半夜短時強降水次數最多。賀蘭山區降水以小雨為主,其次是中雨,中雨和小雨雨量占區域總雨量的比例高達85%。賀蘭山區降水量隨海拔高度的增加而增加,西坡降水隨高度的增加率為5.1 mm/hm,東坡降水隨高度的增加率為2.1 mm/hm,西坡明顯高于東坡。中雨日數與地形高度的相關性較好,其它級別降雨日數與地形相關性不強。
    8  臺風“煙花”衰減后引發江蘇中部降水加強分析
    李靜怡,武艷,席琳,薛丹,張慶池
    2023, 51(6):835-847. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220232
    [摘要](223) [HTML](0) [PDF 8.78 M](937)
    摘要:
    2021年第6號臺風“煙花”在7月28日衰減為熱帶低壓后,臺風外圍螺旋雨帶致使江蘇中部接連出現降水突增現象。本研究利用常規觀測資料、數值預報產品和ERA5再分析資料,對強降水過程進行分析。結果表明:ECMWF-FINE數值模式產品對于形勢場預報較為準確,但中尺度CMA模式更能體現極端降水的量級和落區。分析降水增強原因可知,“煙花”移動時受到高空引導氣流作用較小,其在安徽境內打轉時,西風槽攜帶弱冷空氣南下降低了大氣穩定度并強迫暖濕空氣抬升。高低空散度場與渦度場集中在較窄區域內,構成了垂直互耦的優勢配置,有利于形成強烈且深厚的上升運動,是暴雨產生和持續的重要動力機制。強降水區位于濕位渦(MPV)負中心的暖濕氣流中,MPV負值區可反映暴雨落區。MPV1和MPV2分布體現了冷空氣入侵所引發的對流降水特征。此外,江蘇中部位于螺旋云帶右側高濕高能區,東北氣流與西南氣流匯合形成了旺盛的線狀對流云團,配合地面輻合線對中尺度系統的觸發和維持,從而產生極端強降水。
    9  風廓線雷達和地基微波輻射計資料在臺風天氣分析中的應用
    黃海玲,張榮智,陳博,陳龔梅,蔣維東
    2023, 51(6):848-857. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220247
    [摘要](279) [HTML](0) [PDF 17.63 M](1052)
    摘要:
    利用常規地面觀測資料、風廓線雷達及微波輻射計資料,對2020年8月4—5日第4號臺風“黑格比”在浦東機場的一次強降水天氣過程統計分析。結果表明:①副熱帶高壓的強勢穩定與臺風擠壓,導致浦東機場維持長時間的強風;②4日中午12:00以后,平均風速穩定在10 m/s以上并伴有陣風,約離臺風距離浦東機場同緯度前后 9 h,風向在4日21:00以后由東南風轉為偏南風,12 h(4日21:00至5日09:00)累計降水量達57.9 mm;③云系結構在未登錄之前,基本維持“9”字形,“黑格比”的螺旋云帶主體位于臺風的東南象限,北側云帶邊界清晰,先向西北方向移動,逐漸影響浙江東南部沿海,其后又向正北方向移動,影響上海、江蘇,于4日晚上21:00到達上海同緯度正西側,且臺風主體結構開始減弱松散;④出現明顯降水過程時,5 km以下高度層垂直速度出現相應的顯著大值區,垂直速度最大值接近9 m/s且高度可以達5 km以上,其數值與降水強度成正相關的關系;⑤當1 km以下高度層出現大氣折射率結構常數Cn2高值區,且在2~6 km高度層出現次高值區時,對應著強降水,當高值區逐漸減弱時,表示強降水的減弱或終止;⑥在連續性強降水時段內,信噪比SNR最大值高度層穩定的位于5~6 km之間;⑦強降水之前,整層大氣從中層開始增濕,且在降水出現時(21:30)液態水含量先增后減,液態水含量出現1.25 g/m3的時段與浦東機場實際出現強降水的時段重合,且出現層次為主要為700~2200 m之間;⑧對流有效勢能CAPE最低值時段與強降水天氣發生時段重疊, 且 KI值一直穩定在37 ℃以上,抬升指數為負值。
    10  渤海西岸一次極端大風的特征和成因分析
    朱男男,趙玉娟,王彥,孫曉磊,胡田田,左濤,劉一瑋
    2023, 51(6):858-866. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220360
    [摘要](253) [HTML](0) [PDF 3.75 M](916)
    摘要:
    利用NCEP-FNL資料、FY-4衛星紅外云圖資料、雷達資料和自動站資料,對2021年4月15日渤海西岸由大尺度冷空氣和中尺度對流系統共同作用形成的極端大風進行特征和成因分析。結果表明:①FY-4衛星紅外云圖云頂亮溫表現出指狀特征,雷達反射率因子表現為兩個弱回波帶在渤海西岸合并加強為一條帶狀回波,隨著系統東移由帶狀回波演變為弓狀回波。②上冷下暖的不穩定層結為鋒面觸發對流提供有利環境條件,在徑向速度圖上出現較大范圍速度模糊和中層徑向輻合。③此次大風過程具有雷暴大風和冷空氣大風混合的大風特征,大風成因是由大尺度冷空氣產生的動量下傳、大尺度變壓風、梯度風以及中尺度雷暴冷池出流共同導致的。
    11  基于FY-4A衛星和隨機森林算法的西藏山南市雷電短臨預報方法
    張蕾,姚葉青,苗開超,陳定梅,王傳輝
    2023, 51(6):867-878. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220492
    [摘要](206) [HTML](0) [PDF 12.78 M](1020)
    摘要:
    針對青藏高原地區雷電短臨預報缺乏雷達資料的問題,采用FY-4A衛星多通道數據、歐洲中心第5代再分析資料(ERA5)中的對流指數、閃電定位儀資料等多源監測數據,根據雷電的發生、發展機理,提出了18個關鍵預報因子,利用隨機森林算法建立了適用于西藏山南地區的雷電短臨預報模型。統計分析各預報因子在有無雷電天氣樣本中的概率密度分布與隨機森林模型得到的特征重要度指標,結果表明提出的預報因子物理意義明確,建立的模型可信度較高。利用隨機森林算法分別對未來10 min 、20 min、30 min建立雷電預報模型,并與光流外推預報方法進行對比檢驗,結果表明:隨機森林模型預報效果命中率(POD)、臨界成功指數(CSI)均高于光流法,空報率(FAR)也相對較低;未來20 min的隨機森林預報模型CSI評分最高,整體預報效果最佳。
    12  1981—2020年廣西森林火險氣象等級特征及成因分析
    黃翠銀,韋麗英,何莉陽,何慧,覃衛堅
    2023, 51(6):879-887. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220428
    [摘要](229) [HTML](0) [PDF 2.78 M](886)
    摘要:
    基于GB/T36743—2018森林火險氣象等級國家標準,分析了廣西91個國家氣象站1981—2020年森林火險氣象等級特征,并利用林火實況進行了驗證。廣西高火險區位于桂西百色市、崇左市和沿海北海市,高火險期是10—12月。影響廣西森林火險氣象等級最主要的氣象要素是降水量,其次為氣溫,風速和相對濕度影響較小。利用NCEP/NCAR再分析資料、NOAA海溫資料和相關系數分析方法和合成分析方法,從海溫和對流層中低層位勢高度、風場、垂直速度和海平面氣壓等的異常特征對廣西高火險期高火險日數差異的分析表明:關鍵區海溫不同的海氣相互作用引起的降水量差異造成了廣西高火險日數的異常。秋季赤道中東太平洋冷(暖)海溫激發出菲律賓異常氣旋環流(南海異常反氣旋環流),東亞冬季風(西南暖濕氣流)偏強,副高偏弱偏東(偏強偏西),廣西處于下沉干燥(上升濕潤)氣流區,降水偏少(多),高火險期高火險日數偏多(少)。
    13  河北省超高壓線路一次連續覆冰事件的模擬與診斷
    尤琦,賈小衛,曲曉黎,趙增保,王潔,楊琳晗
    2023, 51(6):888-897. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220443
    [摘要](155) [HTML](0) [PDF 9.11 M](909)
    摘要:
    利用1980—2021年河北省142個國家氣象站觀測資料以及電力部門提供的導線覆冰個例資料,分析了河北省歷史導線覆冰空間特征,發現省內南部沿海和張家口東北部主要以霧凇覆冰為主,邢臺東北部、滄州東部地區存在少量雨凇覆冰情況。系統分析2015年11月15次覆冰跳閘事故的天氣環流形勢,造成此次災害的冷空氣由北向南傳播,中后期疊加來自西部向東傳播的氣流;關鍵區對流層低層存在雪水混合物和明顯的風切變,對流層中層存在“負-正-負”的溫度異常層結分布特征,熱力環流中上升運動為覆冰提供了有利條件。基于氣象觀測資料,綜合考慮導線覆冰增長、維持、消融過程,建立導線覆冰小時級覆冰厚度預報模型。利用覆冰個例進行檢驗,發現該模型能夠較好地捕捉氣象條件對導線覆冰過程的影響,能夠客觀地反映覆冰厚度時空分布特征,為覆冰監測預警提供精細化數據支撐。
    14  面向應急響應常態化的風云四號B星快速成像儀指揮控制系統
    康寧,劉向科,黃攀,王靜,楊磊
    2023, 51(6):898-906. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220456
    [摘要](148) [HTML](0) [PDF 16.73 M](851)
    摘要:
    面向多種災害頻發的應急觀測任務,現有地面應用系統響應能力無法滿足常態化的高時效性觀測需求。為發揮風云四號B星(FY-4B)快速成像儀靈活、快速的載荷性能優勢,通過設計應急響應與常規觀測一致的觀測模式及時間表,規劃中國及全圓盤區域,建立智能決策觀測任務的自動化星地指揮調度系統,在保證衛星安全前提下實現載荷應急觀測快速部署,全業務流程響應平均不超過30 min。該系統有效減少頻繁變更觀測任務所引起的星地資源壓力,保證遙感數據連貫性,已在汛期服務及各類災害氣象保障中發揮重要數據支撐作用。
    15  基于“天鏡”的CIPAS3.0監控應用設計與實現
    劉乖乖,孫超,曾樂,劉北,顧文靜
    2023, 51(6):907-916. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220423
    [摘要](415) [HTML](0) [PDF 8.85 M](953)
    摘要:
    本文通過分析“云+端”模式氣候監測預測分析系統(簡稱:CIPAS3.0)的監控需求,給出基于氣象綜合業務實時監控系統(簡稱:天鏡)CIPAS3.0監控應用架構和流程設計,詳細描述了產品監視流程和數據源異常追溯算法,為下一步建設融入氣象大數據云平臺(簡稱:天擎)的業務系統通用監控提供了技術思路。CIPAS3.0監控應用實現了數據源、產品和基礎資源的實時監視與告警,并提供數據源異常追溯、產品一鍵補算等功能,解決了數據源下載傳輸情況不透明、產品手工補算不方便等問題,減輕了運維人員定位和解決故障的工作量,提高了運維效率。本應用于2021年12月通過專家評審并投入業務化運行,截止目前已實現87種數據源和125種定時產品實時監控,為CIPAS3.0的穩定運行提供了保障。
    16  面向CIPAS3.0的氣候數據環境設計與實現
    劉北,王舒,吳煥萍,劉媛媛,胡昕,李玉,胡川葉
    2023, 51(6):917-926. DOI: 10.19517/j.1671-6345.20220305
    [摘要](247) [HTML](0) [PDF 4.32 M](920)
    摘要:
    本文針對氣候監測預測分析系統(CIPAS3.0)數據環境的系統架構、總體設計,提出系統實現的若干關鍵技術并進行深入分析。CIPAS3.0作為國家氣候中心面向氣候監測、預測、診斷業務的核心業務系統,其數據支撐環境已全面融入氣象大數據云平臺“天擎”,針對不同存儲格式的數據源,建立了以GBASE和PostgreSQL底層存儲架構為基礎的氣候專題數據庫,采用基于配置文件的可插拔數據加工處理框架,并提供了具有數算一體能力的數據訪問接口。CIPAS數據環境設計采用OBS(Object Storage Service)對象存儲進行產品的管理,同時針對數據產品完整性和分布式集群管理建立了全流程的監控系統,實現了數據從采集、入庫、存儲、加工處理、訪問、監控等各環節的支撐作用。目前,CIPAS3.0數據環境已投入業務使用,其建設成果在國家級業務單位和試點省份的試用顯示出其在支撐業務應用能力與發展前景方面具備較好的基礎。

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