气候观测系统及其相关的关键问题

地球系统中的大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈构成了气候系统, 气候系统中不同圈层之间的相互作用决定了气候的自然变化。由于人类活动的日益加剧, 对气候系统已经产生了显著影响。气候的自然变化和人类活动导致的气候变化对社会经济的发展以及人民生活的影响日益加大, 并涉及到国家安全、环境外交和可持续发展等一系列重大问题。要认识气候变化及其强迫因素、预测未来气候变化, 最基础的工作是建立针对气候目的涉及到气候系统五大圈层的综合气候观测系统, 以获取所需的高质量资料和相关产品, 提供气候系统变化的详细信息。该文回顾了气候观测系统设计在中国的发展以及中国气象科学研究院在组织设计中国气候观测系统中的作用, 并指出了在建立我国气候观测系统中存在的一些需要改进的方面。在对气候观测系统进行分析的基础上, 指出了与建立气候观测系统相关的10个方面的关键问题, 这些问题包括:气候观测系统的科学需求、气候观测系统的代表性、全面性、规范性、对气候预测和预估及模式发展的支撑性、多学科应用性、社会经济性、资料开放共享性以及气候系统资料的同化再分析和历史资料的抢救。     

论江西气象综合观测体系改革与建设

介绍了江西现有的气象综合观测体系,并就江西气象综合观测体系改革与建设的内容进行了论述,认为江西气象综合观测体系的改革与建设,应按照中国气象局调整“国家气候观象台、国家气象观测站、区域气象观测站”3类台站布局,构建“国家气候监测网、国家天气观测网、国家专业气象观测网和区域气象观测网”的总体要求,坚持全面性、开放性、可行性和连续性相统一的原则,根据一站多用、一站多能和一体化、集约化的原则,结合江西经济社会发展、国家安全和可持续发展的实际需要,对全省各台站进行统筹规划、科学布局,形成一站多点、一站多能、满足多轨道业务需求的综合气象观测网。     

内蒙古气象计量业务信息化管理设想

气象计量业务是为综合气象观测服务的。随着气候观测系统的建设以及综合观测业务的发展,各种新观测仪器和新型传感器不断涌现,观测仪器的自动化和信息化水平不断提高。迫切需要加快气象计量信息化建设步伐。     

人工站及自动站报表校对系统

地面气象月报表是地面观测工作的一项重要内容,而对于基准气候站来说,每天仅人工站观测数据累计起来就可达数百个,所以地面气象月报表数据量之大、校对及预审任务之重可见一斑。目前,双轨运行的国家基准站每月要上报人工站及自动站两份报表,造成了两份报表人工观测部分的重复校对。西安市气象局开发人工站及自动站报表校对系统。     

如何提高地面气象记录月报表质量

地面气象记录月报表分为人工观测方式、自动观测方式、基准气候站三种格式，地面气象记录月报表是在地面观测资料的基础上编制而成的，配有自动气象站或业务用计算机的地面气象观测站是在全月观测数据件的基础上采用计算机加工处理完成的，准确及时的地面观测资料是了解过去、认识现在、预测未来的基础信息之一，为天气预报、气象信息、气候分析、科学研究和气象服务提供重要的依据，地面观测资料的准确性和可靠性，直接影响着气     

碳监测目标的广东省综合气象因子代表站论证

为广东省气象要素、大气成分观测站网优化提供依据，利用广东省86个国家气象观测站的风速、相对湿度、气温以及降水等30年气候资料，结合气候相似性理论论证了全省不同区域的综合气象因子代表站。结果表明：(1)连平站、惠来站、高州站和番禺气象局站的欧氏距离较小，气象要素理论值与观测值的相对误差平均值为3.55%,可分别作为广东省粤北、粤东、粤西和珠三角区域综合气象代表站；(2)21个地市拟选站的气象要素理论值与观测值的相对误差平均值为3.474%,可作为地市级综合气象因子代表站；(3)除了高州站之外，其它3个区域代表站与地市级拟选代表站未出现重叠，因此可以合理布局、优化区域和地市级代表站的规划设计方案。     

我国气象观测现状及未来展望

本文根据《中国气象事业发展战略研究》(以下简称《战略研究》)中关于气象综合观测业务提出的新观点、新理论、新思路、新技术,分析了我国气象观测现状,展望了未来发展趋势。1气象观测的概念传统的概念是指借助仪器和目力对气象要素进行的测量和判定。随着观测技术的发展和观测     

酸雨自动观测与人工观测对比试验研究

选取2021年1月—2022年5月乌鲁木齐市国家基本气象站、2021年1月—2022年12月伊宁国家基本气象站以及2020年4—12月、2021 年1—8月、2022 年3—5月喀什国家基准气候站的酸雨观测数据共计206条,开展自动和人工酸雨观测对比试验,分析pH值和电导率（K值）之间的差异。研究结果表明：（1）在pH值和电导率的一致性方面,乌鲁木齐气象站和喀什气象站电导率的一致性明显大于pH值的一致性,乌鲁木齐气象站电导率和pH值数据均具有显著的线性正相关性,喀什气象站的电导率数据显示有较高的线性相关性,而pH值的相关性则具有中等线性相关性,而在伊宁气象站pH值和电导率的相关性都相对较弱;（2）在平行比对相关性方面,乌鲁木齐气象站的pH值和电导率的人工观测和自动观测结果具有较好的相关性,而喀什气象站的pH值人工观测和自动观测结果的相关性较差,伊宁气象站的降水的pH值和电导率的人工观测结果也与自动观测结果相关性较差;（3）人工观测和自动观测结果之间的差异可能是多种因素综合影响的结果,其中包括采样方式和观测方法的不同,以及观测时间的差异等,人工观测受制于观测人员的经验和操作水平,而自动观测则更加精确和稳定,此外,观测时间的不同也可能导致观测结果的差异,自动观测可以实时监测,避免了漏采或误采现象。     

世界气象组织综合观测系统（WIGOS）

回首世界气象组织(WMO)成立以来的60年光辉历程,突出的成就之一就是所建立的功能强大、标准化的全球观测网,结合开放的数据政策及强大的实时数据交换业务能力,大大促进了全球、区域和国家级气象业务的发展,满足了不断增长和日趋复杂的社会需求,为人类安全和福祉做出了巨大贡献。世界天气监视计划(WWW)建立的全球观测系统(GOS)是世界气象组织国际合作的重要里程碑。本文首先回顾了世界天气监视计划全球观测系统(GOS)的起源、演进和现状,及其对全球气象业务发展的巨大贡献。第二部分描述了滚动需求评估过程的要点,即世界气象组织如何评估观测能力满足用户的过程,这使得我们得以更好地指导观测系统的发展。第三部分给出了全球观测系统到2025年发展的远景的描述,解释了未来观测系统的主要组成部分的发展要点。第四部分阐述世界气象组织新举措:WMO全球综合观测系统(WIGOS),一个综合、全面和协调的观测系统,它将以高效益成本比和可持续的方式,满足世界气象组织成员国日益增长的观测需求,提升他们为天气、气候、水和有关的环境领域的服务能力,同时加强与世界气象组织观测系统与伙伴组织观测系统的协调合作,造福社会。     

对提高公共气象服务水平的认识

随着气象事业的快速发展,现代化的气象信息监测系统和天气预报预测分析系统逐步建成,气候观测基础工作正在加强,气象科技创新能力不断加快,气象服务领域进一步拓展,公共气象服务对于包头市经济建设发挥着越来越重要的作用。充分认识公共气象服务的重要性、切实提高气象服务能力     

COSMIC及其在气象领域的应用

COSMIC是利用现代遥感技术、通信技术和计算机技术解决当今地球科学重大问题的地球科学卫星探测系统。作为GPS／MET的后续计划，主要是为了进行气象与气候研究、气候监测、太空天气和大地测量等研究。COSMIC计划于2003年之前发射8颗低轨卫星，8颗卫星每天可进行4000次GPS观测。本文介绍COSMIC系统组成及COSMIC数据应用。     

一次降水天气过程的GPS掩星资料在GSI同化系统中的应用

为了探索全球定位卫星观测系统无线电掩星技术(Global Positioning System/Radio Occulta-tion,简称GPSRO)在业务数值预报模式中的应用效果,以美国NCEP(National Centers for Environ-mental Prediction)业务同化系统为平台,对有/无COSMIC(Constellation Observing System for Meteor-ology,Ionosphere and Climate)GPS无线电掩星观测资料进行了一次降水过程的详细的同化对比试验。试验中GPSRO观测算子主要采用了相对简单但计算省时的局地(Local)同化技术。该个例试验表明:COSMICGPS掩星观测对分析影响较大的地区是常规观测资料较稀缺地区(如洋面),因此在这些地区GPSRO资料可以被看作是对常规观测很好的补充。同时还注意到COSMIC GPS RO资料在对流层下层对湿度场分析和预报的影响显著,在对流层中上层对风场分析也产生正面影响。这证实GPS RO资料在业务数值天气预报中应用的有效性,为我国数值预报未来开展业务GPS掩星观测资料同化提供了有益的科学参考依据。     

USCRN气候基准站网布局理论在我国的应用

基于美国气候基准站网 (USCRN,US Climate Reference Network) 的均匀正三角网格布局模式,以站网对我国平均降水量和气温的方差解释量分别能够达到95%和98%为标准,利用我国2416个观测站的降水量和气温数据研究了我国气候观测站网的布局设计,得到能反映我国整体气候特征的站网最少台站数。结果表明:为显著减少全国尺度上的气候不确定性,需要新建边长为3°纬距的正三角均匀网格 (103个站点) 站网,并在全国范围内开展站址考察、总结评估和运行检验工作,才能得到新的气候基准站网;在已有气候观测系统基础上改进完善而不新建系统,则改进的气候基准站网为最接近边长为2°纬距的正三角网格分布 (229个站点),其中199个预期位置或其附近已建有观测站点,没有对应实际站点的30个预期位置主要分布在青藏高原西南大部,这些地区将是未来建站的重点。     

The Impact of Assimilating FY-3C GNOS GPS Radio Occultation Observations on GRAPES Forecasts

In the present study, a gross quality control (QC) procedure is proposed for the Global Navigation Satellite System Occultation Sounder (GNOS) Global Positioning System radio occultation (GPS RO) refractivity data to remove abnormal data before they are assimilated. It consists of a climate extreme check removing data outside the range of the Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere and Climate (COSMIC) climate maxima and minima over approximately five years, and a vertical gradient check that rejects profiles containing super-refractions. These two QC steps were applied sequentially to identify outliers in GNOS GPS RO refractivity data during boreal winter 2013/2014. All of the abnormal refractivity profiles and the outliers at each level of the GNOS GPS RO observations were effectively removed by the proposed QC procedure. The post-QC GNOS GPS RO refractivity observations were then assimilated in the Global/ Regional Analysis and PrEdiction System (GRAPES) using the three-dimensional variational (3D-Var) system. The impacts of the GNOS refractivity observation on GRAPES analysis and forecasting were evaluated and analyzed using an observation system experiment run over one whole winter season of 2013 / 2014. The experiment results demonstrated a positive impact of GNOS GPS RO data on analysis and forecast quality. The root mean squared error of GRAPES analysis temperature was reduced by 1% in the Southern Hemisphere (SH) extratropics and in the tropics, and the anomaly correlation scores of the forecasted 500-hPa geopotential height over the SH increased significantly during days 1 to 5. Overall, the benefits of using GNOS GPS RO data are significant in the SH and tropics.     

Observing systems and data sets related to the cryosphere in Canada: A contribution to planning for the global climate observing system

Abstract

The current status and history of observing systems for snow cover, sea and freshwater ice, glaciers, ice caps, ground ice and permafrost in Canada are reviewed as part of a contribution to the WMO's Global Climate Observing System program. The data requirements that have been identified by previous discussion groups for different research, change detection and monitoring purposes are summarized. Problem areas in data collection and processing, as well as gaps in the observing/data systems, are illustrated and the status of cryospheric data archives relating to Canada, and data distribution, are discussed. The present status is considered to be unsatisfactory in a number of respects for the different cryospheric variables important for global change research.     

气候变化对中国农业生产的影响研究进展

气候变化已成为当今科学界、各国政府和社会公众普遍关注的环境问题之一,气候变化可能对生态系统和社会经济产生灾难性影响,农业是受气候变化影响最直接的脆弱行业。因此,气候变化对农业生产的影响研究一直是气候变化研究领域中的热点问题之一。该文系统介绍了有关全球气候变化对中国农业生产影响研究的现状与进展,包括气候变化对农业影响的研究方法、大气中温室气体浓度增加对农作物的影响试验、气候变化对农业气候资源的影响、气候变化对农作物生长发育和产量的影响、气候变化对农业种植制度和品种布局的影响、气候变化对农作物气候生产潜力和气候资源利用率的影响等,指出当前在研究气候变化对农业影响评估中存在的问题,提出了今后应加强对气候变化情景和预测模式不确定性的研究、气候变化对农业影响的方法研究。此外,气候变化背景下极端天气气候事件对农业生产的影响以及气候变化对农业病虫害的影响研究等仍较薄弱,有待进一步加强和深入。     

大兴安岭植被NDVI变化及其对气候的响应

利用S-G(Savitsky-Golay)滤波对2000—2016年呼伦贝尔市境内的大兴安岭植被NDVI序列进行逐栅格重构并剔除突变点,结合大兴安岭海拔、坡向、坡度等地理因子和气温、降水等气象因子,分析大兴安岭植被生长季NDVI的变化及其对气候的响应。结果表明:大兴安岭植被NDVI生长季均值呈上升趋势,平均增速为0. 029/10 a。植被NDVI随海拔的增加呈现先缓慢减小后迅速增加的趋势,随坡向变化不大,随坡度的增加而增加。植被NDVI的生长季均值与1 a前和2 a年前的降水呈现显著的正相关,具有明显的滞后性。在每年植被恢复生长初期各海拔植被均与气温呈现极显著的正相关,年内植被NDVI与降水的相关性在垂直方向上存在较大差异。     

Projected climate change scenario over California by a regional ocean–atmosphere coupled model system

This study examines a future climate change scenario over California in a 10-km coupled regional downscaling system of the Regional Spectral Model for the atmosphere and the Regional Ocean Modeling System for the ocean forced by the global Community Climate System Model version 3.0 (CCSM3). In summer, the coupled and uncoupled downscaled experiments capture the warming trend of surface air temperature, consistent with the driving CCSM3 forcing. However, the surface warming change along the California coast is weaker in the coupled downscaled experiment than it is in the uncoupled downscaling. Atmospheric cooling due to upwelling along the coast commonly appears in both the present and future climates, but the effect of upwelling is not fully compensated for by the projected large-scale warming in the coupled downscaling experiment. The projected change of extreme warm events is quite different between the coupled and uncoupled downscaling experiments, with the former projecting a more moderate change. The projected future change in precipitation is not significantly different between coupled and uncoupled downscaling. Both the coupled and uncoupled downscaling integrations predict increased onshore sea breeze change in summer daytime and reduced offshore land breeze change in summer nighttime along the coast from the Bay area to Point Conception. Compared to the simulation of present climate, the coupled and uncoupled downscaling experiments predict 17.5 % and 27.5 % fewer Catalina eddy hours in future climate respectively.     

中国地区夏季6～8月云水含量的垂直分布特征

基于观测资料的夏季云水含量时空分布情况对于数值天气预报、气候预测以及人工影响天气试验都十分重要。本文利用CloudSat卫星资料, 分析了2006～2008年中国地区夏季月平均云水含量的垂直和区域变化特征。结果显示, 青藏高原地形以及东亚夏季风对月平均云含水量分布具有明显影响。中国中部纬度上对流层中层的月平均液态水含量比南部及北部的量值大。各月平均云液水含量垂直廓线存在两个不同高度上的峰值区, 原因可能主要是受大尺度参数的控制, 以及受到青藏高原和东亚季风环流的影响。平均冰水含量纬向垂直分布的高值区主要在对流层中上部。本文中所揭示的云水含量特征为天气和气候模式改进、人工影响天气及云—辐射相互作用提供了重要的基础信息。