沙尘暴天气监测预警服务业务系统设计思路及其实现

文中全面介绍了中国西北地区沙尘暴天气监测预警服务业务系统的设计思路及其先进性。该系统由沙尘天气资料库、沙尘天气监测预警和沙尘天气服务3个子系统构成。它的成功建设为西部大开发气象服务提供了有力的技术保障，为西部地区环境保护和环境监测奠定了基础。     

基于定量监测的沙尘暴定量预报方法

近年来,内蒙古自治区建立了6个沙尘暴监测站,对沙尘天气进行了连续、定量观测,在预报业务工作中可以得到器测能见度、PM10、TSP等定量数据,为沙尘暴的定量分析和预报提供了基础条件.选取了2004-2007年间内蒙古地区10次较强沙尘暴天气过程,利用内蒙古自治区的6个沙尘暴监测站器测资料,结合常规观测资料进行了分析.分析表明:器测数据具有连续、稳定、定量的优势;但器测数据与现行沙尘天气业务标准存在很大差异,需要新的分级标准.在现有数据条件下,初步确定了器测能见度、PM10的沙尘天气分级标准;讨论了沙尘暴形成的定量条件和机制,以沙尘综合指数、摩擦速度等为预报因子建立了器测能见度、PM10的沙尘暴定量预报方程.该预报方法在2008年的业务试用中预报效果较好.     

吉林省沙尘天气客观预报系统简介

1引言 我国有八大沙漠和四大沙地，又与蒙古南部戈壁毗邻，在适当的天气条件下，沙尘暴就会席卷我国北方大部分地区。尤其是2000年以后，春季沙尘暴的次数明显增加，影响范围不断向南、向东扩张。受外地沙尘暴东移和本地沙源起沙的影响，近几年，吉林省的沙尘暴也呈多发趋势。发生沙尘暴天气时，空气中布满沙尘粒子，人们呼吸困难，极大地影响了人体健康；同时能见度很低，严重影响了交通运输。由于沙尘天气对农业、畜牧业、国民经济、生态环境等均构成负面影响，受到社会各界广泛关注。因此加强沙尘暴的监测和预报已成为气象部门的一项十分重要的业务工作。为此我们对吉林省中部地区沙尘天气进行了研究，并建立了客观预报系统。本文主要介绍吉林省沙尘天气客观预报系统的组成、功能、软件特点等。     

北京地区沙尘天气监测预报预警业务系统

在北京地区沙尘天气发生、发展的天气学分析研究和沙尘数值模式预报研究以及卫星遥感监测沙尘等方法的应用基础上 ,对相关的研究成果进行应用开发、集成 ,形成一套完整的业务系统。该系统由沙尘天气历史数据库、沙尘天气动态监测、沙尘天气概念模型、沙尘数值预报和沙尘天气预警 5个子模块组成。在近两年的北京市沙尘天气预报服务中 ,本系统得到充分的应用 ,提高了沙尘天气预报服务的效率 ,在实际业务中发挥了重要作用 ,可应用于气象业务部门及相关部门。     

MODIS沙尘暴判识方法与业务系统

为了利用MODIS资料对沙尘暴的范围和强度进行定量判识,应用2002--2004年多次MODIS资料,通过对沙尘暴、云、雪和沙漠光谱特征的分析,构建了定量判识沙尘暴范围和强度的两个沙尘指数.利用2002-2007年数次沙尘暴过程对沙尘指数的判别效果进行检验,表明构建的两个M()DIS沙尘指数能够有效地监测沙尘暴的范围和强度,且方法简单,适用于业务应用.针对目前西北沙尘暴遥感监测业务服务以定性图像为主,服务产品较为单一的问题,对MODIS沙尘暴判识方法进行业务化,并结合GIS进行沙尘暴影响范围的分析,开发研制了自动运行的MODIS沙尘暴监测和影响评估业务系统.系统具生成沙尘暴MODIS影像图、沙尘暴范围和强度遥感监测图、沙尘暴影响土地类型图、全国各省(直辖市)沙尘面积统计表、全国不同土地类型沙尘暴影响面积统计表、甘肃省各县沙尘暴的影响面积统计表和甘肃省不同土地类型沙尘影响面积统计表等功能,为沙尘暴定量和精细服务提供了丰富的产品.     

沙尘天气定量分级方法研究与应用

利用已有的关于能见度与沙尘浓度统计反演关系的研究成果,对沙尘天气进行了定量分级研究.利用2004、2005年春季3～5月沙尘天气地面气象观测资料,采用沙尘天气的强度分类与反演的沙尘浓度分级的统计方法,建立了不同沙尘天气(扬沙、沙尘暴和强沙尘暴)对应的沙尘浓度等级,并通过对2006年沙尘天气的实例分析,验证了该种分级方法的可用性.通过由能见度反演的观测结果与沙尘数值预报模式的对比分析,探讨了沙尘数值预报业务模式产品的天气学释用方法,建立了不同强度沙尘天气与沙尘数值模式输出的浓度之间的定量分级关系.     

大连地区沙尘天气预报预警业务平台

为完善沙尘暴下游的预报预警业务,开发设计了大连地区沙尘天气预报预警业务平台。在介绍平台设计思路、结构及其特点基础上,还较详细描述了沙尘预报预警流程,对起沙预警和相似判别分析等预警原理进行探讨,并分析了平台试用结果。平台是一个实用性强的业务工作平台,运行流程符合预报员工作流程,顺应预报思路,具有很强的实时业务应用能力,并且应用效果显著,能初步满足大连地区沙尘预报业务工作需要,为沙尘预报预警服务提供有力技术保障。     

《亚洲沙尘暴数值模式系统》在新疆的应用及检验评估

2006年底新疆气象局引进了《亚洲沙尘暴数值模式系统》,并对该系统进行本地化试验。2007年初该系统开始业务运行,运行情况良好。为了更好地了解该模式的各种预报指标,提高新疆沙尘天气的预报准确率,本文对2007年春、冬季时节该模式输出的沙尘预报结果分别进行了主、客观检验。并从检验结果可以看到,沙尘模式的预报能力非常强,区域预报有无检验一般60%以上,空报率也比较高,一般都在30%以上。但总的来说该模式对于强冷空气造成的大范围的沙尘天气有很好的预报能力,在新疆尤其是沙尘天气的高发时段,可发挥该模式的作用。本文对其使用的主客观检验方法进行了详尽的描述。     

2006年春季最强沙尘暴过程的数值分析

对2006年春季最强的一次沙尘暴过程(4月9～11日)的影响系统和天气概况进行了分析之后,利用包含较先进的陆面过程方案,具有清晰物理概念的沙尘数值预报系统对该次强沙尘暴过程的地面沙尘浓度、起沙量的空间分布和时间演变进行模拟和分析.该系统能较好复制出这次沙尘天气过程的时间和空间演变特征,沙尘发生、结束的时间以及(在较大范围的)强度变化,也能较好再现沙尘天气的日变化特征.该次大范围强沙尘天气模拟的起沙源在塔里木盆地、吐鲁番盆地、甘肃西北、蒙古南部、内蒙古阿拉善和浑善达克沙地及其毗邻地区.在不同地区起沙过程中贡献最大的粒子粒径在不同的地区有所不同,但主要是粒径为2～22 μm.研究表明,具有风蚀物理学基础的该沙尘数值预报系统,不但物理图像清楚,而且效果也比较好.     

西北地区强沙尘暴天气监测预警系统工程建设方案

强沙尘暴 (Ｓａｎｄ—ｄｕｓｔｓｔｏｒｍ )与中尺度天气系统的活动密切相关。它发展迅速 ,生命史较短 ,影响面积大 ,破坏力强 ,预报难度大 ,对西北地区工农业生产和社会发展等造成很大的危害 ,科学设计建立强沙尘暴天气的监测预警系统 ,旨在提高对它的监测防御能力 ,减轻或避免人员伤亡 ,为西北地区经济建设服务。ｌ　强沙尘暴天气监测预警系统工程建设的必要性沙尘暴天气狂风携裹的沙尘到处弥漫 ,能见度恶劣影响社会生活和环境质量 ,甚至造成房屋倒塌、交通供电中断、人蓄伤亡 ,还会使地表层土壤风蚀、沙漠化加剧。西北地区和内蒙古每年有…     

沙尘暴天气数值预报系统及其预报效果检验

沙尘暴天气数值预报系统包括区域大气模式、陆面过程模式、风沙模式(包括风蚀、输送和沉降模式)和地理信息系统。用该系统对2002年3月20日和4月7日2次沙尘天气进行了预报试验,利用地面观测资料和卫星观测资料对模式输出的主要沙尘天气预报产品进行了对比分析。分析结果认为,沙尘暴天气数值预报系统对沙通量、尘通量和垂直积分质量有很好的预报能力,但仍需改进陆面参数和沙尘气溶胶的初始值。     

国际沙尘暴研究计划进展显著

该项目已经获得世界气象组织（WMO）正式批准，由中国气象科学研究院张小曳研究员作为科学指导委员会联合主席负责牵头组织，执行期为10年。该项目执行2年以来已经在国际沙尘暴预报、预警和科学研究领域取得诸多进展。2006年10月31日至11月1日在上海召开了国际沙尘暴计划科学指导委员会第2次会议。来自中国、美国、德国、加拿大、韩国、西班牙、蒙古、埃及8个国家的20多位科学指导委员会委员以及会议特邀专家出席了会议。     

新一代"西北干旱监测预测业务服务综合系统"

新一代“西北干旱监测预测服务综合业务系统”,是一个具有较好物理基础,较强的监测、预测、服务能力,较高自动化程度并具有西北地域特色的业务服务综合系统。本系统以短期气候预测为依托,集气象信息采集、加工、信息存储为一体,并充分利用互联网技术和已有的系统、资料及信息,吸纳了项目其它子专题的系统和成果,节省了计算机海量空间,避免了许多重复劳动,在近几年日常监测、预测业务服务工作中发挥了积极作用。     

2010年3—5月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为更好地应用T639模式中期预报产品,对2010年3—5月T639模式96小时预报产品进行了天气学检验,并与ECMWF、日本模式进行了对比分析。结果表明:三种模式均对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有较好的预报性能。综合来看,ECMWF模式对各系统及要素的预报最接近实况;日本模式和T639模式次之。另外,选取了2010年3月19—22日的沙尘天气个例进行分析,发现日本模式对于引发此次沙尘天气的地面强风的中期预报指示意义最好。     

沙尘暴同一化监测模型与灾害评估研究

阐述了将GIS/RS(地理信息系统/遥感)一体化技术应用在沙尘暴灾害的监测与评估工作中的方法,提出利用不同遥感数据源建立同一化的沙尘暴监测模型的方法,将沙尘暴监测由定性研究转变为定量特征参数计算.引入GIS技术建立了可业务使用的沙尘灾害评估模型,通过对下垫面数据的集成与叠合分析,可以快速、机动、准确、可靠和多层次进行沙尘暴的灾后评估.     

RegCM-Dust模式对东亚一次沙尘暴天气过程模拟的效果检验

为检验区域气候模式与沙尘模式耦合模式RegCM Dust的性能,以2006年东亚地区一次沙尘暴过程为例,将模拟结果与观测资料进行对比,以检验模式对沙尘天气过程的模拟能力。结果表明：模式对沙尘暴过程的地面风场特征模拟效果较好,总体上重现了大风区的分布;地面沙尘浓度和沙尘光学厚度模拟结果与观测分布总体吻合。模式虽然是区域气候模式与沙尘模式耦合模式,但由于其内核是建立在中尺度数值模式MM4基础上,因此对天气过程尤其是沙尘天气过程具备较好的把握能力,对于沙尘天气过程预测具有良好的应用前景。     

沙尘天气产生的气候背景及物理机制

沙尘天气发生频率、强度与大风、干旱过程、异常大气环流的气候背景以及人为因素有关。它的物理过程是地表上升气流把疏松地表尘粒带入空中,并且在一定层结条件下形成和加强的。利用1958~2000年内蒙古中西部70个测站的沙尘暴观测资料,对沙尘暴的地理分布、时间分布特征进行了统计分析。结果表明:内蒙古中西部有三个强沙尘暴多发中心,沙尘暴年代际变化和年际变化较明显,且沙尘暴集中出现在春季的3~5月份。     

2005年我国沙尘天气的若干特征分析

2005年我国共出现了11次沙尘天气过程,其中沙尘暴4次、强沙尘暴1次,是沙尘天气频次明显偏少、强度明显偏弱、影响范围明显偏小的一年.春季(3～5月)的沙尘天气过程明显少于近6年的平均值,沙尘暴和强沙尘暴过程远少于2000、2001和2002年,该季累计出现的沙尘天气、沙尘暴总站日数较2000～2005年同期平均水平偏少4～7成,创近6年的最低值.分析表明,2004/2005年冬季我国北方地区雨雪偏多,地表积雪偏多,土壤表层湿度偏大,是导致2005年沙尘天气明显偏少、强度偏弱的主要原因.此外,冬末春初北方气温偏低,土壤解冻晚,延迟了沙尘天气的发生,造成早春沙尘天气显著偏少,沙尘多发期偏晚.     

1998年4月14～15日强沙尘暴过程分析

利用卫星云图，数值预报产品以及常规气象资料对1998年4月14－15日发生在我国西部地区的沙尘暴天气进行了分析，指出本次过程发生在大气环流形势调整过程中，是由斜压槽及冷锋触发的。也重点分析了两个强沙尘暴中心的成因，发现第一个强沙尘暴区是由加强的冷锋云带造成的，而第二个强沙尘暴区是由三条云带共同作用造成的。强沙尘暴区位于高空急流出口区右侧、500hPa正涡度中心下风方和次级反环流的上升区内，并用动力气象学原理做了初步讨论，为预报沙尘暴提供了新的依据。     

内蒙古东部春季三类沙尘天气气溶胶散射系数及其与PM10、能见度相关性分析

利用内蒙古东胜、锡林浩特两站2004~2006年春季（3~5月）积分浊度计的观测资料,结合同期PM10质量浓度、大气能见度等资料,分析了背景、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴等不同强度沙尘天气气溶胶散射系数的分布特征,讨论了不同强度沙尘天气过程中散射系数、PM10、能见度的日变化规律,以及不同强度沙尘天气过程中散射系数与PM10质量浓度、散射系数与能见度的相关关系。结果表明:散射系数能够很好地反映沙尘天气强度;随沙尘天气强度增强,散射系数日变化从双峰型向单峰型转变;沙尘天气强度较弱时,PM10与散射系数的日变化不相似,强沙尘暴过程中PM10与散射系数的日变化有一定的相似性;能见度与散射系数日变化趋势相反;散射系数与PM10质量浓度呈正相关性,沙尘天气越强,相关性越好,背景、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴相关系数分别为0.201、0.809、0.898和0.953;散射系数与能见度有指数相关关系,随沙尘天气强度增强二者相关性逐渐增强,背景、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴相关系数分别为-0.773、-0.870、-0.918和-0.940。