水文气象信息概述:观测、融合与再分析

高质量的水文气象观测数据是开展气象和水文灾害监测、预报预警及长期气候变化趋势分析的基本支撑。以降水等水分循环基本要素为重点,简要概述部分单源的观测数据集、二维/三维的融合分析产品和多维的再分析产品的研发进展,及其在水文气象监测预报中的应用。分析表明:气象和水文数据是地球系统中水分循环的最重要体现,二者的有效汇聚和协同质量控制,能更有效地促进其在地球系统模式各分量中的应用;经过多源数据融合分析和同化分析形成的多尺度、高精度、高时效、时空连续的格点化分析场,是智能网格天气预报和气候预测的“零时刻”起点,已经成为无缝隙预报业务的组成部分;经过历史数据同化分析产出的长序列大气、陆面等再分析产品,是气候变化演变评估和监测的重要保障,其应用价值远超观测数据本身。     

一种基于NoSQL的气象非结构化数据产品存储方法

基于一种面向气象非结构化数据产品的NoSQL存储方法,综合气象网格化数据产品的结构及其应用场景,设计了NoSQL中的列存储数据库,并通过优化表格存储方式提高存储、访问效率。根据数据产品的类型、时间、预报时效等信息,制定主键列,属性列和数据列,设计数据存储模型。对数据列大网格进行切分,用网格点序号标记数据列名,并制定数据压缩策略,从而提高数据访问的整体效率。以气象数值预报产品为例,利用阿里云的OTS产品进行模拟测试,结果表明,基于NoSQL技术的列存储数据库可以满足产品服务平台的数据支撑要求,为分布式数据、云计算等技术的推广应用提供参考。     

基于CIMISS全国精细化格点预报业务数据环境系统设计与实现

随着精细化预报业务不断发展,迫切需要建立支撑国省网格预报实时同步、协同一致的全国精细化格点预报业务数据环境。本文分析了精细化预报业务的特点,阐述了基于全国综合气象信息共享平台(CIMISS)的精细化格点业务数据环境的系统架构、数据流程、核心功能及相关技术实现。业务运行结果表明,数据环境实现了国省间格点预报实时同步和共享,有效支撑了预报产品的及时订正和发布,保证了国省格点预报一致性。     

基于WebGIS的实况网格产品应用分析平台及关键技术

实况网格产品是智能网格预报业务重要数据源。为满足气象业务及气象服务对实况网格产品的服务需求,在实时收集和处理各种实况网格产品基础上,采用JavaScript、HTML、CSS等web技术,构建了基于WebGIS的实况网格产品应用分析平台。采用Leaflet、Canvas等技术搭建了基于HTML5的WebGIS框架,实现了各种实况网格产品叠加地理信息统一展示。通过格点与站点观测数据的对比分析,提供产品的实时数据质量评估分析。基于网格格点,实现任意区域、不同要素等级的格点面积及面积比例等定量指标的统计分析。平台自投入业务应用以来,为各级业务应用和精细化气象服务提供了数据支撑。平台基于全国统一的数据环境和参数配置方式,具有很强的应用推广价值。     

基于数据湖的智能网格气象预报业务产品服务模式初探——以江西省为例

随着智能网格业务不断发展,智能网格气象预报业务产品种类、数量日益增长,给产品的存储管理带来挑战。针对江西省智能网格气象预报业务产品收集及存储现状,采用PostgreSQL、Kibana、Elasticsearch等开源技术,提出了基于气象大数据云平台的气象数据湖建设思路,实现产品集中存储和管理,并提供统一共享服务,解决了海量多源数据产品存储、管理和共享等技术难题,为业务用户能够高效共享和应用数据产品提供数据环境支撑。     

基于多源数据融合的农产品气候品质评价模型研究

本文以新疆麦盖提灰枣为例,在基于气象观测资料开展气候品质评价的基础上,将FY-4A卫星遥感数据、高分辨率多源融合实况格点产品(ART-1km、CLDAS-V2.0、Laps)应用于农产品气候品质评价,研制了点面结合的网格化农产品气候品质评价模型,阐述了基于多源数据融合的农产品气候品质评价方法。结果表明,通过该方法可明显提高农产品气候品质评价结论的可靠性和精细化程度,同时也可解决无观测资料地区农产品气候品质评价问题。     

基于网格数据的内蒙古决策气象服务技术研究与实现

智能网格气象产品包括智能网格预报和cldasV2.0实况分析产品,将智能网格气象产品应用于决策气象服务,可提高内蒙古决策气象服务精细化水平。利用智能网格产品建立内蒙古地区决策气象服务敏感性分析启动阈值,采用动态数据库sql语句对智能网格格点预报数据和格点实况数据进行检测,当检测达到阈值后,自动启动制作决策气象服务材料。基于WebGis的Openlayers技术实现智能网格格点气象要素数据可视化动态展示和图形下载,根据需求设计自治区、盟市、旗县三级不同层级色斑图和格点图下载及预报图和实况图的自动生成；采用Postgres分布式集群数据库快速统计方法实现cldas2.0实况数据统计、计算和查询。     

WebGIS技术在气象网格产品精细化服务中的应用

数值模式已经成为天气预报业务发展的主要方向，数值模式计算产生各种气象网格产品。气象网格产品具有数据量大、更新频次快、专业性强等特点，需要借助专业工具软件进行处理，不能很好满足企业和社会用户使用的需求，应用范围受到极大的限制。面对气象网格产品专业化与气象数据应用需求简单化之间的矛盾，文章提出针对气象网格产品，尤其是实况网格产品和预报网格产品，采用互联网服务手段，通过对网格数据离散化处理的方法，空间化管理的方式，将WebGIS技术应用到气象网格产品服务中。用户在客户端只需要进行简单文字检索或者GIS图形检索，系统便可以实现对气象网格产品中的有效数据进行精细化抽取，最终实现服务精细。文中提出的数据处理方法，对不同行业间气象网格产品的应用起到指导作用。     

广东省决策气象服务产品平台介绍

介绍了广东省决策气象服务产品平台的开发思路、技术方法、系统功能,该平台利用气象探测数据和精细网格预报数据,实现了高度可定制的图形、表格以及文字等决策产品生成,其中降水、大风、气温以及台风等产品在重大天气过程决策服务中得到充分应用,提高了决策气象服务的智能化和精细化水平。     

近半个世纪中国区域历史气温网格数据集的建立

气候序列长度不一致以及由此导致的空间抽样误差在气候变化检测研究中常常产生影响,因此往往需要把全球或者区域尺度气候数据转化为格点气候数据集。文中分别采用修改后的一级差分方法和普通Kriging方法,把中国大陆(共约728个站,不含港、澳、台地区)气象台站1951年1月—2004年12月经过质量控制和均一化的历史气温数据转化为2.5°×2.5°经纬度网格化数据集。对比分析表明:应用上述两种方法,(1)格点化带来的空间抽样误差较小;(2)格点化后的格点气温序列和站点序列相关程度很高;(3)不同的方法建立的格点数据集在序列的相关性、距平场的相似性描述方面均非常一致。二者的相关性和相似性也表明文中所建立的格点数据集是比较合理的。最后利用格点化后的气温数据集,分别采取距平平均方法和一级差分方法,对近54年中国气温变化趋势进行了更为准确的估计。不同的计算方法对中国区域气温增暖幅度的研究表明,整个中国区域内近50年气温表现出一致的增暖特点,其中以北方地区(西北、东北)气温增暖幅度最大,个别地区达到近0.6℃/(10a),而最低的长江中、上游地区,年均气温增暖幅度较小,还不到0.1℃/(10a),全国平均的年平均气温近54年来增暖速率约为0.23—0.25℃/(10a),这和其他专家得出的结论是基本一致的,而由于文中对数据集进行了较为系统的质量控制,使得估计结果更为精确、可信。     

Mapping near-surface air temperature,pressure, relative humidity and wind speed over Mainland China with high spatiotemporal resolution

As part of a joint effort to construct an atmospheric forcing dataset for mainland China with high spatiotemporal reso- lution, a new approach is proposed to construct gridded near-surface temperature, relative humidity, wind speed and surface pressure with a resolution of 1 km× 1 km. The approach comprises two steps： （1） fit a partial thin-plate smoothing spline with orography and reanalysis data as explanatory variables to ground-based observations for estimating a trend surface; （2） apply a simple kriging procedure to the residual for trend surface correction. The proposed approach is applied to observations collected at approximately 700 stations over mainland China. The generated forcing fields are compared with the corresponding components of the National Centers for Environmental Predic- tion （NCEP） Climate Forecast System Reanalysis dataset and the Princeton meteorological forcing dataset. The comparison shows that, both within the station network and within the resolutions of the two gridded datasets, the interpolation errors of the proposed approach are markedly smaller than the two gridded datasets.     

Climate and climate change in the Austrian–Swiss region of the European Alps during the twentieth century according to Feddema

We present a 1-km² gridded German dataset of hourly surface climate variables covering the period 1995 to 2012. The dataset comprises 12 variables including temperature, dew point, cloud cover, wind speed and direction, global and direct shortwave radiation, down- and up-welling longwave radiation, sea level pressure, relative humidity and vapour pressure. This dataset was constructed statistically from station data, satellite observations and model data. It is outstanding in terms of spatial and temporal resolution and in the number of climate variables. For each variable, we employed the most suitable gridding method and combined the best of several information sources, including station records, satellite-derived data and data from a regional climate model. A module to estimate urban heat island intensity was integrated for air and dew point temperature. Owing to the low density of available synop stations, the gridded dataset does not capture all variations that may occur at a resolution of 1 km². This applies to areas of complex terrain (all the variables), and in particular to wind speed and the radiation parameters. To achieve maximum precision, we used all observational information when it was available. This, however, leads to inhomogeneities in station network density and affects the long-term consistency of the dataset. A first climate analysis for Germany was conducted. The Rhine River Valley, for example, exhibited more than 100 summer days in 2003, whereas in 1996, the number was low everywhere in Germany. The dataset is useful for applications in various climate-related studies, hazard management and for solar or wind energy applications and it is available via doi: 10.5676/DWD_CDC/TRY_Basis_v001.     

深圳356米气象塔观测数据的质量控制方法和空气动力学参数研究

气象高塔数据资料弥足珍贵, 对其进行质量控制将为后续科学研究和业务工作的开展提供便利; 此外, 利用塔基观测资料计算空气动力学参数有助于校正模式空气动力学参数理论值。对2017-2018年深圳356 m气象梯度观测塔共13层的每10 s风速、风向、相对湿度、温度探测资料进行数据质量控制, 基于莫宁-奥布霍夫相似理论和数据质量控制后的气象梯度观测塔近地层(10 m、20 m、40 m、50 m和80 m) 1分钟平均的风温资料, 利用最小二乘法拟合迭代计算了近中性条件下深圳气象梯度观测塔下垫面空气动力学粗糙度(z₀)和零平面位移(d)。结果表明:深圳气象梯度观测塔的气象探测资料数据质量很高, 连续两年平均数据缺失率为1.28%, 数据错误率为0.01%。近中性边界层条件下, 深圳气象梯度观测塔下垫面空气动力学粗糙度均值为0.35 m, 零平面位移均值为5.33 m, 结果合理可信。研究表明空气动力学参数受下垫面非均匀性、植株柔软性、气流来向、风速等的共同影响。      

A daily temperature dataset over China and its application in validating a RCM simulation

This paper describes the construction of a 0.5°×0.5°daily temperature dataset for the period of 1961- 2005 over mainland China for the purpose of climate model validation. The dataset is based on the in- terpolation from 751 observing stations in China and comprises 3 variables: daily mean,minimum,and maximum temperature.The"anomaly approach"is applied in the interpolation.The gridded climatology of 1971-2000 is first calculated and then a gridded daily anomaly for 1961-2005 is added to the climatologY to o...     

超大城市综合气象观测试验之测风激光雷达数据评估

为评估用于超大城市综合气象观测试验的测风激光雷达,从最大有效探测高度和数据获取率两方面对测风激光雷达的探测能力进行分析,同时使用测风激光雷达与深圳气象梯度观测塔的测风资料从不同观测高度、不同观测值等方面进行对比分析,结果表明:测风激光雷达与深圳气象梯度观测塔的风速、风向一致性较好,相关系数分别为0.96、0.99,平均绝对误差分别为0.54 m/s、9.95 °,且不同高度层的测风结果也较为一致,但雨天和雾天条件对测风激光雷达的最大有效探测高度和数据获取率影响较大,设备探测能力受到一定的限制。      

大型工程气候可行性论证中的空间分析方法与应用

当前大型工程项目的气候可行性论证需要更加精细的评估结论,以满足工程规划、设计和运营等气象防灾减灾的需要。利用1∶25万基础地理信息资料和气象部门在沿湖、沿江、沿海和内陆地区多个大型桥梁工程、核电工程、风电工程等大型工程项目气候可行性论证工作中积累的工程短期气象观测资料和邻近气象站同期同步观测资料、历史气候资料,探讨大型工程气候可行性论证的工程区气候要素极值计算方法和有效的空间插值计算方案,初步建立了基于空间信息分析方法的工程气候可行性论证和系统流程。实际应用表明：采用空间趋势面分析和空间相关分析、空间回归等分析手段的工程气候论证,考虑了项目周边地区气象要素的空间相关性和地形下垫面状况等地理信息,并且具有比常规论证手段更高的计算分辨率,在结合广义极值分析方法后,可以满足大型工程对气象评价的精细化需求。     

Evaluating a modified point-based method to downscale cell-based climate variable data to high-resolution grids

To address the demand for high spatial resolution gridded climate data, we have advanced the Daymet point-based interpolation algorithm for downscaling global, coarsely gridded data with additional output variables. The updated algorithm, High-Resolution Climate Downscaler (HRCD), performs very good downscaling of daily, global, historical reanalysis data from 1° input resolution to 2.5 arcmin output resolution for day length, downward longwave radiation, pressure, maximum and minimum temperature, and vapor pressure deficit. It gives good results for monthly and yearly cumulative precipitation and fair results for wind speed distributions and modeled downward shortwave radiation. Over complex terrain, 2.5 arcmin resolution is likely too low and aggregating it up to 15 arcmin preserves accuracy. HRCD performs comparably to existing daily and monthly US datasets but with a global extent for nine daily climate variables spanning 1948–2006. Furthermore, HRCD can readily be applied to other gridded climate datasets.     

近50年天津地区局地气候变化特征分析

利用天津地区5个台站的降水、云量和大雾等常规地面观测资料,分析了近50年天津地区的气候变化特征。结果表明,天津地区的城市化对局地气候变化的影响日趋明显,人类活动产生的气溶胶浓度的增加已经对云、降水和雾等的气候特征造成了较为显著的影响。表现为：自上个世纪80年代以来,城市化进程比较明显的地区,低云量呈增加的趋势,毛毛雨日数的减少呈减缓的趋势,冬季大雾日数有明显的增加趋势等。而天津地区近50年降水趋势的变化特征,也同时包含了区域大尺度背景条件的影响。     

深圳两次大雾天气过程对比分析及预报启示

2005年2月23-25日和2006年3月6日深圳分别出现了一次大雾天气。从天气学角度对两次大雾过程的形成原因、特点进行对比分析，分析表明：大雾天气需在一定的形势场中出现并维持，近地面层气象要素场的变化会促进大雾的形成、维持和消失，而近地面层风场或温度场的改变除了与其环境、当地气候特征有关外，与大的形势场是分不开的。通过对比，对深圳大雾天气的生消和维持机制有一定了解，对预报本地大雾天气有指示作用，也为其它地区特别是沿海地区雾的预报提供借鉴。     

风电场风电功率短期预报方法比较

通过开展湖北省九宫山风电场短期风电功率预报方法的研究,以不断提高预报准确率,为风电场提供更有价值的预报服务,该文利用MM5耦合CALMET模式模拟风电场风速资料,采用物理法和动力统计法探讨风电场各种情况下预报应用效果。结果表明:模拟风速释用订正能有效降低风速预报误差,但难以修正预报趋势;动力统计法更适用于九宫山风电场的复杂山区地形,可能由于该方法能自发适应风电场地理位置;采用实测数据建立的风电功率预报模型优于理论风电功率模型,这也与风机实际运行环境会影响风机输出功率有关。