适应性观测研究现状和展望

适应性观测是指为了有针对性地提高高影响天气数值预报的质量,在已有观测系统基础上对特定敏感区域/特定时段进行补充性加强观测。十多年来,这种旨在提高数值预报质量的新策略在国际上引起高度重视,成功开展了多个系列外场观测试验,并在适应性观测敏感区识别方法的发展和适应性观测资料同化后对数值预报质量影响的定量评估等方面均取得了重要的研究成果。文中简述了适应性观测问题及其目的,着重分析和总结了目标敏感区识别方法及其特点和适应性观测对数值预报质量的影响等方面的研究进展,并讨论了适应性观测资料改进未来数值预报质量需要解决的关键科学问题。     

基于奇异矢量目标观测的梅雨锋低涡观测系统模拟试验

就江淮梅雨锋低涡预报基于奇异矢量目标观测作了观测系统模拟试验,目的在于对基于奇异矢量目标观测实际实施作预先研究,寻找目标观测中所要遵循原则和实施细节,以及用奇异矢量确定目标观测区的恰当方法。经分析实际奇异矢量相关误差如何影响预报特征,得出在实施目标观测时应遵循的原则：只对奇异矢量相关误差进行订正,不对非奇异矢量相关误差订正;对奇异矢量强相关误差区域优先订正能更为高效率地改进预报;对整个垂直气柱进行订正,而不只对满足阈值区域进行订正;应优先采用效率较高的第一类斜压订正方案。文中两种方法确定的目标观测区与实际奇异矢量相关误差区域在位置、大小、形状上比较相似,两种方法的目标观测区误差影响预报方式与真实奇异矢量相关误差影响预报方式很相近。     

近5年大气科学外场试验及其重要成果

回顾了近5年欧美等国实施的4次外场试验，这些试验大都针对灾害性天气，例如暴雨、洪水和强风等的预报问题而设计。外场试验期间，建立 “目标观测”的概念并在试验中进行了实际应用。来自不同观测平台具有高时间和空间分辨率的传感器给出了大量大气运动实况的详细记录，对其中包含的，或许我们目前还不能完全理解的大气运动规律的认识，是改进预报的重要途径。这些外场试验所收集的所有资料，几乎都可通过Internet得到。     

应用奇异向量方法的适应性观测实例研究

近年来,通过适应性观测技术来减小预报误差已成为国际上数值预报中的一项关键技术,然而实施适应性观测对减小预报误差的影响评估是一个需要深入讨论的问题。文中利用奇异向量方法以2007年3月4日东北地区暴风雪天气过程为研究对象,考察了预报误差对不同观测区域观测资料的敏感性,在确定能量范数的基础上,分析了奇异向量的水平分和特征和垂直分布特征,利用奇异向量的空间结构确定了敏感区域。通过伪逆初始扰动场作为分析误差,研究验证区域的预报误差对不同区域增加观测的敏感性,试验结果表明,在敏感区域内进行补充观测来改善分析误差,能够最有效地提高验证区域内的预报水平;而减小非敏感区域内的分析误差对减小预报误差的贡献相对较小。这些结果表明,利用奇异向量法定义敏感区进行适应性观测,能够和有限的观测资源和计算资源的条件下,最大程度地减小验证区域的预报误差,从而达到提高验证区域预报准确率的目的。     

新一代天气雷达灾害性天气监测能力分析及未来发展

自20世纪90年代,我国开展大规模新一代天气雷达建设以来,已初步形成一个对大、中、小尺度灾害性天气监测的天气雷达业务网,并在防灾减灾中发挥了重要作用。本文利用我国新一代天气雷达网获得的大量实例资料分析了新一代天气雷达在实际应用中对大尺度天气系统如:冷锋、温带气旋、江淮切变线、低空急流、台风,中尺度天气系统诸如强对流天气系统的飑线、阵风锋、冰雹和雷暴高压,以及对我国产生重要影响的梅雨锋暴雨的监测能力。同时分析了现有天气雷达业务观测模式中的扫描策略、雷达适配参数设置以及雷达技术体制的特点与存在的问题。在不对现有雷达技术体制和结构做重大改变前提下,有针对性提出了:(1)改进现有业务观测模式:一是增加晴空模式和RHI垂直扫描模式增强对晴空回波以及垂直结构精细化探测能力;二是增设高山观测模式增强对边界层的探测覆盖能力。(2)改进雷达适配参数,采用相位编码技术和双PRF技术,把距离不模糊作为第一优先原则,来解决多普勒脉冲雷达体制下的距离与速度模糊问题。(3)增强雷达对弱回波探测能力,提高雷达的时空分辨率。(4)充分利用雷达网的组网技术,开展协同观测实现对大、中、小灾害性天气系统的时间与空间同步观测。(5)利用双偏振技术,进一步提高雷达定量估测降水的精度以及对相态的识别。并在上述5方面改进的基础上,提出了目前雷达技术升级改造的初步方案。展望了未来天气雷达技术的发展。     

目标观测设计与伴随敏感性分析

介绍了目标观测设计的基本思想和近年来国外相应开展的大气科学外场试验，以及在外场试验中实际应用的目标观测设计方法和取得的重要成果。重点讨论基于伴随模式的敏感性分析与目标观测设计及其相关的一些问题。     

气压传感器比对试验分析

根据中国气象局在增城国家气候观测站开展"气压、湿度传感器对比观测试验"内容,以其中的气压传感器对比观测试验为例,对该次试验中涉及的外场选择、仪器布局、对比方法和数据分析等进行了详细介绍,为今后类似的传感器对比观测提供参考。试验结果分析表明,通过与人工业务观测和省级标准器对比观测试验可以遴选出性能优良的气压传感器进入地面气象观测业务。     

条件非线性最优扰动在长江中下游地区冬季暴雨中的应用研究

为了提高长江中下游地区高影响天气的数值预报,利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法,对一次长江中下游地区冬季降水个例(高影响天气事件)进行目标观测研究,并通过观测系统模拟试验(OSSE)检验了该方法确定敏感区的有效性和可行性。试验结果表明,CNOP方法可有效识别对应于高影响天气事件的敏感区。通过对敏感区进行初始场修正后,可明显改善验证区内24 h累积降水预报误差和总能量预报误差。进一步分析发现,通过改善敏感区内的初始场信息(如水汽通量场和低层冷空气活动等),使得数值模式不仅能更真实刻画该天气系统的初始结构,还能更好模拟出该天气系统随时间的演变特征,因而减少了验证区内对该天气系统的预报误差。这一结果表明可以把CNOP方法应用于长江中下游地区高影响天气事件的目标观测研究或实践中。      

国产海洋气象漂流观测仪在台风观测中的应用分析

介绍了由我国自主研制的、基于北斗导航通信卫星的、集海洋水文要素和气象要素一体观测的、在恶劣海况条件下能进行连续、可靠观测的海洋气象漂流观测仪,及其在多个海域开展实际的外海观测试验情况。2017年8月20日至9月5日,三台漂流观测仪在广东博贺海洋气象综合试验基地,经历了2017年第13号台风天鸽和第14号台风帕卡两次台风天气过程。对试验期间获取的台风天气过程中气温、气压、海温等观测数据的分析表明,漂流观测仪所获得的观测数据与相关国家级业务观测站点的观测数据具有较好的相关性,揭示了台风天气过程的明显特征,并表现出合理、清晰的日变化特征。上述试验表明,国产海洋气象漂流观测仪已具备在恶劣海况下进行实际观测的能力。     

人工影响天气研究进展

中国气象局人工影响天气中心有两项主要任务,其中之一是进行云物理和人工影响天气的科学研究,另一个任务是为人工影响天气业务提供指导和服务。2009年,人工影响天气中心在外场试验、数值模拟、室内实验以及人工影响天气相关领域的业务服务中取得了重要的进展,     

湿度因子对适应性观测敏感区估算的影响研究

马旭林2008年的基于集合卡尔曼变换适应性观测敏感区的估算方案能得到较为合理的敏感区,但其未考虑湿度因子的影响。在原方案基础上增加了湿度因子,根据计算资料与度量标准的不同,搭建3个方案与其比较,并选用2008年年初冰冻雨雪灾害天气个例进行对比模拟试验。结果表明,原方案的敏感区较为分散,且当目标时刻与验证时刻重合时,存在虚假的信号方差大值区;加入湿度因子后能有效抑制虚假敏感区,改进度量标准后能得到较为理想的结果;若只利用湿度场进行敏感区估算,计算效果最优,在目标观测时刻所得敏感区最为集中并在目标时刻和验证时刻重合时无虚假信号方差大值区。     

浅析地面气象人工观测与自动观测数据差异

文章对达拉特旗地面气象自动与人工两种观测所获取的气象数据之间的差异进行了分析。结果表明:自动观测数据更能反映大气中各要素的真实情况。     

Adjoint-based Sensitivity Analysis of a Mesoscale Low on the Mei-yu Front and Its Implications for Adaptive Observation

An adjoint sensitivity analysis of one mesoscale low on the mei-yu Front is presented in this paper. The sensitivity gradient of simulation error dry energy with respect to initial analysis is calculated. And after verifying the ability of a tangent linear and adjoint model to describe small perturbations in the nonlinear model, the sensitivity gradient analysis is implemented in detail. The sensitivity gradient with respect to different physical fields are not uniform in intensity, simulation error is most sensitive to the vapor mixed ratio. The localization and consistency are obvious characters of horizontal distribution of the sensitivity gradient, which is useful for the practical implementation of adaptive observation. The sensitivity region tilts to the northwest with height increasing; the singular vector calculation proves that this tilting characterizes a quick-growing structure, which denotes that using the leading singular vectors to decide the adaptive observation region is proper. When connected with simulation of a mesoscale low on the mei-yu Front, the sensitivity gradient has the following physical characters： the obvious sensitive region is mesoscale, concentrated in the middle-upper troposphere, and locates around the key system; and the sensitivity gradient of different physical fields correlates dynamically.     

Recent Progress in Atmospheric Observation Research in China

Recent progress in atmospheric observation techniques, observational systems and their application in China are reviewed. According to different observational platforms, the review is presented in three sections, i.e., satellite remote sensing （SRS）, ground-based observation technologies and applications, and aircraft/balloon measurements. The section ＂satellite remote sensing＂ presents advances in SRS techniques, SRS of clouds and aerosols, and SRS of trace gases and temperature/moisture profiles. The section ＂groundbased observation technologies and applications＂ focuses on research such as lidar systems and applications, sun/sky radiometer and broadband radiation observations, weather radar and wind profilers, GPS measurements, and some new concept systems. The section ＂aircraft/balloon measurements＂ presents some newly developed aircraft- and balloon-based sounding techniques.     

省级气象财务会计电算化思考

木本植物物候观测是整个物候观测的重要组成部分。通过对木本植物的物候观测记录与其它物候资料及农业气象观测资料进行对比,可以更好地预告农事活动,提高农业气象预报、情报的准确率,同时也为园林建设、农业气候专题分析及区域气候研究有较高的指导意义。     

江苏省能见度的人工与自动观测差异分析

对江苏省2011年全年逐时能见度的自动、人工观测数据进行了统计分析,结果表明:二者具有相当一致的统计特征,全省总相关系数0.73,一致率95.03%;但亦存在一定差异,整体上人工较自动观测数据偏大数公里,偏大程度在17%~55%,且空间差异显著;对不同条件下能见度的对比分析显示,自动与人工观测在低能见度条件下最为接近,且二者差异存在着明显的日变化特征;对能见度自动与人工观测偏差长序列的初步分析,显示统计订正是可能的,但对于不同级别的能见度,自动观测相对与人工有不同的倾向。     

Ensemble transform sensitivity method for adaptive observations

The Ensemble Transform(ET) method has been shown to be useful in providing guidance for adaptive observation deployment.It predicts forecast error variance reduction for each possible deployment using its corresponding transformation matrix in an ensemble subspace.In this paper,a new ET-based sensitivity(ETS) method,which calculates the gradient of forecast error variance reduction in terms of analysis error variance reduction,is proposed to specify regions for possible adaptive observations.ETS is a first order approximation of the ET;it requires just one calculation of a transformation matrix,increasing computational efficiency(60%-80%reduction in computational cost).An explicit mathematical formulation of the ETS gradient is derived and described.Both the ET and ETS methods are applied to the Hurricane Irene(2011) case and a heavy rainfall case for comparison.The numerical results imply that the sensitive areas estimated by the ETS and ET are similar.However,ETS is much more efficient,particularly when the resolution is higher and the number of ensemble members is larger.     

ASP与数据库在网站开发中的应用

基层气象局地面测报工作是最基础的气象业务工作,为天气预报、气候分析、气象服务等提供重要的依据。根据多年在基层从事测报值班、报表预审及管理工作的经验,以及多次参加省、市测报业务竞赛的学习体会,分析了如何才能搞好这项工作,从而提高测报业务质量。     

Common property rights, adaptive capacity, and response to forest disturbance

This paper reports the results of a statistical analysis which measures the effects of adaptive capacity on forest conditions in response to a prior disturbance. Particular emphasis is placed on common property rights as a form of institutional adaptive capacity. Common property rights are delineated in terms of rights of access, withdrawal, management, exclusion, and alienation. Using statistical analysis of 326 forest user groups from 13 countries in the database of the International Forestry Resources and Institutions (IFRI) program, the effects on user group rankings of forest conditions are estimated with a probability model. Overall, the results indicate that user groups with more complete property rights are more likely to rank forest conditions favorably. However, the effects of property rights also depend on the level of other forms of adaptive capacity such as the organizational capacity of the group and the number of rival user groups.