基于WebGIS的气象服务产品制作系统及关键技术

基于WebGIS技术采用服务即是软件、软件即是服务的建设思路,结合可扩展框架技术,实现基于服务集成的气象服务产品在线制作系统的建设,从一定程度上解决了系统产品制作面临的不能集中部署、规范不统一、效率低下、更新复杂等问题。系统分为服务器端和客户端两部分,服务器端负责服务接口的开发和发布,客户端负责各级调度管理和运行。该系统解决了服务的注册、标准化、流水线化、参数序列化、多级任务调度等多个关键技术,系统具备可扩展性、产品标准化、流程规范化、跨平台等特点,系统建设的完成增加了气象服务产品制作的规范性、接口化,产品制作时间由原来的1~2 min降至10 s以内。     

我国霾研究进展与公共安全影响应对*

在给出霾的定义、特征及空间分布的基础上,介绍了霾的物理学特性、化学特性及气象学研究的最新进展,分析了霾对公共卫生健康、交通安全的影响, 提出了科学编制防御规划、统筹建立协调机制、有效推进减霾行动、提供相应科技支撑、完善相关政策法规等对策建议,对于政府相关部门制定霾天气应对和防治措施具有积极的决策参考作用,减少或减轻霾对经济社会发展和人体健康带来的损害威胁。     

冰冻圈影响区恢复力研究和实践:进展与展望

气候变化引起全球冰冻圈各要素普遍退缩,进而深刻影响着区域生态安全和社会经济发展。恢复力(resilience)以降低脆弱性为目标,维持和培育社会-生态系统应对外界胁迫和干扰的能力,为应对冰冻圈变化引起的负面影响、实现区域可持续发展提供了重要的理论和实践框架。文中辨识了全球变暖背景下冰冻圈过程和功能变化对主要社会-生态系统的影响,综述了当前冰冻圈影响区恢复力相关的主要研究和实践进展,探讨了加强冰冻圈影响区社会-生态系统恢复力的路径。我们认为未来要进一步加强区域和全球冰冻圈变化及其影响综合评估,深入研究冰冻圈影响区社会-生态系统变化的驱动机制、级联效应和稳态转换;在实践上将减缓、适应和转型有机结合,建立管控区域社会-生态系统演化的综合监测、评估、预警和决策系统,从而促进系统朝着更具恢复力和可持续的路径发展。     

关于气候变化与荒漠化关系的新认知

IPCC于2019年8月7日通过了《气候变化与土地特别报告》决策者摘要,报告第3章评估了气候变化与荒漠化的关系,取得了一些新认识,包括全球旱地(dryland)和荒漠化的范围、荒漠化过程与影响因素、荒漠化的检测与归因、荒漠化对自然和社会经济系统的影响、荒漠化对气候变化的反馈、未来气候变化对荒漠化的影响与风险,应对荒漠化与适应和减缓气候变化的联系。在估计荒漠化变化、荒漠化变化检测与归因、荒漠化对自然和社会经济系统的影响、荒漠化对气候变化的反馈、应对荒漠化与适应和减缓气候变化联系方面还存在不足。这些评估结果对我国认识旱地和荒漠化范围的变化、影响荒漠化因素、荒漠化过程、荒漠化变化检测与归因,荒漠化对自然和社会经济系统的影响、荒漠化对气候变化的反馈、未来气候变化对荒漠化的影响与风险,以及防治荒漠化与适应和减缓气候变化方面等都有重要的启示。     

我国中东部雷暴活动特征分析

基于2010—2014年国家闪电监测网的云-地闪电定位数据,利用雷暴识别与追踪算法获得了505 257个雷暴系统,进而统计分析了我国中东部地区的雷暴发生发展特征。考虑地形和气候差异,将我国中东部划分为东北、华北、华中与华东、西南、华南五个区域,对比了上述区域的雷暴中地闪活动持续时间、移动距离、移动速度等特征,并进一步对雷暴发生的环境物理量特征进行了统计分析,最后讨论了雷暴发生与地形的相关关系。结果显示:雷暴具有局地性强、快速生消的特性,超过70%的雷暴移动速度低于60 km·h~(-1),超过80%的雷暴持续时间低于2 h,超过90%的雷暴移动距离低于60 km;东北地区雷暴移动速度相对更快,西南地区移速较慢且雷暴移动距离更短。华中与华东、华南地区雷暴发生的整层可降水量与对流有效位能值最高,西南次之,东北与华北地区最低,而0～6 km垂直风切变则反之;广东、海南等地为雷暴发生最活跃区域,江南、西南地区东部、华南地区西部、华北地区太行山一带等地为雷暴发生较为活跃的地区;雷暴发生与地形密切相关,四川盆地西麓与珠江三角洲地区明显呈现出随地形抬升而导致雷暴触发的情况。     

预报科学

世界各国和各地区的环境预报中心的主要任务是向本国、本地区和全球公众发布科学的环境预报,包括天气、水、气候和空间天气的预报。气象学家与其他科学家合作,一起制作可靠、及时、准确的分析结果、指导意见、预报及预警,以确保人们的生命和财产安全,促进全球经济的发展,以满足人们日益增长的对环境信息的需求。为了更准确地制作预报、更好地服务大众以及最大限度地减少生命和财产损失,这里提出了＂预报科学＂思想。预报科学包括现代观测系统的资料收集、观测与预报信息的实时交流、各种科学技术的发展、无缝隙预报以及公共服务等。预报科学可以概括为三个相互独立的部分,即科学性、工程性和艺术性,且三者存在相互作用。总之,天气预报是大气与环境服务的重要组成部分;预报科学的科学性、工程性和艺术性均服务于天气预报、服务于人民。     

安顺两次特大暴雨过程的TBB和螺旋度对比分析

利用自动站观测资料、探空资料及NCEP再分析资料,对2010年6月27日夜间和2012年7月12日夜间贵州南部局地大暴雨天气过程进行对比分析。结果表明,安顺的两次特大暴雨天气过程主要是受高空槽和中低层切变共同影响,并配合低空急流,形成了有利于强降水的环流背景。安顺处于假相当位温的高能舌区和K指数、螺旋度的大值区,为特大暴雨的形成提供了很好的能量和动力条件。MCC是造成安顺特大暴雨天气的直接原因,强降水发生在云团的冷核中心内,最强降水均出现在MCC的成熟期。关岭滑坡现场与周围环境明显的海拔高度差和温度差造成的热力差异,为关岭岗乌两次特大暴雨提供了动力源和暖湿气流,并造成了关岭岗乌多次的强降水。     

基于GIS的三门峡市苹果种植气候适宜性区划

为了探明三门峡市苹果气候适应性及种植规模扩展空间,利用三门峡、灵宝、卢氏、渑池4个县级气象站点和苹果种植区及周边19个区域多要素气象站点资料,依据海拔高度将苹果种植区划分为塬区、浅山区和中山区3种区域,运用模糊隶属度评价各区气候因子,筛选出年均气温、年降水量、6—8月平均气温作为区划指标,针对不同气候要素采用克立格或反距离权重的GIS方法进行小网格插值,最终形成精细化的三门峡市苹果种植气候适宜性区划图。区划结果表明:最适宜区多位于三门峡市中部和中南部,适宜区多位于东部和北部,不适宜区为北部边缘地带。当前三门峡市苹果种植主要分布于灵宝中部、南部和陕县西南部,是苹果的主产区和优质区;其他未开展苹果种植的卢氏县北部、陕县东南部处于最适宜区域,渑池县大部分处于适宜区,是未来苹果种植面积扩展的首选地区,但尚需综合考虑土壤、地形、气候等因素对苹果品质的影响。     

《巴黎协定》实施细则评估与全球气候治理展望

《巴黎协定》在确立2020年后应对气候变化框架性制度安排的同时也给出了一系列留待解决的后续任务,包括制定《巴黎协定》实施细则,细化相应规则、制度和指南等。经过3年的谈判,2018年年底在卡托维兹举行的第24次缔约方会议对《巴黎协定》涉及的除市场机制外的众多议题做出了一揽子安排,建立了一系列指导和帮助各方在2020年后落实和履行《巴黎协定》的实施细则,为全面有效实施《巴黎协定》提供了更明确的指导。本研究致力对《巴黎协定》实施细则的内容和特点、对中国的潜在影响和要求、后续谈判走向以及中国的对策等进行全面深入的梳理和分析。评估发现,实施细则继续保持了《巴黎协定》的“精妙平衡”,严格恪守并充分体现了“自下而上”的《巴黎协定》模式,在为发展中国家保留一定灵活性的基础上统一了报告和审评的“度量衡”,并进一步明确了以五年为周期提高行动和支持力度的序贯决策机制。细则可能给中国引领全球气候治理和国内履约带来新的机遇和挑战。中国需要从观念认识、责任担当、业务协调上做好新的布局,根据国内外新趋势、新特点构建中国特色的气候治理新体系。     

人类活动影响下的北京地区气候承载力初步评估

重点考虑北京地区的气候条件、环境特点以及社会经济发展过程中的主要人类活动,从气候资源现状、人类活动强度和生态环境状态3个基本要素层出发,构建人类活动影响下的北京地区气候承载力评估指标体系,评估人类活动影响下的北京地区气候承载力情况,分析了气候承载力构成要素的空间分布及相对水平,解析了不同区县气候承载力的相对状况及主要制约因子。结果表明,北京地区气候承载力指数（I_CCC）在0.24~2.24之间变化,其中延庆县、密云县、昌平区的气候承载力较高,东城区、西城区、顺义区、石景山区、丰台区、房山区、朝阳区的气候承载力相对较差,海淀区、大兴区、怀柔区、门头沟区、平谷区、通州区居中。在各行政区县内部,东城区、西城区、丰台区、顺义区、朝阳区的气候承载力空间差异性较小;而延庆县、怀柔区、门头沟区等郊区气候承载力空间差异性较大,这主要受气候条件和生态环境的区域差异性影响。从气候承载力的构成要素看,怀柔区、延庆县及门头沟区的气候承载力主要受气候资源的限制;城六区和房山区等地的气候承载力主要受人类活动强度及生态环境要素的限制。就气候承载力具体指标而言,东城区、西城区、海淀区、朝阳区主要受人口密度、人均绿地面积以及生产生活排污量的影响;石景山区主要受空气质量较差的影响,房山区则受空气质量差和人均能耗高的影响。     

基于LabVIEW的新一代天气雷达测试与故障诊断系统设计

为保障雷达的正常运行,确保国家投资项目能够在雷达生命周期20年的时间内取得预期的效益,研发了新一代天气雷达测试与故障诊断系统.系统开发主要包括硬件测试平台的建立和软件控制应用程序的开发.前者要求建立一套完整的性能指标测试平台,后者要求开发出功能完备的测试程序,能够准确快速地控制仪器、仪表和测试设备,并实现测试数据的快速分析处理、存储和显示.通过实际雷达测试探讨该系统的可用性和可靠性.     

印度洋海表热力变化对红水河天一电站流量的影响

基于1936—2014年红水河天一电站流量与印度洋海表温度的相关分析,构建了热带东印度洋海温关键区指数(ETIOI)。研究表明,该指数与电站流量的关系具有显著的、持续的和稳定的反相关关系。对ETIOI的冷暖位相年合成分析表明,当ETIOI处于冷位相时,夏秋季节,南亚和东亚夏季风均较正常年份增强,激发东亚地区出现西南风和偏东风异常,有较多的水汽从印度洋、孟加拉湾和西北太平洋向华东、华南输送,使这里的云量增多,对流增强,降水增多,进而增大天一电站流量。反之,ETIOI处于暖位相时,各个季节中,华中、华南和西南地区均以北风异常所控制,使这些地区受异常的干冷气团影响,水汽输送减少,对流减弱,降水少而导致红水河天一电站流量减小。因此,热带东印度洋关键海区的海温指数可以作为影响夏秋季节红水河流域径流变化的关键因子,可为该流域的径流预报提供一种思路。     

非轴对称双涡相互作用的研究

在平流动力学的框架内,用准地转正压涡度方程模式实施了19组试验,研究双涡合并的条件及较大尺度涡旋自组织的问题。结果指出:(1)存在着两个影响双涡合并的因素,即初始双涡中心之间的距离和初始涡旋的非轴对称分布。初始两个对称涡旋合并具有明显的临界距离效应,但初始两个非轴对称涡旋能否合并还受到初始涡旋的非对称结构的复杂影响。(2)存在着两类不同的较大尺度涡旋的自组织过程,形成较大尺度涡旋。第一类,初始两个涡旋相同,均呈轴对称分布。双涡作用经历了缓变、快变,以及涡量羽翼的生成、拉伸和发展的过程,合并后呈对称性流型;终态涡内区涡量的堆积来源于两个初始涡,终态涡外区的螺旋带来源于两个初始涡外缘线涡量羽翼的拉伸。第二类,初始两个涡旋不同,一个为椭圆型,一个为偏心型,均呈非轴对称分布。双涡作用中,椭圆涡一边互旋,一边向计算区域中心靠近,同时涡量范围加大,形成了终态涡的内核区;偏心涡一边互旋,一边被不断拉伸,形成了终态涡的螺旋带区;表现出终态涡内区的涡量堆集来源于椭圆涡,终态涡外区螺旋带主要来源于偏心涡的反复拉伸及断裂的特性。     

日本多主体适应气候变化框架机制及对中国的启示——基于法律政策的视角

通过系统梳理日本适应气候变化法律政策的发展历程,分析日本多主体适应气候变化的框架机制,结合其目前具体的适应实践进展,总结出可供中国借鉴的经验启示。研究发现,日本适应气候变化法律政策的发展经历了由重减缓、轻适应,到上升至国家战略,再到立法这3个阶段,形成了以国家、国立环境研究所、地方公共团体、地区气候变化适应中心、企业和居民为主体的多主体适应框架,从科研成果与决策应用转化、适应信息“共享—反馈—更新”有效循环、建立跨地区合作平台、适应资金支持、实施进度监测管理等5个方面构建了多主体适应气候变化机制。目前日本各适应主体逐步开展适应气候变化实践,但适应工作仍处于初期阶段,适应信息共享体系、跨地区合作细则以及适应政策实施效果评价体系有待进一步完善。结合日本的法律政策经验和中国具体情况,提出了中国应科学定位适应气候变化法律地位、加快立法进程,完善“监测评估—信息共享—适应行动—效果评价”多主体适应框架的机制体制,引导企业采取气候风险管理和适应性商业活动,提高居民的适应认知和适应能力的政策建议。     

基于NCEP-GEFS回算资料的我国极端温度变化特征研究

利用美国NCEP全球集合预报系统(GEFS)历史回算资料和中国均一化格点观测数据,分析了我国近30 a来极端温度变化特征,重点考察了该模式预报系统对这一变化特征的刻画性能。通过估算格点观测和模式资料中2 m温度的历史气候百分位,分析了我国冬夏两季极端温度的气候特征以及极端温度日数的气候分布和多年变化趋势。结果表明,我国冬季极端低温和夏季极端高温的空间分布表现出较强区域性特征:东北、华北和青藏高原区域冬季极端低温的百分位阈值对应的温度较低,而华南、西北和长江流域夏季极端高温的阈值温度则较高;近30 a来我国夏季平均温度和极端高温日数几乎都呈现上升趋势,冬季平均温度则在我国大部分区域呈上升趋势、西北和东北部分地区呈下降趋势,相应地冬季极端低温日数在大部分区域呈下降趋势、仅在西北、东北和华南部分地区略有上升。NCEP-GEFS回算资料能较好地再现我国冬夏两季平均气温、冬季极端低温和夏季极端高温日数的气候趋势和年际变化,但在各区域都有不同程度的冷偏差,冬季偏差明显大于夏季,并随着预报时长的增加,冬季冷偏差逐渐增强,而夏季冷偏差则逐渐减弱。因此,本文建议采用基于百分位阈值的相对极端性定义,可自动修正模式分析场和预报场中的系统性偏差。     

气候变化对河北坝上地区草地土壤风蚀扬尘季节和年排放速率的影响

以全球气候模式NorESM1-M产生的RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5气候变化情景数据和原环保部推荐的土壤风蚀扬尘计算方法,模拟分析了未来气候变化对河北坝上砂粘壤土、粘壤土、壤粘土、砂壤土、砂粘土和风沙土草地土壤风蚀扬尘总可悬浮颗粒物(Total Suspended Particle,TSP)、PM10和PM2.5的季节及年排放速率的影响。结果表明:气候变化影响下坝上地区气温上升,年降水量和风速波动较大、并存在上升和下降的趋势。相比基准情景,在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下,各土壤风蚀扬尘TSP、PM10和PM2.5季节排放速率在春季分别高15%、47%、28%和46%;秋季分别高17%、54%、45%和38%;冬季分别低36%、42%、39%和44%;夏季,在RCP2.6情景下低1%,在RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下分别高14%、3%和7%;未来气候变化情景下,各土壤风蚀扬尘TSP、PM10和PM2.5年排放速率分别高25%、54%、35%和54%。基准和未来气候变化情景下,土壤风蚀扬尘TSP、PM10和PM2.5的季节和年排放速率及其差异从高到低均依次为砂粘壤土、风沙土、砂壤土、粘壤土、壤粘土和砂粘土。表明未来气候变化将使河北坝上地区草地土壤风蚀扬尘排放速率增加,但存在季节和气候变化情景方面的差异。     

从理念到行动：温室气体与局地污染物减排的协同效益与协同控制研究综述

自20世纪90年代IPCC提出协同效益概念以来,大量研究充分证实了温室气体减排政策、措施能产生可观的局地生态环境质量和健康效益。相应地,既有研究也证实局地大气污染物减排政策、措施对温室气体减排同样具有协同效益。中国进入工业化成熟期不久,局地大气污染压力即达到峰值,又迎头遭遇国际应对气候变化浪潮,同时面临空气污染物与温室气体双重减排压力。因此,国内研究不仅关注“由碳及污”或“由污及碳”的单向协同效益评估,更加重视对综合减排措施的协同效益评价。21世纪初,美国国家环保局提出的温室气体与局地大气污染物协同控制概念在中国得到更为广泛的欢迎和接受,并由中国学者首先定义了协同控制的内涵,认为协同控制是实现最大化协同效益的手段和途径。这一进展将人们对协同效益的认识提升到“全球视野、局地行动”的新高度,推动人们从被动地接受“协同效益”,转而主动寻求“协同控制”温室气体和局地大气污染物,为统筹全球和国内（局地）两个减排战场,提供了从认识论、方法论到实践论的全方位支持。中国学者在国内外协同效益、协同控制研究基础上,构建协同控制效应评价和协同控制路径规划方法,并通过多个行业、城市、区域的案例研究证实了该方法体系的科学性和可行性。“协同控制”也已上升成为国家应对气候变化和持续改善大气环境质量的重要策略。在中国推进美丽中国建设、实现碳达峰目标和碳中和愿景的过程中,协同控制的理念、措施、政策将发挥愈加重要的作用。未来,协同控制研究需要将所关注的对象要素,从仅局限于大气扩展至整个生态环境系统;而对建立协同控制的治理体系的研究,将成为实现宏观层面气候变化与生态环境治理协同的关键。     

气候变化感知和适应行为研究的可视化计量分析

基于Web of Science（WOS）核心数据库中2007—2019年发表的2075篇以“气候变化”“感知”和“适应”为研究主题的文献,利用CiteSpace软件的网络可视化分析功能,并结合WOS的相关统计工具,对气候变化感知和适应行为领域的文献特征与演进历程进行研究,以期明确该领域的历史研究特征、知识基础和热点演变,并指出未来的研究趋势,为发展创新提供参考。结果表明：除气候变化、适应和感知外,脆弱性、影响、风险、管理、变化性、适应能力、恢复力、农业、风险感知、政策、干旱和农民也是气候变化感知和适应行为领域的热点词汇;在研究中不断涌现新的词汇,且越来越重视沿海地区和小农问题;公众的个体经验不断受到重视,同时气候变化敏感区将是本领域未来的热点研究地区;中国仍处于气候变化感知和适应行为领域研究的起步阶段。     

基于Ka波段云雷达的六盘山顶云特征分析

利用宁夏六盘山气象站2017年9月至2018年8月的Ka波段云雷达观测资料,统计分析了六盘山顶不同云的出现频率及宏观特征。结果表明：六盘山顶云出现频率最高值在7月,为61%,最低值在12月,为26%;按云层数划分,六盘山顶出现的云主要以1层云、2层云及3层云为主,相对总云的月平均出现频率分别为68%—86%、14%—27%及0.4%—4.8%;按云底高度及云层厚度划分,六盘山顶低云、中云、高云及直展云相对总云的月平均出现频率分别为29%—53%、14%—58%、6%—22%及2%—20%。云底高度在冬春季节高于夏秋季节,云顶高度在夏秋季节高于冬春季节,云层厚度为1.6—3.6 km,年变化特征与云顶高度类似。整体来看,春、夏、秋季云厚在白天大于夜间,冬季云厚在夜间大于白天,其中夏、秋季云厚日变化特征较为明显。     

基于NCEP资料的近30年夏季青藏高原低涡的气候特征

基于NCEP/NCAR再分析资料并通过人工识别与天气图对比,本文对1981～2010年夏季高原低涡的气候特征进行了统计分析,对比研究了高原低涡高发年和低发年的大气环流场和低频分量场的特征,主要结果有:（1）近30年来夏季高原低涡平均每年生成32个,低涡发生频数呈现较明显的增多趋势,并具有较强的年际变化特征,低涡频数在2000年和2005年出现显著突变,在2000年由增多趋势转为减少趋势,在2005年又转为增多趋势,同时低涡频数具有显著的准5年、准9年和准15年周期振荡,6月生成的高原低涡呈减少趋势,而7月和8月生成的高原低涡均呈现增多趋势;（2）夏季高原低涡生成源地主要集中在西藏双湖、那曲和青海扎仁克吾一带,其中高原中部涡占50.8%,西部涡占27.0%,东部涡占22.2%,6月、7月和8月生成的高原低涡分别占夏季低涡总数的44.7%、29.9%和25.4%,高原低涡生成时绝大多数为暖性涡,占总数的90.7%。近30年来平均每年夏季有1.3个高影响高原低涡移出高原并在下游大范围地区产生强降水天气;移出的高原低涡以东移为主,占移出高原低涡的56.4%,而东北移和东南移的分别占移出高原低涡的20.1%和20.5%;（3）高原低涡高发年,低层的大气环流场和低频大气环流分量场均表现出较强的水平辐合及偏南气流,高层的青藏高压在高原主体范围内较气候态偏强;高原低涡低发年的情况则与之相反,伊朗高原上空的气旋、青藏高原低槽和高原南侧反气旋的配置对高原低涡的发生具有重要作用。