卫星云图反演资料质量控制方案在暴雨模拟中的对比研究

本文以2003年7月9～10日发生在江淮流域的暴雨过程为例,应用FY-2B卫星红外云图灰度资料,利用统计回归的反演方法求出高分辨率的温度和湿度的反演场用于改进预报的初始场。设计和对比了几种质量控制方案,再将控制后的反演场与常规资料进行同化,最后用MM5模式进行了模拟对比试验。结果表明：在模式的初始场中引入卫星云图反演场能反映出更为细致的中尺度结构,有效地增强了对降水有重要影响的高湿区;锋生函数质量控制方案改善模式的初始场,从而改善了MM5模式降水预报的落区和强度,提高了降水预报准确性及Ts评分。     

卫星资料反演湿度场改变模式初值对降水预报的影响

为探讨初始场资料在数值预报中的重要性，用高分辨率卫星T_BB资料反演的云内湿度场来改进模式初值，初步研究分析了改进的模式初值对降水预报的影响。以湿绝热过程的变态方程为积分方程，由卫星T_BB资料反演出大气中各等压面层湿度场。通过对比分析反演的湿度场与客观分析 (T106) 的水汽场，发现两者有较大区别，前者更加合理地反映出降水区域高空湿度场的分布。利用中尺度模式MM5将有限区域的常规探空资料和非常规资料进行同化，并对暴雨个例进行预报对比试验。不同初值的对比试验表明，在模式的初始场中引入卫星资料反演的湿度场后，明显地改善了模式降水预报的强度和落区，比仅使用常规探空资料更接近于实况。     

卫星云图资料反演的质量控制及变分同化数值试验

该文针对数值化的 GMS红外卫星云图资料的特点 ,利用改进的统计反演方法分别求出温度和湿度估计场 ,设计了几种订正方案对反演出的温度和湿度进行质量控制 ;控制后的反演场再与常规观测资料进行变分同化 ,最后用 MM4模式进行了模拟对比试验 .结果显示 ,在合理的泛函设计的基础上 ,质量控制的好坏直接影响预报结果 .用分析场格点值进行订正效果优于用测站值直接订正 ,加上对云图反演的值进行系统误差订正后 ,有效提高了降水预报准确率 .值得指出的是 ,加进云图资料后 ,明显改善了模式降水预报的强度和区域 ,与仅用常规探空资料相比更接近于实况 .     

卫星反演湿度场及其在暴雨预报中的初步应用分析

文中分别用两套相对湿度初始场方案 ,对 5个暴雨个例进行了预报对比试验 ,探讨了利用GMS- 5卫星图象反演的高分辨率湿度场资料改进初始场 ,以提高暴雨中尺度数值预报水平的可能性。结果表明 :( 1 )引入卫星反演湿度场能较好地反映出实际湿度场的水平中尺度结构 ,尤其是有效地增强了对降水有重要影响的高湿区的分析 ,且与实际探空资料更为接近 ;( 2 )引入卫星反演湿度场资料改进初始场一般会使 2 4 h的降水预报评分有所提高 ,特别是具有使预报前期 ( 0～ 6h)的降水场向观测场逼近的作用 ,但对预报后期 ( 6～ 2 4 h)降水场的影响具有不确定性。     

大气红外探测器(AIRS)温、湿度反演产品的有效性检验及在数值模式中的应用研究

利用中国540个地面气象观测站点资料,对1和7月大气红外探测器(AIRS)的反演中国区域地面气温精度做了详细评估,分析了产生误差的原因。同时把AIRS的反演温、湿度廓线产品与T213数值预报产品进行比较,分析了它们之间的差异。为进一步考察AIRS温、湿度产品的有效性,我们把经过订正的AIRS地面气温以及温、湿度廓线产品分析同化到中尺度模式MM5中,用于华北降雪天气过程的对比模拟试验,分析AIRS反演产品对降雪量、水汽场、垂直速度场、散度场以及云物理过程等的影响。     

卫星云图资料反演的质量控制及变化同化数值试验

该文针对数值化的ＧＭＳ红外卫星云图资料的特点,利用改进的统计反演方法分别求出湿度和温度估计场,设计了几种订正方案对反演出的温度和温度进行质量控制：控制后的反演场再与常规资料进行变化分化,最后用ＭＭ４模式进行了模拟对比试验,结果显示,在合理的涵函设计的基础上,质量控制的好坏直接影响预报结果,用分析场格点值进行了正效果优于用测站值直接订正,加上对云图反演的植进行系统误差订正后,有效提高了降水预报准确率     

卫星云图降水预报系统

将08时展宽云图上采集的红外数字化资料进行处理，得到所需范围的初始量温场；根据08时高空资料得到天气系统场。两场对应叠加，确定量温场归属的天气系统。根据相应的移向移速公式，可得到未来12小时每间隔3小时一次的云图预报量温场。使用05-08时3小时降水量实况资料．对预报量温场进行降水量反演计算，可得出来来3h、6h、9h和12h的降水量预报场。经检验，该系统对0～6h的短时预报准确率较高。     

可降水量资料反演及在暴雨数值模拟中的初步应用

通过同化可降水资料改善模式初始湿度场从而提高暴雨模拟与预报效果。首先应用适时回归方法反演大气可降水量资料，然后以1998年6月18—19日暴雨模拟为例，采用变分同化方法研究了可降水量资料在暴雨数值模拟中的作用。数值模拟结果表明：1)MM5模式中同化可降水量资料后，对于雨带位置的模拟效果起到很大的改善；亦可改进暴雨降水强度的模拟效果，改进程度与降水参数化方案有关。2)同化可降水量资料后，明显改善初始湿度场，在一定程度上缓解旋转加强(spin up)问题，从而有效地提高降水模拟效果。3)降水模拟对参数化方案的选取同样敏感，改进初始湿度场的同时应该选择相应的降水参数化方案。     

HIRS/2 亮温直接应用于数值预报的试验研究

将极轨卫星HIRS/2探测仪的高分辨率亮温资料，经过定标、定位和其它一些预处理后，不经过反演，直接和其它观测资料一起用最优内插(OI)方法进行分析，给出数值预报初始场，并用国家气象中心的准业务有限区预报模式做预报试验。对比试验结果表明，在数值预报中直接使用亮温比使用反演资料更好。     

卫星资料的非线性反演同化与一次强降水预报试验

利用地球同步气象卫星红外资料,通过优选BP人工神经网络和最优拟合回归这两种非线性方法,建立了反演宁夏大气相对湿度场的数学模型。反演湿度场经过变分同化与质量控制后,代入中尺度数值预报模式MM5,对一次突发性强降水过程进行了预报试验。结果表明,使用该资料后,数值预报模式对这次突发强降水过程的预报能力明显提高,模式输出产品具有预报指示意义,spin-up问题得到了一定程度的改进。     

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。