NCEP FNL全球分析资料的解码及其图形显示

美国环境预报中心（NCEP）的FNL资料分辨率较高且融合了大量的观测资料及卫星反演资料,被广泛用于数值模式及天气、气候的诊断分析研究中。本文对该类资料的解码程序及绘图时所需控制文件、索引文件生成方法进行介绍,通过一系列批处理命令,可以进行大量FNL资料的解码及绘图处理,为科研工作者在资料内容提取和图形显示等方面的工作提供一定的参考。     

GRADS绘图软件在Micaps站点资料的应用

用GRADS对Micaps站点资料绘图,针对站点资料绘图,利用Fortran提取Micaps第一、二类资料转换成GRADS站点资料,编写站点ctl生成map文件后进行绘图,根据GRADS的cressman客观分析将站点资料插值到格点资料上绘制等值线,按照站点资料的各步骤进行详细说明。     

NECP FNL资料解码及数据格式转换

随着精细化预报和数值预报的发展,对分辨率高且内容丰富的资料需求越来越大.美国环境预报中心的NECP FNL资料的分辨率较高,并且融合了大量的观测和卫星反演资料,广泛用于数值模式和天气气候分析研究.利用GrADS对FNL全球分析资料进行解码,并且并将解码资料的数据格式转换为Micaps第四类数据格式.同时,用程序实现按照...     

2012年FNL气温、气压和地面温度资料与河南省实况观测要素的误差对比分析

为了进行河南省区域范围内FNL资料的可信度检验,利用2012年NCEP/NCAR的FNL分析资料和河南省121个地面气象观测站的气温、气压以及地面温度资料,通过Cressman插值方法,分别从00、06、12、18等4个时次、12个月份和全年平均等方面,系统地对比了分析资料值与观测值之间的误差。分析结果表明,2012年河南省FNL资料气温、气压及地面温度的误差值（FNL分析值-实测值）区域分布特征比较接近,即存在着由西部、西北部山区的误差值负值区向东部误差值正值区的渐变趋势。对比表明,河南省大部分地区气温的误差在-3～2 K之间;气压的误差多在-10～10 hPa之间;而地面温度的平均误差主要在-5～2 K之间。FNL资料气温比地面温度的模拟结果更为准确,气温和气压资料都能够较好地代表实况。     

基于渤海石油平台海面风观测的FNL资料评估

对2018年全年渤海石油平台海上观测的15个站点的风速风向进行了分析,并利用4个代表站1、4、7和10月的资料对分辨率为0.25°×0.25°NCEP/NCAR的FNL资料分析风场的误差进行了对比评估。结果表明:(1)观测风速风向存在较大区域性差异;(2)FNL风场资料在渤海地区近海风速整体偏大;(3)夏季当风速小于15 m/s时,FNL的风速可信度最高;冬季当风速大于15 m/s时,FNL的风向可信度最高;(4)秋季风向误差最高,春季次之。当风速小于5 m/s时,风向误差较大。     

基于GrADS的NCEP/FNL再分析资料自动化处理程序设计与实现

随着气象业务现代化发展,精细化天气分析需求越来越大,主要体现在更高的时空分辨率和更为丰富的资料内容上。利用NCEP/FNL 1°×1°间隔6 h再分析资料,通过GrADS绘图,运用批处理和VB语言编写自动化处理程序,可迅速还原历史天气形势,生成如全风速脉动、湿位涡等非常规诊断物理量,对MICAPS起到有效补充。同时集成欧洲中心细网格及T639模式预报部分产品,其中EC模式2 m温度及逐6 h降水预报以一维折线叠加柱状图呈现,使用起来更为直观方便; T639模式时序图则以剖面显示预报时段的相对湿度场、风场、温度场及垂直速度场,为业务人员制作预报及对外服务提供依据。程序操作简单,易于维护,解决了资料时间和数据自动识别的难点,具有资料批量下载、总控文件规范生成的优点和依照需求实现多要素、多层次资料叠加显示的功能。出图迅速且丰富,能帮助预报人员从多个角度了解强降水天气过程的成因及特点,提升了撰写技术总结效率。产品均以图片形式分类储存,方便共享给基层测报人员使用,为县(市)气象台站进行技术总结交流提供技术支撑。     

Grads在绘制站点等值线图及热带气旋路径中的应用

以绘制广西雨量等值线图为例,介绍利用GrADS处理站点资料、绘制热带气旋路径的方法,以及介绍开发自定义背景地图文件的关键技术。通过使用背景地图文件,可大大简化绘图程序,并实现将高分辨率的地理信息添加到分析图中。     

采用不同背景场的龙卷模拟结果对比分析

采用常规气象观测资料,对2014年5月21日17:40广州市黄埔区九龙镇一次西风带龙卷的环流背景场进行分析,并利用FNL和ERA5再分析资料作为背景场模拟该龙卷过程,研究了不同再分析场对模拟效果的影响,结果表明:对于雷达回波、垂直速度、水平风场及水成物,FNL资料作为初始场对西风带龙卷的模拟优于ERA5资料。FNL再分析资料作为初始场、边界场能有效地模拟出西风带龙卷的超级单体结构。5月21日17:45对流风暴与经典超级单体结构相似,出现了钩状回波特征与入流缺口,其垂直结构上强回波向东倾斜,形成穹窿结构。17:50超级单体钩状回波处有明显的强上升气流与后侧下沉气流,具备生成龙卷的必要条件;从垂直涡度的低层平面发现涡旋特征十分明显,其高度从250m伸展至2km,龙卷有可能发生在从地面一直延伸至2km向西北倾斜的小尺度气旋内。      

GRAPES全球三维变分同化业务系统性能

近年来,GRAPES全球三维变分同化系统分析性能和稳定性有了长足进步。该文简要介绍了近两年GRAPES全球:三维变分同化技术的发展与改进情况,包括同化框架技术、资料同化应用技术与系统稳定性等方面。分析诊断了两年的同化循环试验结果,以探空资料作为参考,对ERA-Interim再分析场、NCEP FNL分析场和GRAPES全球三维变分分析场的统计特征进行了比较;以ERA-Interim再分析场作为参考,对NCEP FNL分析场、T639分析场和GRAPES全球三维变分分析场进行比较。结果表明:GRAPES分析场的质量明显优于T639分析场,性能上达到了业务化的要求,但相比NCEP FNL分析场还有一定差距,特别是对流层内湿度分析场的误差还比较大。     

桂林市一次大暴雨过程的成因诊断分析

利用常规气象观测资料和区域自动站降水资料、micaps资料,FNL1°×1°再分析资料以及FY-2C卫星云图等资料,对2015年5月14~15日桂林市大暴雨过程及其成因进行了分析。结果表明:强降雨主要是由500h Pa东移短波槽、850h Pa的切变线、低空急流和地面冷高压及锋面系统共同造成的。     

Hadoop在气象数据密集型处理领域中的应用

气象资料的统计分析计算属于数据密集型计算,目前的处理方式多为单机处理,对大量数据的处理比较慢,难以应对日益增长的数据,对气象资料的研究形成一定的制约。针对数据密集型气象数据的处理,尝试应用Hadoop的MapReduce思想提高计算效率;对Hadoop在处理大量小文件组成的气象数据时的低效率,提出对原始文件进行预处理,将多个小文件整合成能直接用于计算的大文件。试验证明,该方法解决了Hadoop处理大量小文件时的低效率问题,通过与Oracle入库检索的比较,应用Hadoop处理数据密集型气象资料具有实际意义。     

面向气象数据可视化的多功能绘图引擎研究与实现

针对气象数据可视化应用中对渲染速度和出图质量的要求,基于抽象工厂模式设计并实现了一款集多种图形渲染技术于一体的渲染引擎。通过实时切换图形渲染技术,该引擎在保持图形显示属性不变的前提下,既能够提供由硬件加速技术所享有的高性能,又能够输出高质量的矢量图形。使用该引擎的气象信息分析处理系统能够实现天气图的交互制作,海量气象数据的实时显示,用于科研论文和业务演示的矢量格式图像文件生成。因此,该绘图引擎能够较好地满足天气预报业务和气象科研两个方面的可视化需求。     

东海区风场降尺度模拟影响因子研究

基于中尺度WRF模式,采用NCEP FNL最终分析资料作为初始场和侧边界条件,以2009年为例,对中国东海区风场进行了动力降尺度研究,旨在检验WRF模式长期积分的动力降尺度能力,并考察动力降尺度方法在东海区的适用情况,为东海区多年时间尺度的风场降尺度研究提供参考。结果表明,3种不同积分方式模拟的风场均能较好地描述东海区风场的季节变化,且整体在冬季的模拟,要优于夏季的模拟。5DAY试验模拟效果最优,其他两组试验稍差。说明每5 d更新一次初始场的积分方式能够最好地描述东海区风场。每10 d更新一次初始场比起1 a连续积分模拟效果并无优势,连续长期积分模拟虽会导致系统误差累积,但定期更新初始场的方法并不一定能有效改善东海区风场的模拟效果。对于加入谱逼近方案的3种积分方式模拟的风场,每10 d更新一次初始场的试验对加入谱逼近方案响应最为明显。但就总体试验效果,5DAYS试验模拟效果仍然是最好的。加入谱逼近方案使得1 a连续积分这种积分方式模拟效果变差。由此说明,加入谱逼近方案后,采用5 d更新一次初始场的方式驱动,每次积分时间较短,初始场的作用还较强,故其改善效果不如10 d更新一次初始场;对于1 a连续积分,谱逼近方案使得初始场的改变导致了连续积分的误差积累增大。     

基于CIMISS的等值线色斑图接口设计与实现

基于CIMISS,在MUSIC规范下,采用C#语言,结合Surfer插件开发了可以绘制等值线色斑图的可视化接口,可以提高科研和工作效率,且有效补充了MUSIC的可视化功能。可视化接口的实现改进了绘图时应用色标文件的机制,使填充颜色时不需要每次都实时生成.lvl色标文件,而采用直接载入预先构建好的色标文件的方法,提高了绘图速度。提出的网格化采用宽高比例系数确定图形大小的方法,不仅使生成的图形比例协调,而且较好地解决了生成的图形边缘出现锯齿的问题。     

北京全球信息系统中心的数据缓存功能优化

世界气象组织信息系统 (WMO Information System,WIS) 是一个支撑全球气象数据交换共享的通用信息服务平台,北京全球信息系统中心作为WIS的核心功能中心之一,必须缓存最近24 h内的WMO全球交换数据以提供高效的数据访问服务。为了检查收集到的全球交换数据的合法性,需要校验每条数据是否存在与之匹配的元数据,这些元数据信息以关系型数据库方式存储在北京全球信息系统中心中。由于每日接收到的WMO全球交换数据文件个数多且收集时间分布不均,大量频繁的数据库查询操作导致处理性能下降,特别在数据密集收集的情况下容易产生较大延迟,直接影响业务的实时性。设计并实现一种基于内存对象缓存的应用优化现有通过数据库查询的校验方式,实现在内存中一次性载入元数据信息,并在内存中完成缓存数据校验的操作,以此来减少磁盘的读写访问,提升处理效率。此外,还通过多线程方法实现与缓存数据相关的功能,使该方案具有良好的扩展性。实际应用表明:数据缓存功能优化后能满足实时业务性能要求。     

基于Windows98下的气象图形软件开发及应用

介绍了基于Windows98下的一种图形处理软件的研制及应用，包括图形数据文件生成、等值线图制作、区域色斑图制作、趋势统计图制作、多要素点聚图制作几个功能模块的设计及应用。     

Seasonal and diurnal variations of stability indices and environmental parameters using NCEP FNL data over East Asia

Seasonal and diurnal variations of commonly used stability indices (SIs) and environmental parameters (EPs) over East Asia were examined by using eight years (2000～2007) 6-hr National Centers for Environmental Prediction (NCEP) final (FNL) global reanalysis data. The quality of the FNL data was also evaluated by using the routine rawinsonde data over South Korea. Most of the SIs and EPs shows significant seasonal variation (SV) and diurnal variation (DV), but their magnitudes are dependent on the geographic locations and seasons. In general, the SV and DV of SIs and EPs are greater over the inland area than that over the waters around the Korean peninsula, and the magnitude of DV is significantly larger during summer than during other seasons. The mid-to-upper atmosphere of the East Sea also exhibits relatively stable conditions during the summer due to the extended Okhotsk sea air mass. As a result, the SIs and EPs of the summer show a “C” shape with a minimum instability over the East Sea. The spatial distribution of the SIs and EPs also shows that the eastern and south-eastern region of China is the most favorable for deep convection during the summer. The DV of SIs and EPs are more significant in the inland area than on the coast with maximum (minimum) at 0600 UTC (1800 UTC). Although the spatial distribution of DV pattern is well suited to that of rawinsonde data, the time of the maximum and minimum instability over South Korea does not correspond to that of the rawinsonde data, which occurred at 1200 UTC and 0000 UTC (Eom et al., 2008). Compared to the rawinsonde data, the FNL data have a large RMSE in the temperature, wind, and mixing ratio especially at the lower troposphere. Therefore, the FNL data should be used with caution, especially for the perfect boundary condition experiments with various numerical simulation models.     

L波段探空雷达测风质量控制方法研究

以美国NCEP的FNL再分析场和我国GRAPES初估场为参考对北京探空雷达测风从平均偏差、标准偏差、概率密度分布、峰度系数、偏度系数、相关系数和均方根差等多参数进行评估。基于评估结果对雷达测风资料进行质量控制,并再次求解参数进一步评估质量控制效果。结果表明：L波段探空雷达测风质量较高,平均偏差基本在±1 m/s内,其与参考标准一致性随气压减小而减小;风的东西分量和南北分量的一致性基本保持一致;四个季节中夏季数据一致性最高;基于FNL的评估结果优于GRAPES,即基于FNL的所有参数相对于GRAPES的参数更接近最优值。基于评估结果质控后的测风一致性得到提升,保留了原有特征。该质量控制方法能够有效地消除季节性差异,且质控后两个背景场的评估结果差距缩小。