清代方测雨器、方蒸发器由来考

本文前半部介绍我国清乾隆年间戴源所记方测雨器、方蒸发器的构造和作用,并对比介绍欧美方测雨器及方蒸发器的沿革。后半部主要探讨这些仪器外形方圆变化的原因。并对戴源仪器本身及《测圆图解》进行分析,进而证明这种仪器并非我国自创,却系耶稣会传教士由巴黎传入中国。但在我国气象仪器史中有着重要意义。     

精细化评估GPM/IMERG产品对台风“妮坦”降水的观测精度

采用地面加密雨量计观测资料，以1 h、3 h、6 h、12 h和24 h等多个时间尺度分别评估了全球降水观测GPM （Global Precipitation Measurement）计划降水产品IMERG （Integrated Multi-satellite Retrievals for GPM）对台风"妮妲"降水中小雨、中雨、大雨和暴雨等不同量级降水的估计能力，主要结论如下：（1）降水累积时长会影响IMERG降水产品的估计精度。随着降水累计时长的增加，IMERG与地面雨量计观测结果的一致性加大，相对偏差和偏差的随机性均减小；（2）降水累计时长1 h时，IMERG对不同量级降水的观测精度均存在较大偏差；（3） IMERG降水产品会高估小雨时地面雨量计的降水量，且低估小雨事件发生的概率，对于小雨等级降水的观测能力还有待提高；（4） IMERG能较好地观测到暴雨降水的空间分布区域，但对暴雨的估计量级会明显偏低。     

基于日尺度的非结冰期水面蒸发影响因素敏感性分析

水面蒸发量敏感因素的判断,对于干旱区水资源规划利用具有重要的指导意义。本文以新疆尉犁县为例,对水面蒸发量影响因素进行分析。文章首先采用偏最小二乘回归法建立了水面蒸发量模型,在此基础上运用偏导数法分析了水面蒸发量对各影响因素的敏感性。结果表明:偏最小二乘回归模型具有较高的精度,不仅能够定量预测水面蒸发量,而且能够从机理上解释各影响因素对蒸发量的影响;风速、温度、水汽压这三因素对水面蒸发量最为敏感。上述模型为研究干旱区水资源利用提供了一种新方法和新思路。     

The WMO Field Intercomparison of Rain Intensity Gauges

The first Field Intercomparison of Rainfall Intensity (RI) gauges was organised by WMO (the World Meteorological Organisation) from October 2007 to April 2009 in Vigna di Valle, Rome (Italy). The campaign is held at the Centre of Meteorological Experimentations (ReSMA) of the Italian Meteorological Service. A group of 30 previously selected rain gauges based on different measuring principles are involved in the Intercomparison. Installation of the instruments in the field was preceded by the laboratory calibration of all submitted catching-type rain gauges at the University of Genoa. Additional meteorological sensors (ancillary information) and the observations and measurements performed by the Global Climate Observing System/Global Atmosphere Watch (GCOS/GAW) meteorological station of Vigna di Valle were analyzed as metadata. All catching-type gauges were tested after installation using a portable calibration device specifically developed at the University of Genoa, simulating an ordinary calibration inspection in the field.This paper is dedicated to the summary of preliminary results of the Intercomparison measurements. It offers a view on the main achievements expected from the Intercomparison in evaluating the performance of the instruments in field conditions. Comparison of several rain gauges demonstrated the possibility to evaluate the performance of RI gauges at one-minute resolution in time, as recommended by the WMO Commission for Instruments and Methods of Observations (WMO-CIMO). Results indicate that synchronised tipping-bucket rain gauges (TBR), using internal correction algorithms, and weighing gauges (WG) with improved dynamic stability and short step response are the most accurate gauges for one-minute RI measurements, since providing the lowest measurement uncertainty with respect to the assumed working reference.     

利用雷达资料对自动雨量计实时质量控制的方法研究

自动雨量计资料是对降水的直接测量,在流域面雨量计算、气候研究、气象服务等方面具有重要意义。但是,由于风力、蒸发、灌溉、校准、漏斗堵塞、机械故障、信号传输等原因往往造成其存在不同类型的系统误差和随机误差, 自动雨量计数据在定量使用前需要进行质量控制。目前,天气雷达以其高时空分辨率的优势已经成为监测降水的重要手段,本文首先采用两步校准法改善雷达估测降水,然后对雷达—雨量计对之间的差异进行统计学的分析,确定自动雨量计质量控制的一些标准,从而对雨量计进行质量控制。最后用两个降水过程对自动雨量计质量控制的结果进行了检验,结果表明:两步校准法改善了雷达估测降水的系统性偏差,并减小了雨量计站点上的相对误差;可以利用雷达估测降水实现对自动雨量计的实时质量控制,就整个数据集而言,约0.1%的数据被怀疑为误判,误判的自动雨量计主要位于雨带的边缘。但该质量控制算法同时也存在一定的局限性:在雨带的边缘或没有天气雷达覆盖的区域,以及雷达资料存在数据质量问题的情况下,往往会造成对雨量计的误判。     

称重式降水传感器异常降水记录特征分析

为掌握称重式降水传感器的仪器性能,分析称重式降水传感器在业务应用中存在的问题,提高称重式降水传感器数据可用性,选取北京地区38个台站称重降水传感器的异常降水观测进行统计分析,依照产生原因对异常降水记录开展归纳分类,将其总结为4个类型,即电源干扰型、温度敏感型、滞后型和融冻型,并分别对各类型异常降水记录的产生原因与误报特征进行分析,最后提出增加直流稳压模块、加强温度系数测定、改进设备结构或工艺、规范维护操作等多方面的对应解决思路。     

Comparison of different methods for estimating soil surface evaporation in a bare field

In this paper, three methods for estimating soil evaporation in a bare field were evaluated: evaporation ratio method (k ratio), complementary relationship and bulk equation. Micro-lysimeters were used to measure the actual evaporation for validation of the three methods. For the k ratio method, pan evaporation was used as the reference evaporation instead of the value obtained from the Penman–Monteith equation. This result is important for areas where meteorological data are unavailable. The results showed that, for daytime evaporation, the k ratio and bulk equation produced a good fit with the observation data, while the complementary relationship generated a larger deviation from the measured data. We recommend that the k ratio method and bulk equation could be used to calculate daytime soil evaporation with high accuracy when soil water content and pan evaporation data or meteorological data are available, while the complementary relationship could be used for a rough estimation when pan evaporation is available. All the methods could be applied to calculate cumulative evaporation.     

湖南省雨滴谱仪与常规降水观测对比分析

湖南省97个国家气象站自2017年开始陆续安装了雨滴谱仪,2018年1月1日起进行平行观测。为分析评估其探测降水量的准确性,选取湖南省12个国家站2018年雨滴谱仪观测资料和自动站翻斗雨量计小时降水资料,从总体观测误差、不同降水量级下观测误差和累积降水量观测误差3个方面进行对比分析,结果表明：（1）雨滴谱仪小时降水量和翻斗雨量计小时降水量存在显著的相关性,R2平均为0.94,其中南岳站R2最低为0.90,浏阳站R2最高为0.98,12个站的小时降水量绝对偏差均值为0.34mm;（2）当小时降水量Rh<1.0mm时,各站雨滴谱仪降水量较翻斗雨量计降水量平均偏大0.05mm,且平均差值绝对值均在0.2mm以下;当1.0mm≤Rh<2.6mm时,大部分站点雨滴谱降水量均大于或与翻斗雨量计降水量相当;当2.6mm≤Rh<5.0mm时,株洲和南岳站雨滴谱降水量较翻斗雨量计降水量明显偏小,武冈和娄底站雨滴谱仪降水量则明显偏高;当5.0mm≤Rh<8.0mm时,除株洲和南岳站外,其它各站雨滴谱降水量均大于或与翻斗雨量计降水量相当;当8.0mm≤Rh<16.0mm 时,除株洲和南岳站雨滴谱仪降水量偏小外,其他各站雨滴谱仪降水量均较翻斗雨量计降水量偏大;当Rh≥16.0mm时,雨滴谱仪降水量偏差明显变大,平均偏差绝对值达到3.570mm;（3）雨滴谱仪累计降水量和翻斗雨量计累计降水量变化趋势基本一致,除汨罗和南岳站外,雨滴谱仪累计降水量常表现为偏多。通过分析可见,湖南省雨滴谱仪雨量观测有较好可靠性,可为强降水监测预警、人工影响天气及降水数据订正等提供数据支撑。     

Methods of long-range forecasting of dates of the spring flood beginning and peak flow in the estuary sections of the Ob and Yenisei rivers

Multi-year characteristics of the beginning of spring floods and their peak flow observed at the stream gauges located in the estuary sections of the Ob and Yenisei rivers in the period from 1936 to 2003 were obtained in this work. For most of stream gauges, significant correlation between these characteristic dates and dates when the accumulated positive temperatures (observed at the meteorological stations located in the middle parts of the catchments) reached 30 and 40°C was revealed. A great percentage of successful forecasts issued by using the multiple regression equations (78–86%) allow recommending using the obtained relationships for long-range forecasting of dates of the spring flood beginning and its peaks in the estuary sections of the Ob and Yenisei rivers with a 20–24-days lead time.     

GRC型雨量器（计）检定仪的研制与应用

雨量器（计）是降水量的主要观测仪器,为保证其测量结果的准确性,对其进行检定或现场校准是非常必要的。文章主要研制既能对雨量器（计）进行室内检定、又能在户外进行现场校准的雨量器（计）检定仪。检定仪采用能够溯源的计量标准球作为标准器,利用蠕动泵对降雨强度进行流速恒定控制,用电源控制器和蓄电池供电,可实现无交流电的户外降水仪器的现场校准。经过试验和应用分析,其性能优于国内同类产品,符合作为量值溯源计量标准的条件,对雨量器（计）的检定和现场校准具有实用性,可用于自动气象站雨量传感器的现场校准。     

小型蒸发器失真记录分析

为提高小型蒸发器观测记录的准确性,对德州1998年1月至2007年12月蒸发量失真记录（负值、偏大可用、缺测记录）,结合当时天气状况等气象因素进行对比分析。结果表明,负值记录占失真记录的54．8％,集中在11至次年2月,多发生在非阵性的小雨（雪）、连阴雨、大雾天气;偏大可用记录、缺测记录多集中在6--8月,多发生在阵性强降水和湿度小、日照强、风大天气;造成失真记录的原因有人为操作不当、特殊天气、操作不科学等因素;针对不同天气条件下避免失真记录的发生提出了相应的处理方法。     

广东省年蒸发量的时空演变特征

利用广东省86个气象站点1961—2003年的地面气象观测数据,采用经验正交函数分解（EOF）和相关分析法,分析了广东省年蒸发皿蒸发量和实际蒸发量的时空变化。结果表明,粤东沿海、珠三角和粤西南等沿海地区是广东省年蒸发皿蒸发量的主要气候变异中心,广东省沿海年蒸发皿蒸发量具有以年代际变化为主的特征,并且在43 a内总体上呈下降趋势,广东省沿海地区与粤东、粤中地区年蒸发皿蒸发量气候变化趋势的差异,可能是由于饱和差、近地面风速在两个区域的气候变化变幅不同所致。在影响蒸发皿蒸发量的因子中,太阳辐射与蒸发皿蒸发量的相关性最好,呈显著的正相关。对实际蒸发量而言,在全省范围内均表现为以年际变化为主的特征,太阳辐射对广东省年实际蒸发量的影响最为显著,广东省年实际蒸发量一般都占蒸发皿蒸发量的50%左右,并且比值总体上呈现微弱的由沿海地区向粤东、粤中地区递增的趋势。研究结果可为今后探讨广东省水资源异常和旱涝气候灾害的成因提供依据。     

地下水浅埋条件下冬小麦和大豆土壤水分动态预报模型研究

用统计方法和水量平衡法推导出江淮地区潜水蒸发经验计算模型。利用农田水分平衡原理分别在江淮地区建立了引入潜水蒸发量和没有引入潜水蒸发量的冬小麦和大豆土壤水分动态预报模型,并对这两种模型在地下水浅埋条件下的预报准确度进行比较。1980年的比较结果是:当预报时效为10天时,两种作物7个时段的土壤水分平均绝对误差前者为8.2 mm,后者为20.1 mm,平均相对误差分别为2.8%和6.8%。引入潜水蒸发量后,冬小麦和大豆土壤水分动态预报模型的预报准确度明显提高。     

气候波动对典型草原区潜在蒸散的影响

根据FAO推荐的彭曼—孟蒂斯方程,利用典型草原区1961—2008年25个地面气象站资料,分析了典型草原区潜在蒸散量的变化趋势以及与气候波动间的关系。结果表明,1）典型草原区四季与年潜在蒸散量均呈现出一致的减少趋势,且春季潜在蒸散量减少趋势最为显著,减少率为3.71mm/（10a）,其次为夏季和秋季,冬季最少。典型草原区年潜在蒸散量的80%以上集中在牧草返青、生长关键期,且此时又是潜在蒸散量变幅最大的季节,由此可能引发典型草原区干旱事件频发、地上生物量减少、草场的退化。2）对典型草原区潜在蒸散量影响最为密切的因子为：相对湿度、降水量、日照时数和平均风速,气温影响不显著。究其原因从能量平衡原理分析,典型草原区近50a平均风速减少影响了空气动力学对蒸散的影响,日照时数减少和湿度的略增是太阳辐射减少的原因,从而导致了潜在蒸散量的降低。3）21世纪典型草原区潜在蒸散量处于低的平均态和变率增大时期,极有可能引发干旱灾害,这与目前该地区气候变暖后生态耗水加大、干旱化加剧、生态退化严重等结论是一致的     

湘江流域蒸发皿蒸发量的变化趋势及原因分析

利用1960-2006年湘江流域内44个气象观测站蒸发皿观测资料,采用气候倾向率、相关系数分析法,以及反距离权重插值来分析湘江流域蒸发皿蒸发量的时空变化特征及其影响因子。结果表明：湘江流域年蒸发皿蒸发量在47年间以21.29 mm/10a速率显著减少,通过了90%信度检验;且有75%的站点蒸发皿蒸发量下降趋势显著。从季节变化来看,蒸发皿蒸发量的下降趋势主要在夏季,以15.58 mm /10a的速率显著下降,并通过了99%信度检验。从空间分布来看,湘江流域蒸发皿蒸发量自西南向东北逐渐减少,且下游地区减少趋势最显著。流域饱和差的减小及风速的显著下降导致大部分站点蒸发皿蒸发量呈下降趋势。     

中国降水测量误差的研究

20世纪 ,国际上许多国家对降水测量进行了对比试验工作 ,以研究降水测量中的误差大小与分布。由于各个国家降水测量仪器的型式、尺寸以及安装高度不同 ,试验对比的降水测量误差的大小也就不同。为了弄清中国降水测量误差的大小 ,中国气象局选择了 30个基准基本站 ,建立标准雨量站网进行试验对比。本文介绍了中国标准雨量站网的设置以及对比资料的获取情况 ,对比分析了中国降水测量的随机误差、沾湿与蒸发误差、风场变形误差。经 30个标准雨量站 7a 2 90 0 0多次的 1台坑式雨量器、2台台站雨量器的对比观测 ,给出了中国降水量测量误差的大小、降水测量中的随机误差与系统误差的分布情况。经分析 ,对于收集口口径为 2 0cm ,安装高度为 70cm的台站普通雨量器 ,每次测量随机误差累计平均值为 0 .0mm ,沾湿误差为 0 .2mm ,蒸发误差为 0 .0mm ,降雨风场变形误差为 0 .19mm ,降雪为 0 .32mm。降雨测量的平均相对误差约为 4 .34%～ 15 .2 8% ,降雪测量的平均相对误差约为 6 .17%～ 39.99%。     

天气雷达定量降水估测不同校准方法的比较与应用

利用天气雷达联合地面雨量计定量降水估测的局地平均校准法和局地分级平均校准法,分布估计2012年7月21日20:00至22日01:00 BT重庆市荣昌县及附近的降水。结果表明,局地分级平均校准法较局地平均校准法对强降水的估测效果好,同时两种方法的降水估测效果均与所取的局地校准半径大小有关。对降水分布及洪水灾情的分析表明,降水分布与河网的结合是进行中小河流洪水气象风险预报的重要着眼点。     

Evaporation over the Aegean sea using large-scale parameters

Summary The accuracy of evaporation estimates based on meteorological observations from selected coastal stations and various methods are tested in the area of the Aegean sea. The higher values of evaporation are predicted through Smith's approach and bulk aerodynamic formula withC _E=1.85×10³. Priestley-Taylor parameter and annual variation of evaporation in the are are presented analytically.With 5 Figures     

中国北方冬季降水的多源资料产品评估和融合优化

为了考察不同来源降水产品在中国北方冬季（特别是固态降水）的精度和可用性,优化融合降水产品质量,利用2019年12月—2020年2月美国CMORPH和IMERGE卫星反演降水、日本GSMaP、中国气象局雷达定量估测降水（MOC-QPE）、CMA-MESO模式预报以及地面观测插值等不同来源分析的降水产品,以地面站观测逐小时降水量数据为基准,从KGE评分、相关系数、平均误差和均方根误差等精度统计指标以及命中率（FOD）、虚警率（FAR）和TS评分等降水事件发生角度开展评估,结果表明:中国区域单源降水产品中地面插值分析产品对冬季降水描述精度最高也最稳定,但存在明显的系统偏低;其次是MOC-QPE和IMERG卫星产品,对中国北方偏南部地区的降水有一定的描述能力,但对北方高纬度地区固态降水的反映能力较差;卫星产品中IMERG精度最高,CMORPH则基本没有反演能力;CMA-MSEO模式产品虽然误差较大但与地面站观测的降水特别是固态降水存在较高相关,明显优于雷达和IMERG、GSMaP等卫星产品。采用BMA技术融合雷达、模式、卫星降水形成优化背景场,评估逐步引入不同的数据源对融合降水在冬季的精度影响,引入IMERG卫星和CMA-MESO模式产品均能提升高分辨率融合产品的质量,其中模式产品的改进效果最显著。