地统计学分析技术及其在气象中的适用性

首先论述了地统计学的一些特点，然后从变异函数和Kriging插值两个方面介绍了地统计学的分析技术，最后讨论了地统计学在气象研究中的适用性。     

AR谱估计及其在气象资料分析中的应用

本文首先介绍了AR谱估计的Marple算法和Burg算法的主要原理以及它们的特点。通过模拟数据的分析,表明AR谱估计比经典的常用语估计具有更高的分辨卒。最后用该技术分析了乌鲁木齐地区近40年来的降水资料,从中分辨出降水量有近11年、6.5年、4年及3年的长周期和近1年及半年的短周期。     

滑动窗口的普通克立格方法在降水量插值中的应用

利用2009年全国2200个观测站降水量资料,使用滑动窗口的普通克立格方法对降水量资料进行格点化估计。针对滑动窗口的普通克立格方法在降水量格点化应用中存在的问题,设计了3种技术处理的试验方案。比较了全局搜索与方位邻近方法的误差,讨论了最大影响半径及屏蔽效应对插值效果的作用。提出了方位邻近法的样本点选择策略,结果表明,相对传统滑动窗口的普通克立格方法较常使用的全局搜索法而言,方位邻近法显著降低了计算资源的耗用,同时又具有较高的插值精度,特别是在站点密集地区有突出的优势;试验结果也表明:变程为4°～5°的经(纬)线弧长时,在方位邻近法下,我国大部分区域有较好的插值效果;屏蔽效应弱,ε取值为0.1时,降水量插值准确率较高,随着ε增大,插值误差也逐渐增大。     

Multiquadric方法在中尺度气象资料客观分析中的应用

利用浙江省中尺度自动站的温度资料,引入已广泛应用于测绘、地球物理、地图绘制等领域的Multiquadric插值法,并与目前气象领域内采用较多的Cressman方法进行比较,分析两者在不同站点分布和数量下对实况场的逼近程度,并对Multiquadric中的自由设定参数进行讨论。结果表明,总体而言,Multiquadric方法的均方根误差小于Cressman方法。当站点数为100时,两者差异达0.3℃;当站点数1000时,Multiquadric方法相对Cressman的改进已经1%,两者差异非常小。在站点数较少或是站点间隔较大的情况下,Cressman方法较易产生虚假中心,而Multiquadric方法则更加接近实况。Multiquadric平滑参数λ可以被认为是一种低通滤波器,它将高频波滤去,留下较大尺度的系统,同时冷暖空气温度中心的强度随着平滑强度的增加也逐渐减弱。Multiquadric参数c存在一个上限值,当c大于或小于该值时,客观分析结果表现出不同的敏感度。     

漂移克里金方法在雷达和雨量计联合估测降水中的应用

文中介绍了一种新的融合雷达和雨量计数据开展定量估测降水研究的空间信息统计学方法-Kriging with externaldrift(KED)方法.该方法能很好地融合高精度、低时空分辨率的雨量计数据和低精度、高时空分辨率的雷达数据进行插值.通过变异函数描述降水场的空间结构信息,能够充分利用数据间的空间相关性,来改进估测精度和提高处理速度.利用其优良的数学特性,以期在定量估测降水业务研究上进行新的探索和尝试.选用湖南省有代表意义的3次降水过程资料,通过雷达直接估测降水(RAD)、变分校准(VAR)以及KED3种方法,分别与雨量计测量值进行对比分析,选用代表站进行交叉验证结果均表明:RAD的均方差、绝对误差、相对误差最大,VAR次之,而KED最小.KED估测的结果与雨量计测量降水最为接近,估测效果最好;3种方法与雨量计实测值计算一定范围的误差频率,KED估测值具有最小的均方差和最小的标准差,且误差分布相对集中在0值附近,斜度和峰度最佳,试验证明该方法不仅能提高降水估测精度,且优于其他方法,VAR均方差次之,RAD均方差效果相对较差.联合雷达、雨量计估测降水的实质是把雷达估测值与雨量计测量的结果相融合,以雨量计来校准雷达估测值,保留了雷达探测剑降水的中、小尺度精细特征.校准后的雨量场数值接近雨量计测值,而且能够准确反映雷达测得的降水分布形式.     

多种气象资料在荆门暴雨分析中的应用

本文利用常规气象观测资料、加密自动气象站降水资料、卫星云图和SWAP强对流路径预报资料、多普勒雷达以及风廓线雷达资料,用天气动力学诊断方法,对2013年一次影响湖北省荆门地区的江淮气旋暴雨过程进行分析,结果表明:(1)此次暴雨过程是由于中高纬有高原槽发展东移,槽前正涡度平流作用使得低层西南涡加强,低层减压形成江淮气旋,气旋东移发展而产生暴雨;(2)强降雨主要集中在两个时段,分别与西南涡加强东移和江淮气旋生成有很好的对应;(3)500h Pa垂直速度表明,强上升运动区的移动方向与雨带移动方向一致;水汽通量辐合中心发展并向东北方向移动,跟强降水有直接的对应关系;(4)风廓线雷达反演的热成风温度平流变化,大气折射率常数大值中心以及SWAP的强对流云团的路径外推预报对本地强降水发生位置具有重要的指示意义。     

空间回归检验方法在气象资料质量检验中的应用

该文详细介绍了空间回归检验方法, 并使用2003年我国671站的逐日平均气温、最高气温、最低气温、平均水汽压、平均风速、平均0 cm地温、降水量资料, 检验该方法在气象资料质量检验中的适用性。按区号将全国划分为10个区, 利用该方法分别对各区7个要素进行了检验试验。结果表明:空间回归检验方法能够有效检验出可疑数据, 适用于对单一要素的检验; 对降水、风速等空间变化比较大的要素, 该方法有比较好的检验效果; 应用该方法计算时, 在不同地区、不同要素之间存在差异; 当固定出错比率时, 各区应该选择不同的f值。与一般空间检验方法相同, 该方法也与地理环境、周边台站分布有关, 并受台站密度的影响。     

气象卫星资料在沙漠气象中的应用

利用气象卫星资料获取难以进入地区的气象信息,揭示沙漠天气现象的客观事实和演变特点.     

变分分析技术在城市气象资料分析中的应用

随着城市气象研究和城市气象服务的深入开展,越工需要分辨率更高、精度更高的观测资料,同时,随着城市气象观测网的不断完善,已能提供较多的常规和非常规观测资料。为了得到更完善的气象要素分布场,首先应对这些常规和非常规观测资料进行客观分析。使用上海市的气象哨、常规气象观测站的观测资料和非常规观测资料进行客观分析。使用上海市的气象哨、常规气象观测站的观测资料和上海市的地表分类信息,对变分分析技术进行了实验。     

天气实况资料在气象影视中的应用

目前,天气实况资料逐渐成为气象影视节目不可或缺的内容,且应用越来越多,更加充实、丰富气象影视节目内容,为观众提供更多有价值的信息。结合多年实践经验,分析如何应用天气实况丰富和创新节目内容,增加节目亮点和看点。     

应用Kriging算法实现气象资料空间内插

使用Kriging算法对海平面气压和气温等气象观测资料进行空间内插，实现数据网格化。通过GRADS绘制等值线图与人工分析的天气图以及Surfer软件的Kriging方案的结果进行对比，并对比分析多个统计量，验证自制软件结果的好坏。结果表明：对于气象物理量场，变异函数应采用球面模型；对量级较大的海平面气压值应进行缩小化处理；对于常规观测资料，球面模型半径应取10个经纬距以上。     

大同国家基准站双轨运行数据浅析

应用相关系数分析了大同国家基准站2003年-2005年自动站和人工站各气象要素的相关性，尝试探讨了二者相互对比的差异。分析的目的是为了使国家基准站在长期、连续的观测中获取更准确、更及时、更有效的地面气象观测资料。     

用Kriging方法对中国历史气温数据插值可行性讨论

使用 Kriging 插值方法对已经过质量控制和均一化的1951年1月-2004年12月中国全部基本、基准站气温资料逐月进行空间插值.通过站点的实际序列与插值后格点序列进行比较,针对相关系数和线性趋势等多个量来检验 Kriging 方法对气候资料插值的效果.结果表明:插值前、后的气温空间分布、气温变化趋势都非常一致,从年际变化来看,插值序列与实际站点序列的相关性也非常高.对比分析还发现用距平序列的插值效果要明显优于原始气温序列插值,但不同的球面模型半径插值在站点稀疏地区的插值结果差别较大,需要先对气候要素进行空间代表性进行分析,以合适的球面半径进行插值.对于气候变化比较特殊的地区,如中国西南部分地区,插值序列很难反映更小尺度的气候变化规律.     

日气温数据缺测的插补方法试验与误差分析

对缺测气象观测记录进行插补是建立连续气象数据集的基础.将孤立1日或数日缺测资料进行插补的线性回归模型法应用于连续缺测数月的逐日最高、最低和平均气温的插补,并进行了一系列改进,包括:(1)用滑动选优法确定邻近参考气象站站数和数据样本时间窗的最佳值;(2)在记录缺测站与邻近参考站之间建立逐日气温的线性回归模型,并选取以最小绝对误差(Least Absolute Deviation,LAD)为目标函数求取模型参数的方法,取代以最小均方根误差为目标函数的最小二乘法(Least Squares Estimate,LAD)求解模型参数的方法,可提高计算效率和参数的稳定性;(3)进一步提出将LAD法与DeGaetano标准化序列法插补结果平均的综合插补方法,以减少极端误差.通过对湖北蔡甸气象站1961-2006年插补试验表明:(1)以4个邻近站和年数为8年、日数为15天时间窗的样本资料建模进行插补误差达到最小;(2)逐日最高、最低和平均气温的平均绝对误差分别为0.32℃、0.45℃、0.28℃,误差在±0.8℃以内的频次分别占总数的94.1%、84.8%、96.1%,观测值与插补值月相关系数在0.886以上.插补与观测资料平均值和相关系数分别通过了显著水平为0.05和0.01的检验.     

用GMS双谱资料估计湿度场及其在数值预报中的应用

对GMS红外和可见光两个通道的资料进行了处理,并估计出了700 hPa和850 hPa两个层次的湿度场。将卫星资料估计的湿度场取代数值模式通常的客观分析湿度场进行了对比业务试验。业务运行表明,应用卫星资料后,预报结果有较大改进。     

典型气象年生成方法及原始气象数据质量分析

准确分析建筑热环境性能及其能耗需要代表当地平均气候状况的逐时典型气象年数据。根据我国现有的4次定时气象数据,选取建筑气候标准(GB50178-93)的7个气候区的代表城市,运用美国Sandia典型气象年方法,产生了代表城市的建筑能耗模拟分析用标准气象年数据。着重论述了针对原始气象数据的缺测情况,在生成典型气象年时的数据处理过程和质量控制原则,为建立和完善我国建筑节能用标准气象数据库提供了前期的理论分析基础。     

晕渲图技术在气象模式数据可视化上的应用

晕渲法根据山体阴影值的原理,利用光照角度和方向、坡度和坡向的关系来计算光通量的明暗值,利用色调的明暗来展现气象模式数据的立体感。晕渲图的着色方法是将每个格点上的明暗值作为HSV色彩模式中的明度,结合饱和度和色度获得HSV色彩值,再通过HSV色彩模式和RGB色彩模型之间的转换,使用RGB色彩模型进行着色,实现气象模式数据彩色晕渲图的绘制。本文在气象模式数据的可视化工作中,利用晕渲图技术,实现对物理概念上与地形类似的气压、位势高度等数据的三维绘制。相比于传统的等值线填色方法,晕渲图技术能够直观表现大气形势场的立体分布,以凹凸效果表现高低值天气系统,通过坡面的陡度体现天气系统的梯度变化;能够展现数据的像素级细节,识别梯度较小的涡流扰动,显示等效地形影响,帮助气象工作者更好地解释数据,为气象模式中数据处理的改进提供参考。     

微机实时气象资料应用支持系统

实时气象资料支持系统包括资料预处理，客观分析，物理量诊断及图形显示三部分。该系统操作简便，分析质量高，即省时省力又可极大地增加预报信息量，是进行天气预报分析的有力工具。     

区域气象观测资料分析应用系统

“区域气象观测资料分析应用系统”应用软件主要任务是把本地的区域气象站观测资料根据不同需要处理成不同的显示产品,方便分析和应用观测资料,用于日常业务。该软件提供完善的实时显示、历史资料查询与统计功能、数据质量监控。系统采用C/S结构,服务器端以SQL server作存储观测资料数据库,客户端用Visual Basic与MapX开发组件构建应用显示平台。系统具有要素空间分布等值线绘制等功能、天气雷达回波显示功能。该软件可以动态、及时地了解当地的雨情、气温、地面风大小。与雷达回波相结合,可以辅助预测未来短时间内降水影响的区域和影响程度、还可以辅助判断区域气象站地面降水数据的真实性;借助要素等值线功能观察某个气象要素分布梯度,辅助判断观测设备是否异常;可以设定报警阈值,用声音或动画图像报警;可以制作站点观测数据报表。该软件充分考虑因气象观测设备来自不同的生产企业而产生的数据格式不一致的问题。     

LDM软件在气象数据交换中的应用

目前运行的国内气象通信系统存在着交换平台（操作系统平台）不统一、数据接口不统一、数据交换软件不统一等问题,导致每新增一类投入业务使用的观测资料,从资料采集、资料传输、资料传输监视到资料应用等都自成一体,给通信传输管理带来很大不便。LDM（Local Data Manager）软件作为底层通信传输和管理系统,可实现上述三者的统一。通过对目前国内气象通信系统存在的传输软件不统一、文件数目多时造成拥塞和文件优先级无法保证问题的分析,对LDM软件灵活和有效的数据分发功能及用户可配置的、支持分布式的处理和事件驱动的特点进行了介绍,并以建立的基于LDM的实时气象资料分发服务系统为研究和试验原型,对LDM软件及目前国内气象通信系统软件进行对比分析,结果表明:采用LDM软件可以提高传输业务的整体工作质量,解决目前国内气象通信系统存在的问题,即LDM软件较适用于我国气象数据交换业务。