百叶箱与通风辐射罩的气温日最值差异

利用2009年8月—2010年7月的平行观测资料,对新型自动气象站中百叶箱和通风辐射罩气温观测系统气温日最值对比差的分布、粗差率、一致率以及平均值等进行统计,对日最值的出现时间进行对比,对日最值对比差与环境风速的关系进行分析,建立并验证了百叶箱气温日最值的订正方法。结果表明:百叶箱和通风辐射罩气温日最值对比差的分布均呈右偏态,且偏斜程度较大,不服从正态分布;日最高气温与最低气温的一致率分别为90.0%和81.5%,两者存在较大差异,但其粗差率基本一致,均略高于3.0%;与通风辐射罩气温观测系统相比,百叶箱的日最值数据总体偏高0.2℃左右,同时其出现时间也存在不同程度的滞后;气温日最值的差异会随着环境风速的增强而减小,特别是当风速大于4.5 m·s-1时,其差异可缩小到0.1℃以内;以环境风速为主要参数的气温订正方法将最高气温的差异缩小到0.03℃,一致率提高到95.2%,将最低气温的差异缩小到0.01℃,一致率提高到94.1%。     

强制通风温度传感器的计算流体动力学分析

本文利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法对基于076B型强制通风防辐射罩的温度传感器进行流固耦合传热分析,计算不同太阳辐射强度、下垫面反射率、强制通风速度、气象站海拔高度和下垫面长波辐射强度等影响因子条件下温度传感器的辐射误差。为实现影响因子连续变化时能提供准确修正数据的目标,采用神经网络算法仿真值计算结果进行拟合,获得辐射误差订正方程。结果表明,辐射误差订正方程的修正误差在0.005℃以内。订正后的气温观测数据有望用于气候变化研究和高精度天气预报。     

第二代自动气象站不同气温观测系统数据对比分析

利用2009年8月—2010年7月的平行观测数据,分析了第二代自动气象站百叶箱气温观测系统和气候塔通风防辐射罩气温观测系统的数据差异,讨论了季节、月份以及时次等不同时间尺度下的太阳辐射强度和环境风速大小对这种差异的影响。结果表明:与百叶箱的数据相比,气候塔的气温分钟值、日均值和日最值等都平均偏低0.2℃左右;数据对比差随太阳辐射的增强而变大,两者间存在较强的正相关性,其中夏季、8月份和15时的偏差均值分别达到了0.29℃、0.30℃和0.31℃;数据对比差随环境风速的增强而减小,两者间呈较强的负相关性,当风速大于5.4 m/s时,数据对比差的平均值和标准差从风速小于1.5 m/s时的0.17℃和0.31℃分别减小到了0.12℃和0.10℃,而数据对比差小于0.2℃的样本比例从60.3%提升到90.4%。     

轻型百叶箱和玻璃钢百叶箱气温对比研究

为揭示轻型百叶箱和玻璃钢百叶箱气温的差异变化特征,利用上海枫泾区域自动气象站2012年4月至2013年9月分钟级数据,采用线性分析、线性拟合、多元回归等方法,对两种百叶箱的气温和日极值进行月尺度对比,揭示两种百叶箱气温测值差异程度,分析不同云量、不同升(降)温速率、不同风速、不同降水强度下两种百叶箱气温差特征,探讨产生气温差的原因,并计算不同季节的轻型百叶箱气温订正方程。研究发现:两种百叶箱气温差、气温差的离散度、气温日极值差均存在季节性差异。轻型百叶箱春、夏和秋季的日最高气温参考价值较低,高温日参考价值较低。太阳辐射和红外(红外冷却)辐射对两种百叶箱气温差影响较大,辐射量越大,则气温差异越大。单一风速条件或单一降水条件对气温差的影响较小。而降水条件下,大风和低风速时的红外冷却辐射会导致气温差异增大。轻型百叶箱气温测量值对环境气温变化的敏感度要高于玻璃钢百叶箱,更能反映非周期性变化特点。结果表明:材质和结构决定轻型百叶箱防辐射性能较低,是导致两种百叶箱测温差异的主要原因。     

基于格点的中国东北中北部2 m温度数值预报检验及偏差订正

基于中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS-V2. 0)实时产品数据集中2 m气温数据对ECMWF高分辨率数值模式2 m气温预报产品在中国东北中北部的预报能力进行初步检验并利用递减平均法对系统性偏差进行订正。结果表明,气温平均预报准确率与海拔高度呈显著负相关,山区预报准确率偏低,系统性偏差较大。气温预报偏差还表现为明显的日变化特征,在夜间表现为预报较实况显著系统性偏高,白天系统性偏差不明显。冬季夜间气温,特别是最低气温系统性偏高的特征变得更加明显。递减平均法对系统性偏差的订正效果好,订正后,东北中北部地区冬季夜间气温及最低气温预报能力有大幅度提高。另外,递减平均法对东北中北部山区3、4及9月以外其他月份夜间气温及最低气温,对冬季白天气温及最高气温有显著的订正能力。     

温度表百叶箱测温性能的研究

本文广泛地讨论了温度表百叶箱对温度测定的影响因子和误差。试验资料表明全屏蔽双层百叶箱箱内总辐射量主要决定于直接太阳辐射强度和太阳高度角,百叶箱防辐射性能还随测站地理、气候条件和局地特征而异。箱外壁吸收日射使附近空气增温平流进入箱内的影咱可以超过温度表吸牧箱内辐射的误差。为了提高小风速条件下的箱内风速,必须尽量扩大叶片间距,缩短叶墙厚度,增大内壁空隙截面与外表进风截面的比值。文中推荐了两种新型温度表百叶箱,通过百叶箱测温误差的比较分析,表明这两种新型百叶箱的性能明显地优于苏式百叶箱。     

观测仪器和百叶箱的变化对地面气温观测值的影响 及其原因分析

在未来的几年来,中国几十年以来一直使用的地面人工气象观测系统将全部被自动观测系统所取代,观测系统的变化(对气温观测而言,主要是感应器的变化和百叶箱的变化)导致气象要素观测值的系统偏差将是不可避免的。检测地面自动观测与人工观测的地面气温的差异,并分析产生这种差异的原因,对于分析我国气温时间序列的均一性,科学合理使用我国长期气候序列进行气候变化研究具有重要的科学意义,同时对于改进我国地面自动观测系统,减少观测值的系统误差,具有重要的业务应用价值。选取在同一观测场观测、具有同种防辐射百叶箱、不同感应仪器的人工和自动两种地面气温观测系统所获取的5个国家基准站的平行观测资料,分析了不同时间尺度(小时、日、月)的观测和统计值的差异,揭示了两种系统获得的气温测值的偏差,并分析了产生这种偏差的原因,近似估算了仪器精度、仪器灵敏度、太阳辐射和红外辐射等影响因子导致的偏差值。观测仪器的变化对气温测值有较明显的影响,日、月、年平均气温相差0.2左右,太阳辐射对不同仪器的影响不同是主要原因,同时,两种仪器存在0.1左右的系统观测误差,对环境温度变化的敏感性的差异也可引起一天中的不同时段存在0.1—0.15的差异。通过对3个台站不同百叶箱、相同仪器的对比观测试验资料的分析,表明从总体上看,百叶箱的变化对气温观测值的影响不大,但玻璃钢百叶箱内的气温对环境气温变化较木质百叶箱更灵敏。     

基于ECMWF产品的站点气温预报集成学习误差订正

提出一种基于数值模式预报产品的气温预报集成学习误差订正方法,通过人工神经网络、长短期记忆网络和线性回归模型组合出新的集成学习模型（ALS模型）,采用2013—2017年的欧洲中期天气预报中心数值天气预报模式2 m气温预报产品和中国部分气象站点数据,利用气象站点气温、风速、气压、相对湿度4个观测要素,挖掘观测数据的时序特征并结合模式2 m气温预报结果训练机器学习模型,对2018年模式2 m气温6~168 h格点预报产品插值到站点后的预报结果进行偏差订正。结果表明:ALS模型可将站点气温预报整体均方根误差由3.11℃降至2.50℃,降幅达0.61℃（19.6%）,而传统的线性回归模型降幅为0.23℃（8.4%）。ALS模型对站点气温预报误差较大的区域和气温峰值预报的订正效果尤为显著,因此,集成学习方法在数值模式预报结果订正中具有较大的应用潜力。     

基于机器学习的格点气温预报订正方法

使用2017年9月至2021年3月国家级业务化运行的智能网格实况分析产品和欧洲中期天气预报中心全球模式(EC)产品,根据湖北省的地理分布特征构建6个分区,采用基于LightGBM机器学习算法建立的气温预报方法,生成湖北省0.05°×0.05°格点气温预报产品。利用2021年4—9月的预报产品和格点实况资料进行检验,结果表明:基于机器学习的气温预报方法(MLT)取得了较好的预报效果,其在0～72 h时效内优于中央气象台下发的气温精细化指导预报(SCMOC)和EC产品;MLT在山区的误差较平原大,但山区的订正幅度大于平原,日最高气温的订正幅度大于日最低气温的订正幅度;4—9月MLT、SCMOC、EC产品的平均绝对误差(MAE)日变化都呈现了白天偏高、夜间偏低、午后凸起的单峰特征,MLT的MAE值较SCMOC和EC产品的更低,并且在转折性天气中仍具有优势;站点检验与格点检验结论一致,基于格点建模的气温预报产品对站点预报同样得到了订正。机器学习在格点气温的模式订正方面可以作为一个行之有效的手段。     

基于CMA-TRAMS模式地形高度偏差的地面气温误差订正方法研究

采用一元线性方法建立南海台风模式CMA-TRAMS地形高度偏差和地面气温预报误差的回归关系,分别开展不分级、高度偏差分级和地面气温误差分级的三种订正方法的研究,并进行订正效果评估。结果表明,模式地面气温预报误差与地形高度偏差总体呈负的线性相关关系,地面气温预报绝对误差随地形高度偏差绝对值增大而增大（对模式地形高度偏低站点尤为明显）,但不同时刻地面气温预报误差特征表现不同,模式对地形高度偏高（即模式地形高于测站高度）和地形高度偏差小于50 m的站点,06时地面气温（世界时,下同）预报总体偏低,对地形高度偏低大于50 m的站点（即模式地形低于测站高度）,06时地面气温预报总体偏高;而无论站点地形高度偏差如何,模式对18时地面气温预报总体偏高。三种订正方法中地面气温误差分级法能有效地减小地面气温预报误差,该方法订正后的分析场准确率可达96%~99%,12~48小时时效预报场准确率总体可提升至90%以上,该方法具有回归关系稳定、效果显著、适用性广、简单易行等特点。     

ENSO的气象卫星监测方法

运用ＧＭＳ红外探测辐射这温（ＴＢＢ）资料,计算和分析了１９８０￣２０００（缺１９９５￣１９９６）年热带太平洋中、西部逐月ＴＢＢ距平场的相对变化,得到了判定厄尔尼诺和拉尼娜出现的门槛值,提出了快捷、客观地监测它们形成、发展及衰亡过程的方法,并且为其预测提供重要线索。     

WIS的实现技术研究及应用

WIS是世界气象组织（WMO）正在实施和建立的新一代信息系统,是未来支撑WMO所有计划以及其他国际组织有关计划的数据传输和服务平台。WIS由国家中心、数据收集或产品中心和全球信息系统中心（GISC）等三级功能中心组成,其中,GISC是WIS的核心功能中心,承担WMO及有关国际组织各项计划的实时数据和产品的收集分发,提供全部WIS数据的访问接入。中国气象局作为世界气象组织中有重要影响力的会员,建成北京GISC,成为WIS中支撑责任区内及区域间数据交换的核心功能中心之一是中国气象局的既定目标。本文介绍了WIS的功能结构,分析了元数据同步、数据发现、数据同步等WIS/GISC关键功能的实现技术及其在北京GISC系统设计和开发中的应用。     

青藏高原夏季TBB场与水汽分布关系的初步研究

通过对比分析 1998年夏季各月青藏高原及周边地区GMSTBB及由HLAFS资料计算的湿度(T -Td、θse)和水汽通量平均场 ,指出 :TBB场展示的云区及无云或少云区可以直观地揭示出大气中湿、干区的分布 ,准纬向和准经向TBB低值带分别指示出大气中的水汽汇合区和水汽输送带。据此 ,由 17年夏季TBB总平均场分析得到 :青藏高原上空为北部较干、南部很湿 ,并且南部湿区中又是中、东部较湿和嵌入有两个湿中心区 ,西部较干 ;高原上的水汽来自孟加拉湾和阿拉伯海 ,并且主要从 85°～ 95°E一带中的某些有利地区涌上高原     

The Fractal Dimension Distribution of the Short-Term Climate System in China and It’s Connection with the Monsoon Climate

By analyzing the Fractal Dimension(FD) distribution of the Short-range Climate system(SCS) in China, it is found that the FD varies in different region and this just agrees with the regionally of the monsoon climate in China. The FD of the SCS Lays between 2.0 and 5.0. In the vast eastern area of China, the FD almost grows gradually with the latitude. Line 4.0 is along the mountain chains from the Nanlin Mountain to the Wuyi Mountain. North of the line the FD varies only slightly and all are above 4.0. Only in coastal islands the FD is smaller than 3.0.     

西北太平洋TC高频源地与GMS-SST暖水区及ITCZ的匹配关系

利用GMS高精度遥感海表温度(SST)反演资料、外逸长波辐射(OLR)反演资料和西北太平洋热带气旋(TC)源地及频数数据,分析了GMS-SST、赤道辐合带(ITCZ)、TC源地及频数的时空分布特征。研究发现:TC源地、发生频数以及强度的时空分布和变化均具有趋暖性。GMS-SST大于等于28℃的阈值条件为西北太平洋TC发生和维持的必要条件。并且存在10°N高频收缩轴,其与由GMS-SST大于等于28℃所定义的西北太平洋暖水区,GMS-OLR小于等于240 W.m-2定义的ITCZ的时空分布及变化有很好的相关性,即存在TC高频源地—GMS-SST暖水区—ITCZ三者间的匹配相关。     

晴空热对流泡的风廓线雷达探测研究

文中将风廓线雷达和无线电-声探测系统探测资料用于边界层晴空热对流探测研究.结合探测事例分析了晴空热对流的演变过程和热对流对上层空气的加热效应.在热对流初期,对流高度逐渐抬高,伴有较强上升速度的热对流泡逐渐升高的现象.在热对流旺盛期,热泡合并现象明显,不论是上升还是下沉气流瞬时速度都可以超过1 m/s,可以在约2 km的高度范围内形成一致的上升或下沉运动,并形成闭合环流、周期约1 h.在热对流消退期,对流高度逐渐降低,上升运动变得相对和缓并维持较长时间.在热对流过程中,热泡运动造成气层温度的起伏,热泡与周围温度差可以达到2-4℃.探测结果表明风廓线雷达具有很高的灵敏度,可以探测到晴空热对流泡.并且,风廓线雷达资料具有很高的时间和高度分辨率,可以精细刻画热对流泡的时空分布和演变,配合无线电-声探测系统还可以精确探测热泡温度分布及其对周围温度垂直分布的影响.通过对晴空热对流风廓线雷达探测资料的初步分析,在一定程度上拓展和加深了对热对流泡和边界层热对流运动特征的了解.借助风廓线雷达探测可有效改善低层大气探测,有利于开展低层大气动力与热力过程的数值研究,对于中尺度模式、降水预报的改进等具有重要参考作用.     

2002年台风Ramasun影响华东沿海期间可降水量的GPS观测和分析

介绍了2002年建成的长江三角洲地区GPS(全球定位系统)网对台风Ramasun影响华东沿海地区时可降水量的探测,指出GPS探测的可降水量(PWV)与加密探空资料所计算的可降水量具有高度的一致性.通过对多站GPS资料时间序列的分析,揭示了在台风影响过程中PWV 的三个阶段的变化特征: 在台风降水产生前PWV 都有一个急升的过程,PWV的急升时间长短、升幅、量值大小反映了水汽累积情况,它与台风过程降水总量、每小时降水量大小有较好的对应关系;PWV 急升达到峰值后进入高值波动阶段,一般在达到峰值后7～10小时开始出现明显的降水, 在这一阶段中PWV 时间序列的波动和空间分布特征与台风降水的短时变化和螺旋雨带演变有较好的对应关系;PWV 的急降则反映台风降水即将结束.     

孟加拉湾季风爆发可预测性的分析和初步应用

基于季风区对流层中高层副高脊附近的经向温度梯度能表征季节转换和季风爆发的物理本质这一事实,使用1980—1999年过渡季节期间(3～5月)逐日和月平均的NCEP／NCAR高空温度场再分析资料,对该温度梯度潜在的预报季风爆发进行了分析。结果表明：在已知初始时刻孟加拉湾季风区对流层中高层经向温度梯度的前提下,依据初始时刻的经向温度梯度和气候平均的经向增温率梯度,可以对孟加拉湾季风爆发的迟早做出定性预测。另外,由于孟加拉湾地区季风爆发日期与3月份青藏高原上空对流层中高层气温有显著相关,故前期高原上空对流层中高层的气温高低也是判断孟加拉湾季风爆发迟早的重要因子。对2000年和2001年孟加拉湾季风爆发迟早定性预测的结果表明,这两种预报方法具有潜在的应用价值。     

世界气象组织综合观测系统（WIGOS）

回首世界气象组织(WMO)成立以来的60年光辉历程,突出的成就之一就是所建立的功能强大、标准化的全球观测网,结合开放的数据政策及强大的实时数据交换业务能力,大大促进了全球、区域和国家级气象业务的发展,满足了不断增长和日趋复杂的社会需求,为人类安全和福祉做出了巨大贡献。世界天气监视计划(WWW)建立的全球观测系统(GOS)是世界气象组织国际合作的重要里程碑。本文首先回顾了世界天气监视计划全球观测系统(GOS)的起源、演进和现状,及其对全球气象业务发展的巨大贡献。第二部分描述了滚动需求评估过程的要点,即世界气象组织如何评估观测能力满足用户的过程,这使得我们得以更好地指导观测系统的发展。第三部分给出了全球观测系统到2025年发展的远景的描述,解释了未来观测系统的主要组成部分的发展要点。第四部分阐述世界气象组织新举措:WMO全球综合观测系统(WIGOS),一个综合、全面和协调的观测系统,它将以高效益成本比和可持续的方式,满足世界气象组织成员国日益增长的观测需求,提升他们为天气、气候、水和有关的环境领域的服务能力,同时加强与世界气象组织观测系统与伙伴组织观测系统的协调合作,造福社会。     

基于DEM修订的新疆区域气温空间插值精度优化研究

为研究新疆地区气温的空间变异性,以新疆66个国家气象台站1981—2010年月平均气温和30 m空间分辨率DEM数据为基础,采用传统插值法、基于DEM多元线性回归插值和基于DEM修正的空间插值方法对新疆区域气温数据进行栅格化,并分析年平均气温与海拔的相关关系。通过采用反距离权重法(IDW),普通克里格法(Kriging),样条函数法(Spline)和趋势面分析法(Trend)4种空间插值方法对气象要素进行直接插值、气温多元回归模型残差结果插值、基于DEM修正插值对比分析。通过针对插值方法进行基于MAE和RMSIE的交叉验证,结果表明传统插值方法、基于多元线性回归和基于DEM修正4种空间插值精度均为IDWKrigingSplineTrend。反距离权重(IDW)空间插值方法最优,基于DEM修正IDW插值、基于多元线性回归IDW插值与传统IDW插值精度分别是0.039、0.477、1.038,插值结果客观的表达了新疆区域气温随空间梯度的变化趋势。