多种观测资料在红塔集团雷电预警中的应用

尝试利用多种观测资料对雷电预警预报的技术方法,以大气电场测量为基础,利用地面电场仪、气象观测雷达的组网,实现自动、连续、实时监测雷雨云中强雷电活动中心在红塔集团地面产生的电场强度、极性以及闪电数等,提供监测范围内雷暴强电荷活动中心的发生发展演变特征和整个雷暴过程中雷电活动位置和发展信息。同时结合闪电定位系统的观测,为雷电的监测和预报提供更充分的信息。     

塔里木河干流植被遥感监测时空多尺度协同分析方法

利用遥感植被指数、典型植被样方和地面观测信息进行塔里木河干流植被监测是目前的主要方法。由于塔里木河干流具有流域下垫面均匀性差,自然植被随机分布的特点,使得现有研究方法局限在特定的时间和空间尺度,很难使用地面的观测数据和不同尺度的遥感数据进行植被生长状态的协同分析。针对这些问题,本文提出了利用不同分辨率遥感数据和地面观测数据进行多尺度协同分析的方法MSSA(Multiple Scale Synergy Analysis)。该方法包括以下几个步骤:①通过低空间分辨率的遥感数据构建时间序列的塔里木河干流植被指数分布图像,在分析图像特征的基础上划分塔里木河遥感监测单元;②对监测单元内部不同组分的时间和空间状态参数进行量化与率定;③根据几何光学模型原理和植被随机分布特性,采用线性混合模型模拟单元植被指数;④根据模拟结果和遥感数据的对比分析,获得地面植被参量的可靠估计。该方法将地面组分的状态参量和遥感数据通过模拟模型相关联,实现了不同时空尺度遥感数据以及地面样方或者点观测数据的协同分析,为塔里木河干流植被监测进行长期、细致的研究建立了海量数据综合分析的方法体系。     

青藏高原东南缘地应力野外综合观测和试验平台初步建成

<正>依托国土资源部公益行业科研专项"重要地区地应力测量与监测及构造应力场综合研究"等项目,中国地质调查局地科院力学所初步建立了青藏高原东南缘地应力观测网。通过观测和初步研究,获得了区内应力应变随时间的动态演化特征,以及地应力状态赋存特征及分布规律,为我国地球动力学基础研究及地质灾害预警提供了重要的科学依据,也为多领域科学研究提供了大量数据。     

城市暴雨内涝综述：特征、机理、数据与方法

建成环境的高空间异质性与致灾过程的复杂性给城市暴雨内涝研究带来巨大的挑战,具体表现为模型代表性不够、计算效率低、基础数据和验证数据匮乏。以机器学习为代表的人工智能技术、高分遥感和互联网大数据的快速发展则为城市暴雨内涝研究提供了新的契机。论文结合人工智能、高分遥感和互联网大数据等新技术发展,从特征、机理、数据与方法4个维度对暴雨内涝的研究现状和发展趋势进行了系统总结,主要结论包括：① 暴雨内涝具有短历时性、空间散布性、连锁性和突变性,其热点呈现空间上的动态迁移特征。② 降雨时空特征和城市化程度决定暴雨内涝灾害的量级,地形条件尤其是微地形则决定发生位置和内涝频率。地形控制作用指数(topographic control index, TCI)对暴雨内涝发生位置具有良好的指示能力。③ 排水管网、高精度地形和不透水面分布是暴雨内涝模拟的关键基础数据;降雨过程的高时空变异性是暴雨内涝近实时预报预警的主要瓶颈,需要充分利用天气雷达观测提高其精准度;互联网众包大数据是获取高空间覆盖度暴雨内涝灾情信息的新途径,但也面临不同类型信息融合、提炼和质量控制的挑战。④ 结合水动力模拟与机器学习可建立兼具物理基础和计算效率的暴雨内涝模拟方法,是实现近实时模拟与快速预报预警的有效途径。     

一种基于GIS的预报降雨栅格动态生成方法初探

中国大部分地区的降雨监测点位布设稀少且分布不均,特别是大区域的降雨监测和预报存在着不准确现象。利用GIS技术,以都江堰市为研究区,结合降雨随海拔变化规律与实测降雨数据,初步建立了降雨随海拔高度变化的二次曲线计算公式和等高线对应转折拐点降雨图层,参考对比自定义降雨矩阵点图层生成的预报降雨栅格效果,最后在基于AE开发的山地平原过渡区土地生态安全预警系统中,依据等高线拐点降雨图层动态生成研究区降雨栅格,作为该系统下预警指标动态监测模块的主要指标因子,初步解决了研究区降雨监测点位少的情况下,全区预报降雨可视化程度低和局部预报准确度不高的问题,有效地提高了降雨预报的准确性和直观性。     

丽江机场强对流预报因子及潜势预报分析

利用FNL 1.0×1.0数据及丽江机场2014-2018年常规观测资料对丽江机场飞行区域强对流预报因子及潜势预报进行分析,表明选取对流有效位能、整层相对湿度、0℃层高度、近地表四层等压面的抬升指数和可降水量作为预报因子建立丽江机场雷暴预报方程,预报方程通过了显著性检验,预报效果检验表明该预报方程有较好的雷暴潜势预报能力;选取对流有效位能、0℃层高度、近地表四层等压面的抬升指数、可降水量和整层相对湿度建立强降水预报方程,预报方程通过了显著性检验,预报效果检验表明该预报方程有较好的强降水潜势预报能力。     

中国大气本底观测发展概述

中国早期的大气本底观测网建设起步于上世纪80年代初，并于10a后基本建成。目前，中国气象局、中国科学院在原有观测站的基础上各自建设和发展着自己下属的大气本底观测网络。全球大气观测网给出了一整套开展大气本底观测的技术标准，各国均予以严格遵循。20多年来，中国大气本底观测工作在基础数据积累以及观测标准制定等方面取得了较大进展，与此相关的科学研究也取得了长足进步。最后对中国大气本底观测发展过程中存在的一些问题进行了探讨。     

宁夏一次春季突发寒潮极值暴雪过程的等熵位涡分析

利用常规观测、地面加密站逐时观测和欧洲中期数值预报中心0.125 °×0.125 °逐6 h再分析资料,从天气系统演变、冷空气路径、灾害性天气预报指标等方面,利用315K等熵位涡对2016年4月2～3日宁夏突发寒潮极值暴雪过程进行了诊断分析。结果表明：（1）此次过程属于高空小槽东移合并型,地面有冷高压分裂且主体快速南下,并有锋面相配合,导致强冷空气入侵和锋后降雪。（2）前期环流形势稳定,后期天气系统突变,常规气象资料难以预报,315K等熵位涡图可作为短时、局地的春季寒潮降雪过程的有效分析和预报工具。（3）等熵位涡清楚地示踪冷空气的来源和传播路径：咸海区域对流层顶冷空气东移南扩与青藏高原对流层中层冷空气合并加强,且新地岛平流层下部的冷空气在前期缓慢东移后,自贝加尔湖加速南下对其补充引发寒潮。（4）等熵位涡异常大值可定量、清晰地表述关键影响系统西风带小槽的演变,具有更好的指示意义。（5）等熵位涡高值区随时间变化与寒潮演变一致,可提前6 h指示冷空气活动,且等熵位涡大于1.0 PVU区域与寒潮及降雪落区一致,大于0.8 PVU区域与强降温区域一致,可作为精细定量预报的重要指标。     

基于土壤水分的农业干旱监测研究进展

土壤水分是评估农业干旱的关键变量。然而长期以来,由于缺乏大范围、高精度、长时间的土壤水分观测数据,基于土壤水分的农业干旱监测在实际应用中受到限制。近年来,随着遥感观测技术的发展,土壤水分数据的时空覆盖度和产品精度显著提升,基于土壤水分的农业干旱监测逐渐吸引更多的关注。论文系统归纳了站点观测与微波遥感观测的土壤水分数据特性,综述了目前基于土壤水分的3种农业干旱监测指标：基于长时间土壤水分序列的干旱指标、基于土壤水分与土壤水力学参数的干旱指标和基于土壤水分等多变量综合的干旱指标。最后,论文从提高土壤水分数据空间分辨率、加强农业干旱机制研究与完善农业干旱监测体系三方面提出基于土壤水分的农业干旱监测所面临的挑战与机遇,以期为未来的相关研究提供参考。     

甘肃北部短时强降水中尺度特征及物理量配置

利用甘肃北部27个国家级自动气象站及635个区域气象站降水资料,结合常规高空、地面和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）再分析物理量场资料,选取了2016—2019年5—9月104个典型短时强降水个例,对甘肃北部短时强降水天气发生发展的环境条件进行了中尺度综合分析,揭示了区域内短时强降水的一些特征和规律。结果表明：（1） 甘肃北部短时强降水集中出现在6—8月,短时强降水的强度多为10~20 mm。（2） 甘肃北部短时强降水天气的典型特征,分为副高边缘型、低压槽型、西北气流型和河套阻高型4种流型。（3） 通过分析不同天气形势、不同类别、不同物理量参数间的联系与区别,总结出各类短时强降水天气的环流特征和物理量要素指标和阈值。（4） 地面辐合线（冷锋）是甘肃北部触发强对流天气的关键系统,地面辐合线（冷锋）的分析对短时临近预报至关重要。（5） 低空偏南风急流（显著流线）在110°E左右北上及在37°N左右产生辐合是判断甘肃北部能否产生短时强降水的重要依据。并对2020年短时强降水预报效果进行检验,预报准确率达63.6%,说明建立的短时强降水预报指标预报能力较强,为提高短时强降水预报预警能力提供了一种新途径。     

基于MODIS数据的城市光化学污染预警系统及预警等级研究

通过分析MODIS遥感数据反演的大气气溶胶光学厚度(AOD)与大气环境污染的关系,结果表明当空气清洁没有污染时,AOD小于0.3,当空气轻度污染时,AOD在0.3~1.0之间,当空气污染严重时,AOD大于1.0。在分析AOD与地面大气污染的关系的基础上,结合地面空气污染监测数据的空气污染指数,将城市光化学污染的预警等级分为无、微弱、较弱、较强和强五级,并对城市光化学污染预警系统进行了框架分析,为进一步建设城市光化学污染预警系统提供基础。     

河西走廊罕见强沙尘天气传输及其过程持续特征

2021年3月15—19日河西走廊出现了近10 a范围最广、持续时间最长的罕见强沙尘天气过程。利用MICAPS常规气象观测资料以及物理量场资料,从天气气候成因、环流形势演变、物理量诊断等方面分析了此次强沙尘天气的传输及过程持续特征。结果表明：（1）2021年3月14日受强烈发展的蒙古低压槽影响,蒙古国南部及内蒙古中西部爆发了强沙尘暴,前期蒙古国及中国北方异常增暖是导致沙尘暴爆发的诱因之一。（2）受高空贝加尔湖深厚低压槽后西北气流引导冷空气东移南下、高空急流动量下传、配合地面冷锋过境共同影响,蒙古国中西部高低空的沙尘粒子被输送到河西走廊,造成河西走廊15日凌晨到上午出现局地强沙尘暴和扬沙天气。（3）强沙尘暴出现后,700 hPa、850 hPa及近地面内蒙古、华北、宁夏及陕西一带盛行偏东气流将蒙古国及内蒙古的沙尘输送到了河西走廊,造成河西走廊15日下午至19日出现浮尘天气。（4）沙尘天气维持期间,地面冷高压移速缓慢,河西走廊位于地面冷高压后部,地面风速和湿度较小,不利于沙尘的沉降和水平扩散;河西走廊上空盛行下气沉流、逆温层深厚、大气干燥及层结稳定,不利于低层沙尘的垂直扩散和沉降,对沙尘的...     

内蒙古牧区暴风雪风险评估研究

暴风雪天气是内蒙古草原牧区危害严重的气象灾害之一。为了更确切的了解暴风雪灾害天气的特征,分季节对暴风雪天气进行了类型,即秋末初春暴风雪天气、隆冬暴风雪天气、春末初夏湿雪冷雨型暴风雪天气;通过因子分析法、灰色关联分析对三种类型暴风雪天气进行分析,发现上述三种类型暴风雪天气都为风、雪、寒潮灾害群天气;每个季节最主要的影响因子不同,导致的灾害程度不同;因此掌握各个季节暴风雪天气的特征对预报员提高预报预警水平很有实际意义。尝试使用BP神经网络法、支持向量机对暴风雪灾害等级进行评估,通过与根据灾情评定的灾害等级对比分析,发现SVM方法的评估效果优于BP神经网络法,因此,基于数值预报产品通过SVM方法做暴风雪灾害预警产品成为可能,可为暴风雪灾害预报预警业务提供客观参考依据,能够提升预报服务效果,减少灾害损失。     

南四湖湖泊湿地生态环境预警研究

基于南四湖近30 a来多源遥感影像、土地利用、环境监测和实地调查数据,选择1982年、1992年、2002年和2012年4个时间断面,从湿地组织结构、整体功能和社会经济3个方面选取指标,从无警、轻警、中警、重警和巨警5个级别划分警度,采用多级模糊综合评价法进行警度评价,并运用BP神经网络模型对未来10 a警度发展进行预测,研究结果表明：① 南四湖湿地生态环境现在处于重警状态,农业化肥、农药污染和工业污染物排放是主要的警报来源;② 近30 a来南四湖湿地整体生态环境处于不断恶化趋势,社会经济指标恶化趋势明显,未来10 a各项指标和整体预警度均呈下降趋势,整体水平达到中警状态,社会经济投入的增加是重要影响因子;③ 近10 a环境恶化速度比前20 a有所减缓,社会经济指标恶化速度较快,人类活动的负向干扰仍大于正向干扰。     

2012年7月下旬河套地区4次切变暴雨的对比分析

应用日常预报业务中可以方便使用的常规观测资料、数值预报产品、卫星云图、加密自动站观测资料以及雷达资料等,从环流背景、流型配置、物理机制等方面对比分析了河套地区4次暴雨过程,旨在提高对暴雨的短期预报预测能力及短时强降水的临近预警能力。分析发现：（1）副热带高压西侧的偏南气流以及来自孟加拉湾的暖湿偏南气流在35°—40°N与来自高纬度的干冷的偏北气流多次交汇,水汽在该带中明显辐合,为河套地区持续性暴雨发生发展提供源源不断的水汽,提供水汽辐合上升动力条件;（2）暴雨落区与低层的显著流线出口区或急流出口区的位置、切变线的位置密切相关,暴雨一般落在高空急流的右侧、低空急流的左侧;（3）暴雨天气出现前一般会出现500 hPa以下θ随高度的增加而减少的特征;（4）暴雨天气出现前一般都会出现风随高度顺转的特征;（5）暴雨过程中地面辐合线起到动力抬升作用,触发中小尺度系统的生成和发展;（6）抬升凝结高度和自由对流高度都比较低,利于水汽凝结,而平衡高度较高,利于能量的积累,对于对流天气的预报有较好的指示意义。     

21世纪初中国北方沙尘天气特征及其与地面风速和植被的关系研究

利用2002-2010年气象站点观测资料,结合同期归一化植被指数(NDVI)资料,分析了中国北方地区2002-2010年的沙尘天气特征,以及沙尘天气与地面风速和NDVI的关系。结果表明,2002年和2006年是21世纪初的沙尘天气强年,中国北方的沙尘天气总站日数明显偏多;中国北方的沙尘天气与NDVI的0.2等值线位置的变化有关,当其向东进时,沙尘天气也频发,向西退时,沙尘天气也减弱;在植被很少,靠近沙漠的地区,沙尘天气日数和强风日数有很好的正相关性,在沙漠与草原的过渡地带,沙尘天气日数与NDVI有很好的负相关性;当植被指数减小,地表面植被覆盖减少,强风也增强,中国北方的沙尘天气就很可能增强。     

云南滇中地区强对流雷达回波统计分析

为了更好地开展强对流监测、预警和开展人工防雹作业指挥工作,通过对2006年至2012年昆明多普勒雷达观测的1148幅回波和234个降雹过程进行了收集和整理,从人工防雹作业指挥判别雹云的角度,对雷达回波的强度、高度和VIL等要素进行了统计分析。统计分析表明,云南滇中地区强对流发展强度强、高度高;虽然仅通过VIL跃升值难以判别强对流云体能否产生降雹,但冰雹云发展存在明显的VIL跃升,进而得出了强对流云体的VIL跃升值(前后两回波的VIL差值)是否超过35kg/m^2,可以作为强对流云体能否产生降雹的指标这一结论。