一种计算区域内气象要素平均值的方法

采用面积分的原理,提出了一种计算区域内气象要素平均值的新方法,通过对湖南全省温度、降水的平均值计算分析,对计算误差进行了检验。结果表明,采用该计算方法可以减少因气象台站分布不均匀对平均值的影响,计算得到的平均值更能反映实际情况。     

几种雷电灾害风险评估计算方法应用对比分析

雷电灾害风险评估中,雷击风险的计算方法有人工计算、Excel表格计算和软件计算3种。选取石嘴山一油库为案例,依据风险管理标准(GB/T 21714.2 -2015),分别采用人工、Excel和软件方法,计算该油库雷电风险总量和风险分量。计算结果显示,软件计算风险总值相对人工计算值总是偏高,特别是对于易燃易爆场所,比人工计算、Excel计算值高20~30倍;人工方法、Excel方法风险总值计算结果较为一致。造成差别的原因是,人工计算主观性大,不同的评估人员在风险分量的选取及计算过程中会出现较大的差别,容易忽略部分风险分量,从而造成风险总量的减少。在风险分量的组成上,对第三类防雷建筑物,人工计算结果更符合实际;对第一、二类防雷建筑物,软件计算结果更符合实际。     

线翼截断方式对大气辐射计算的影响

在大气辐射传输计算方法中,有3种基本方法,即,逐线积分方法,k-分布方法和带模式方法。其中,逐线积分方法是最精确的计算大气透过率的方法,本文根据透过率计算方式的不同,将逐线积分方法分为追线积分法和追点积分法。由于逐线积分计算需要耗费大量的计算时间,在大气遥感和大气探测业务中使用时,必须减少计算成本,提高计算速度。本文在追线积分法的基础上,给出了简化的逐线积分的基本方法,在保证同样计算精度的同时,大大提高了计算速度。对在精确的和简化的逐线积分下,不同线翼截断方式(CUTOFF)对吸收系数、大气透过率和冷却率的影响进行了更详细的探讨。通过数值试验发现,对谱线线翼的截断方式是影响辐射计算精度和计算速度的重要因子。在不同压力下,用CUTOFF=2计算的吸收系数误差最大;对CUTOFF=1,在大多数取样点上误差都小于2%;对CUTOFF=3或4,对绝大多数取样点上计算的吸收系数误差都在5%以内,但所用的计算时间却明显减少。大气低层的透过率对不同的计算方法和不同的线翼截断方式不敏感;对大气高层,无论是对精确的还是简化的逐线积分方法,当CUTOFF=2时的透过率结果与其他线翼截断方式的结果差别较大。通过比较,本文给出线翼截断的优选方案。     

雷击灾害风险评估中等效截收面积计算方法研究

建筑物等效截收面积的计算直接影响到对该建筑物年预计雷击次数的计算,进而影响到对该建筑物雷击风险评估的准确性。《建筑物防雷设计规范》给出的建筑物等效截收面积的计算方法,适用于高点延伸范围大于低点延伸范围的建筑物等效截收面积的计算,用于计算低点延伸范围大于高点延伸范围的建筑物等效截收面积却不尽合理。鉴于此,提出了优化的计算方法：由建筑物高点和低点计算的等效面积之和,减去滚球法计算出的保护范围面积,得到修正后的等效面积,该方法考虑了中高层建筑的引雷作用,计算结果更接近实际。     

地形起伏对模式地表长波辐射计算的影响

初步探讨了数值模式中次网格区地形起伏(高度、坡度)对长波辐射计算的影响。结果表明,地形高度的次网格变化对辐射计算结果的影响较小,其相对误差一般<2%,但不同分辨率的地形高度场会产生不同的坡度计算误差,低分辨率地形资料所计算的坡度分布相差不大,但坡度的量级存在较大偏差。地形的分辨率越高,实际计算结果的偏差越小。而高分辨率地形资料计算实例表明,地形坡度引起的区域相对辐射误差可达到10%以上。因此,在数值模式中,网格区地表长波辐射计算结果对地形起伏的敏感性应给予足够的重视。     

WGS-84地心坐标系中高空风计算方法

根据高空风探测的基本概念,建立站心坐标系和WGS-84地心坐标系,在两种坐标系中分别对高空风进行计算,并对计算结果进行比较。计算结果表明,对于传统的高空风探测,可仍然采用站心坐标系进行高空风的计算;对于GPS定位测风,可根据位置参数直接采用地心坐标系进行高空风的计算。     

高性能计算技术在气象领域的应用

高性能计算通过应用超级计算机与并行处理技术解决复杂的计算问题,是信息技术发展比较迅猛的领域之一。气象应用始终是高性能计算的重要领域,高性能计算技术有效地解决了高分辨率、高精度气象数值预报模式发展限制,在气象预报预测业务中发挥着核心支撑作用。数十年以来,由于数值天气模式研究和业务运行对计算资源的强烈需求,国内外气象领域高性能计算机及应用迅速发展起来。气象领域对高性能计算能力及系统的可靠性需求日益提升。高性能计算技术将与气象预报应用日益融合,相互影响促进,不断创新发展。为满足气象预报预测业务和科研工作需求,中国气象部门将进一步提升高性能计算能力,并致力于优化集约高性能计算系统布局,高效管理计算资源,发挥最大效益。     

地表粗糙度非均匀性对模式湍流通量计算的影响

理论分析和数值试验结果表明,地表参量的不均匀性对网格区地表湍流通量的计算有重要影响。近中性大气层结条件下,次网格粗糙度长度的变差系数、网格平均粗糙度及参考高度的选取是影响网格湍流通量计算的主要因素,其中次网格粗糙度长度的变差系数对计算偏差起主要决定作用。实际计算表明,某些特定地区(如植被气候过渡带)粗糙度的地表非均匀性引起的计算相对误差可达40%以上,选取特定的参考高度能改善高网格湍流通量计算的效果。非中性大气层结条件下,由地表粗糙度不均匀性所致的平均风速、位温梯度以及近地层大气稳定度的次网格分布都对网格湍流通量(感热通量)计算产生影响,比较而言,相对误差大小对大气稳定度的次网格分布最为敏感。所以,在目前的数值模式中有必要进一步对湍流通量计算过程中由于地表不均匀性产生的计算偏差加以考虑。     

大气长波辐射计算中的温度订正和CO2浓度效应

本文对长波辐射平均面透射率的计算方法和温度效应作了一系列试验。试验表明,在计算中可以采用制表和插值节省计算时间,并保证计算精度。温度效应较明显,在计算大气长波辐射变温率时,应予以考虑。最后还对CO_2浓度变化所引起的变温效应进行了计算,得出了一些有意义的结果。     

气候变化对华北4个城市建筑节能设计气象参数的影响

分析了1951年以来华北地区北京、天津、石家庄和太原4个城市建筑节能设计气象参数的变化特征,以期为建筑节能设计提供参考。结果表明：自1951年以来的近60年,4个城市采暖及冬季空气调节室外计算温度都明显升高,夏季空气调节室外计算干球温度呈升高趋势,夏季空气调节室外计算日平均及逐时温度总体上升高,但升高幅度较冬季采暖和冬季空气调节室外计算温度升高幅度均偏小;夏季通风室外计算温度呈弱的升高趋势,而室外计算相对湿度在北京、天津及太原降低,石家庄基本不变。气候变化对建筑节能设计气象参数存在明显的影响,对冬季采暖和空调的影响明显大于夏季空调,这对建筑节能设计是有利的。由于夏季通风室外计算温度升高不明显,对通风节能影响不大,而北京、天津相对湿度的降低有利于通风节能。     

基于空间回归的B样条拟合在地面气温资料质量控制中的应用

将B样条拟合算法引入到地面气温资料的质量控制当中,在分析地面气温资料空间相关性的基础上,提出一种基于空间回归的B样条拟合地面气温资料质量控制方法(SRT_BSF方法)。为了检验SRT_BSF方法的有效性及适应性,利用SRT_BSF方法对多个场景地面气温资料进行质量控制,并与反距离加权方法(IDW方法)和空间回归方法(SRT方法)进行比较分析。试验结果表明,SRT_BSF方法相对于IDW方法和SRT方法更能有效地标记出地面气温资料中的存疑数据,同时多组独立案例的分析结果说明SRT_BSF方法具有更好的稳定性和适用性。      

基于微波辐射计和气溶胶激光雷达的边界层高度研究及应用

分别基于微波辐射计温湿度廓线资料的气块法、位温法和比湿法,地面气象资料的罗氏法及气溶胶激光雷达数据的梯度法,计算得出广州地区大气边界层高度,对比分析5种边界层高度结果及其与气象条件、空气质量之间的关系,结合典型大气污染过程分析边界层高度对PM_2.5、O₃浓度的影响。结果显示：(1)利用位温法、气块法、罗氏法、比湿法和梯度法计算得出广州地区平均边界层高度分别为2 207 m、1 239 m、901 m、717 m和660 m,位温法显著高估了广州地区的边界层高度;(2)利用气块法得出的混合层高度日变化能够较好地表征白天大气边界层演变特征,利用气块法和比湿法得出的白天混合层高度与近地面O₃浓度有显著的正相关关系,相关系数在0.5以上,在O₃污染防治中,应同时考虑边界层内垂直输送的影响;(3)利用梯度法得出的边界层高度在污染天气时与PM_2.5浓度的相关性较好,能较好地表现出大气污染情况,在PM_2.5污染天气过程分析中具有较好的应用价值。     

生态承载力评估方法研究进展

在人类活动越来越多的影响可持续发展的背景下,生态承载力的研究受到了越来越多的关注。本文总结了生态承载力概念演变,介绍了生态承载力主要研究方法:初级生产力法(NPP)、生态足迹法、能值生态足迹法、基于生态系统服务的方法、碳氧平衡法、状态空间法、综合评价法与模型法,并对其优缺点分别进行评述;最后对当前生态承载力研究的不足和未来可能的发展方向进行了综述。     

Testing of the bandpass eddy covariance method for a long-term measurement of water vapour flux over a forest

The bandpass eddy covariance method has been used to measure the turbulent flux of scalar quantities using a slow-responsescalar sensor. The method issimilar in principle to the traditional eddy correlation method but includes the estimation of high-frequency components of the flux on the basis of cospectral similarity in the atmospheric surface layer. In order to investigate the performance of the method, measurements of the water vapour flux over a forest with the bandpass eddy covariance method and the direct eddy correlation method were compared. The flux obtained by the bandpass eddy covariance method agreed with that by the eddy correlation method within ±20% for most cases, in spite of a rather slow sensor-response of the adopted hygrometer. This result supports its relevance to a long-term continuous operation, since a stable, low-maintenance,general-purpose sensor canbe utilized for scalar quantities. Oneweak point of the method isits difficulty in principle to measure the correct flux when the magnitude of the sensible heat flux is very small, because the method uses the sensible heat flux as a standard reference for the prediction of undetectable high-frequency components of the scalar flux. An advanced method is then presented to increase its robustness. In the new method, output signals from a slow-response sensor are corrected using empirical frequency-responsefunctions for the sensor,thereby extending the width of the bandpass frequency region where components of the flux are directly measured (not predicted). The advanced method produced correct fluxes for all cases including the cases of small sensible heat flux. The advanced bandpass eddy covariance method is thus appropriate for along-term measurement of the scalar fluxes.     

A—B hybrid equation method of nonlinear bifurcation in wave—flow interaction

In this paper, A-B hybrid equation method is given. This method is different not only from high truncated spec-tral method, but also from amplitude evolution method. Dynamic problem in the baroclinic atmosphere may be transferred into complex Lorenz system by means of the method. Therefore, this method is an effective tool for stud-ying nonlinear bifurcation in wave-flow interaction. Meanwhile, it is of advantage to use this method, because it can overcome a lot of difficulties existing in high truncated spectral method and amplitude evolution method.     

FY-3A卫星微波资料的集合变分混合同化试验

以2012年"北京7.21暴雨"为例,实现了集合变分混合同化方法对FY-3A的微波温度仪和微波湿度仪资料的直接同化,并与三维变分方法进行了比较。结果表明:虽然两种同化方法同化FY-3A微波资料都能改进降水模拟效果,但是与实况相比,集合变分混合同化方法改进效果更为明显,其能有效减少虚假强降水的模拟,改进强降水中心位置的模拟,SAL评分定量检验也同样表明,集合变分混合同化方法对暴雨的模拟效果要优于三维变分同化方法;无论是热力学变量还是动力学变量,集合变分同化得到的初始场均方根误差均显著小于三维变分同化的结果;两种方法同化FY-3A微波资料均能改变初始场中的各种物理量信息,但不同方法得到的同化增量大小和分布却有明显的差异:三维变分同化方法对初始场的调整区域和强度都要大于混合同化方法,且其同化增量表现出均匀和各向同性的分布特点;而利用集合信息的混合同化方法得到的同化增量分布表现为非均匀性和各向异性,具有"流依赖性"的特征,这使得初始场的分布更合理,有利于改善降水的模拟效果。     

EC细网格对黔南州温度预报的订正研究

该文采用EC细网格2 m温度预报场及国家站实况资料,通过滑动平均法、双权重滑动平均法、多项式拟合法以及最佳系数法对EC细网格2 m温度在黔南州的预报进行订正分析,结果显示：4种方法订正后最高气温7 d平均准确率分别提升了12.70%～17.84%,最低气温7 d平均准确率分别提升了1.14%～2.86%。对于高温预报,最佳系数法订正效果最优,其次是多项式拟合法,对于最低气温,前3 d采用滑动平均法订正效果最明显,第4 d开始则采用最佳系数法订正,订正效果更明显。4种订正方法均在7—9月效果最明显。黔南州西部及中部地区多项式拟合法订正效果更好,州东南部地区最佳系数法与滑动平均法订正效果更好,但在120 h时效后滑动平均法的订正效果明显下降,州北部地区最佳系数法订正效果更为明显。     

空间面板数据模型在地面气温观测资料质量控制中的应用

由于地面气温观测资料的时空分布符合空间面板数据结构特征,提出一种基于改进空间面板数据模型的地面气温观测资料质量控制算法(ST-RH算法)。该算法在利用邻近站地面气温观测资料时空相关性信息对目标站气温观测资料进行质量控制的基础上,兼顾了地面气温与相对湿度之间的强耦合关系,将相对湿度作为解释变量融入算法,增加了算法的内部复杂度,提高了算法的动态稳定性。为了检验该算法的有效性及适应性,利用ST-RH算法对多个场景地面气温观测资料进行质量控制,并与反距离加权算法(IDW算法)和空间回归算法(SRT算法)进行比较分析。试验结果表明,ST-RH算法相对于IDW算法和SRT算法更能有效地标记出地面气温观测资料中的存疑数据,同时多组独立案例的分析结果说明ST-RH算法具有更好的稳定性和适用性。     

陆地生态系统温室气体排放（吸收）测量方法简评

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金沙江下游多种面雨量集成预报方法的对比分析

集成方法有利于提高降水要素预报的准确性和可预报性。本文基于格点实况资料和智能网格预报、西南区域数值预报、ECMWF模式预报、GRAPES模式预报产品,以面雨量为研究对象,采用多元回归法、BP神经网络法、评分权重法、加权集成预报法和算术平均法,得到集成面雨量预报,再运用平均绝对误差、模糊评分、正确率、TS评分、偏差分析等方法,对2020年4—10月金沙江下游面雨量预报效果进行对比分析。结果表明：多元回归集成法和BP神经网络法的预报效果总体上优于其他几种集成方法。在考虑流域面雨量的预报量级时,下游可以采用预报量级较小的模式和集成方法。集成后偏差百分比均有降低,且多元回归法和BP神经网络法对预报量级较小的模式有矫正作用。在面雨量有无、小雨和中雨预报中,多元回归法集成效果较好,在大雨量级预报中,BP神经网络法集成效果较好。这些结论可为流域面雨量预报提供参考借鉴。