运动云彩的模拟算法

天气现象模拟是实现气象信息可视化的重要组成部分,而云彩的模拟是实现天气现象模拟的关键。文章给出了3个简捷有效的生成静止云彩和动态云彩的算法,改进了目前常用的模拟算法。用循环计算取代递归计算生成静止云彩,提高了运行速度;不重复运动云彩的生成算法可得到任意长度的云图;云彩平滑变形算法改变了云彩结构,使得云彩的变化连续平稳,为实现气象信息的可视化提供了一个很好的参考。     

天空混浊时卷层云的观测

《地面气象观测规范》对云与云之间及尘一类天气现象之间相似主点的比较都有详细说明,观测判别这类现象时有据可依,而对沙尘下云的判断则无详细说明,当遇到沙尘天气,水平能见度、垂直能见度均较差的情况下,云特别是卷层云的判别就比较困难。一、有霾时卷层云的判别霾散射太阳光     

雷暴天气现象的浅析

雷暴是夏季主要的天气现象之一，并时常与闪电雷鸣相伴出现，天空乌云滚滚，其移动方向、速度较快，观测起来比较复杂。化德地区雷暴一般在3—4月开始，6—8月为强盛期，且多在午后出现，最晚到9—10月份。     

天空混浊时卷层云的观测

《地面气象观测规范》对云与云之间及沙尘一类天气现象之间相似点的比较都有详细说明，观测判别这类现象时有据可依，而对沙尘下云的判断则无详细说明，当遇到沙尘天气，水平能见度、垂直能见度均较差的情况下，云特别是卷层云的判别就比较困难。     

全天空云图获取的一种方式及算法实现

针对目前气象观测中云的人工观测的主观性以及没有客观的历史实况记录可对照查询的情况,本文提出一种以观测员角度的全天空云图获取方式,将相机绕观测点旋转实现对全天空的拍摄,通过相应的拼图算法得到全天空图像.与当前国内外研究工作普遍使用的广角鱼眼镜头相比较,这种方式可以避免鱼眼镜头造成的畸变.因此,用这种全天空图像获取方式进行云的自动观测是可行的.     

卷层云与三种容易混淆的天空现象辨析

春季，德州地区干旱少雨，经常出现大风天气。远处尘沙经上层气流传播而来或沙尘暴、扬沙出现后，尚未下沉的大量极细微的尘粒均匀地浮游在空中，在太阳光的照射下，天空呈均匀的乳白色、白色或微黄色，这种天空状况特征与卷层云极为相似，观测时易误记为卷层云。……     

湖北省天空云量的特征分析及其预报

利用１９９６～１９９８年的历史气象资料统计了湖北省天空云量,接着分析了天空云量与高空物理量的关系,在此基础上使用ＭＯＳ方法建立了天空云量的预报模型。经１９９９年９～１１月试验,其初步结果表明,该预报模型可较好地反映云量变化的趋势,对阴天和晴天之间转变的趋势预报较为正确,但其在应用时仍需加强订正工作。     

利用全天空可见光图像反演天空辐亮度

由中国科学院大气物理研究所LAGEO实验室研制和开发的地基全天空成像仪,可实现地基全天空自动化观测,文中首先对全天空成像仪仪器及性能进行介绍.辐亮度是气象科学研究中基础而重要的气象要素,而全天空成像仪记录的是可见光红、绿、蓝三波段辐射信息的灰度值图像,因而无法直接应用到气象研究中.为能够从灰度值图像中获取天空辐亮度信息,文中详细介绍了与亮度反演密切相关的几个重要标定实验,包括儿何标定、光学标定,以标定参数为基础并结合全天空仪器成像原理提出了一个由可见光灰度图像反演相对天空辐亮度分布的算式算法.文中还利用大气物理研究所香河观测站(39.75°N,116.96°E)同时观测的全天空成像仪以及CIMEL光度计所观测的天空辐亮度数据(440 nm波长),对该反演算式进行检验和比对,结果表明,所提出的算法进行天空辐亮度分布反演可行,该算法将灰度图像与天空辐亮度建立了联系,有利于观测图像数据与数值模式模拟工作的相互对比和验证,有利于观测图像数据在模式研究中的应用.     

一种利用天空辐射计反演大气总水汽量的算法研究

传统计算大气总水汽量是利用改进的Langley方法,通过准确测定传感器的光谱响应函数结合辐射传输方程模拟大气中水汽透射比并反演总水汽量。而本文提出了一种根据天空辐射计940 nm通道的太阳直接辐射资料反演晴空条件下大气柱总水汽量的算法,该算法直接根据天空辐射计的观测数据估算了描述大气中水汽透射比的参数(a和b),而不依赖于光谱响应函数的精确测量;反演得到的a和b值包含了观测站温度、气压和湿度垂直廓线的季节变化等信息,不受模式模拟误差的影响。利用2009年3-8月兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)天空辐射计资料,用该算法获得了观测时期内大气总水汽量,然后利用同期探空资料反演的水汽量验证天空辐射计反演和微波辐射仪观测的水汽量。结果表明,这两种方法得到的水汽总量都是可靠的。天空辐射计与微波辐射仪、CE318型太阳光度计的反演水汽量表现出较好的一致性,拟合斜率值分别为1.03和1.64,相关系数均0.95,相对误差在2.1%~11.3%范围内。该算法可广泛应用于东亚地区天空辐射计网(SKYNET)对总水汽量的反演。     

银川地区气溶胶特性的天空辐射计测量

利用地基天空辐射计测定了银川地区2003年10月-2004年8月太阳直接辐射和天空散射辐射,采用"SKYRAD"模式同时反演了银川地区气溶胶光学厚度、波长指数、体积谱分布、折射指数和单次散射反照率,并对结果进行了分析.结果表明:银川地区气溶胶光学厚度具有明显的H变化,4个季节的变化范围分别31%、33%、24%和38%,并主要表现出两种变化类型,而光学厚度的季节变化春季最大,冬季最小,波长指数变化与光学厚度变化基本相反,春季最小,冬季最大,这主要与北方沙尘活动有关;气溶胶尺度分布表现出双峰型结构,一种是位于半径0.15 μm附近的积聚模态,另一种是半径7 μm左右的粗模态,且粗模态浓度远大于积聚模态的浓度;折射指数实部春季明显升高,对波长的敏感性较低,而虚部春季显著下降,并且表现出对波长更低的敏感性,但两者在不同波段的微小变化均表现出了一定的规律性,且虚部表现的更为复杂;单次散射反照率春季显著高于其他季节,并随波长的增加而显著增加,而其他季节单次散射反照率在波长之间虽存在变化,但并没有表现出任何规律性,表明这种变化具有明显的区域性差别.     

基于预设场景和双流热备份的天气预报会商系统

为提高远程气象服务水平,开发了基于预设场景和双流热备份的天气预报会商系统,实现了利用中控系统根据会议内容预设工作模式,减少了音视频矩阵和摄像头调整等复杂操作,简化了操作流程,方便管理.对音视频和显示系统增加了备份设备,当主用设备故障时,采用应急设备保障会议正常进行,能够提高对现场突发故障的应急处理能力,实现了上下行音视频和VGA信号的热备份.采用数字音频处理器进行音频信号处理,声音更加清晰,减少了由于人工调整调音台不当造成的啸叫.该系统结构不但适用于标清系统,调整相关设备参数后也适用于高清系统,对该系统的组成和原理进行了介绍,为电视会商系统的运行保障和建设提供参考.     

基于掌上电脑(PDA)的人工影响天气扩散模拟系统

简要介绍了一种基于掌上型计算机的人工影响天气中催化剂扩散模拟系统及开发方法,其系统设计思想和技术要点。系统着眼于把催化剂扩散的理论研究成果转化为计算机应用技术,能够通过快速可视化计算处理,模拟人工影响天气催化剂的扩散过程,提供作业方案辅助设计等功能,并且使用操作比较简便。系统开发中针对人工影响天气作业需求,进行系统分析和设计,具有合理的数据结构、软件结构及可视化和方便的人机交互界面。     

几个常用气象要素相关场显著性检验的统计模拟

对天气预报,特别是气候分析和预测中经常用到的几个气象要素场,应用相关场显著性检验的统计模拟方法,计算出了某一单点或区域平均气象要素与全球ＯＬＲ,北太平洋ＳＳＴ和北半球５００ｈＰａ高度的相关场的显著性检验判据。并对气象统计预报中相关场显著性检验的问题进行了讨论。     

风暴单体识别与跟踪(SCIT)算法评估

利用兴义新一代多普勒天气雷达复合体扫资料及WSR-88D提供的风暴单体识别与跟踪(SCIT)算法对2007-2008年发生在贵州省黔西南地区的40次天气过程个例进行验证、分析,分别从单体识别、单体跟踪评估、单体位置预报、单体算法评估效果与季节关系分析、单体算法评估效果与距离关系分析、冰雹暴雨评估对比分析6个方面进行评估、分析。在充分考虑了当地地理环境、气候背景的前提下对算法评估不太理想的情况进行了误差分析,并进行了算法补偿,提出了解决的办法,一是降低识别阈值,将SCIT的7个反射率阈值降低一个等级,二是提取反射率因子垂直梯度,用上述两个改进方法对2007-2008年的40次天气过程重新进行评估,并与算法改进前的评估效果进行对比检验,结果表明,算法改进后评估效果有所提高。     

中国北方沙尘天气气象场的数值模拟

利用PSU/NCAR的非静力中尺度气象预报模式MM5对北方地区气象场进行模拟,通过对2001年3月21日发生并影响北京地区的沙尘过程的数值实验表明,该模式能够较好地模拟和预测北方沙尘天气的时空演变特征。低值系统以及其低层辐合、高层辐散的垂直结构,可以产生很强的上升气流,形成地面起沙和沙尘上扬,而强风是沙尘输送的动力条件。利用轨迹模式对空气质点轨迹进行了模拟研究,可以较好地反映沙尘的发生源区和输送路径,与卫星监测和天气系统分析是一致的。并编写软件用于演示气象场的动态效果。     

基于体扫模式的组合RHI自动实现算法

天气雷达的RHI扫描方式能够直观地提供云雨回波垂直结构的详细信息,因而该扫描方式在实际业务工作中,常常被用于人工影响天气的指挥作业。传统RHI方式需采用人工定位的手工操作方式,且只能获取指定方位空间的有限信息,这些都制约了新一代天气雷达全空域自动监测效能的有效发挥。在现有自动连续的体扫工作模式下,所开发的算法利用有限仰角层数据实现了自动组合"RHI"的功能,以增强基于现有新一代天气雷达业务扫描方式的业务产品功能。     

多台国内外先进天气现象仪对比分析

业务降水现象仪作为一种降水滴谱测量设备,可以用于天气现象判断,其包含的降水滴谱信息更是反映了诸多降水微物理特征,而不同设备的观测特性和精度存在一定的差异,了解不同设备的差异,对其资料的后续应用有重要的意义。本文利用2018年湖北省咸宁市黑山观测站8次液态降水过程中地面降水观测、DSG5型业务降水现象仪与同址的Parsivel型降水滴谱仪测量的降水粒子谱信息及其反演的物理参量,共1 503对样本开展对比分析,研究结果表明：(1)相比于地面自动站降水数据,Parsivel与地面观测一致性较高,DSG5则有一定的偏小。(2)相对于DSG5,Parsivel观测的粒子数浓度N_w相对较多、质量加权平均直径D_m则相对较小。(3)对于分钟雨强RR≥20 mm·h^-1的降水,Parsivel粒子直径小于(大于)3 mm数浓度高于(低于) DSG5的观测。(4)对于直径大于4 mm的粒子,Parsivel的观测的下落速度略低于理论值,DSG5则明显大于理论值。另外,2次雨雪转换过程中降水现象观测对比研究表明DSG5对降水现象有着良好的观测,相比于Parsivel,其在降水相态转换过程中的天气现象与人工观测结果一致性更好。

     

An Improved, Downscaled, Fine Model for Simulation of Daily Weather States

In this study,changes in daily weather states were treated as a complex Markov chain process,based on a continuous-time watershed model(soil water assessment tool,SWAT) developed by the Agricultural Research Service at the U.S.Department of Agriculture(USDA-ARS).A finer classification using total cloud amount for dry states was adopted,and dry days were classified into three states:clear,cloudy,and overcast(rain free).Multistate transition models for dry-and wet-day series were constructed to comprehensively downscale the simulation of regional daily climatic states.The results show that the finer,improved,downscaled model overcame the oversimplified treatment of a two-weather state model and is free of the shortcomings of a multistate model that neglects finer classification of dry days(i.e.,finer classification was applied only to wet days).As a result,overall simulation of weather states based on the SWAT greatly improved,and the improvement in simulating daily temperature and radiation was especially significant.     

A Precipitation Detection Method for MWTS-Ⅱ Radiance Assimilation in Typhoon Simulation

FY-3C Microwave Temperature Sounder Ⅱ(MWTS-Ⅱ) lacks observations at 23.8 GHz, 31 GHz and 89 GHz,making it difficult to remove the data contaminated by precipitation in assimilation. In this paper, a fast forward operator based on the Community Radiative Transfer Model(CRTM) was used to analyze the relationship between the observation minus background simulation(O-B) and the cloud fractions in different MWTS-Ⅱ channels. In addition,based on the community Gridpoint Statistical Interpolation(GSI) system, the radiation brightness temperature of the MWTS-Ⅱ was assimilated in the regional Numerical Weather Prediction(NWP) model. In the process of assimilation,Visible and Infrared Radiometer(VIRR) cloud detection products were matched to MWTS-Ⅱ pixels for precipitation detection. For typhoon No. 18 in 2014, impact tests of MWTS-Ⅱ data assimilation was carried out. The results show that,though the bias observation minus analysis(O-A) of assimilated data can be reduced by quality control only with | O-B| 3 K; however, the O-A becomes much smaller while the precipitation detection is performed with F_(virr) 0.9(VIRR cloud fraction threshold of 0.9). Besides, the change of the environmental field around the typhoon is more conducive to make the simulated track closer to the observation. The 72-hour typhoon track simulation error also shows that, after the precipitation detection, the error of simulated typhoon track is significantly reduced, which reflects the validity of a precipitation detection method based on a double criterion of | O-B | 3 K and F_(virr) 0.9.