天气雷达回波衰减订正算法的研究(Ⅰ): 理论分析

根据雷达气象方程和k-Z关系，导出了雷达反射率因子积分取样观测资料衰减订正的逐库算法、逐库近似算法及稳定性判据。虽然仍不能解决衰减订正问题中固有的“不稳定”特征，但对提高订正计算效率防止过量订正溢出是有效的。     

卫星(IASI 探测仪)观测云顶高与地基云雷达观测的对比验证

IASI（Infrared Atmospheric Sounding Interferometer）是搭载在欧洲METOP-A 卫星上,采用干涉分光技术的新一代超高光谱红外大气探测仪器,其光谱测量范围涵盖了多个吸收带,可用于反演大气、海洋、云和大气成分,为地球大气遥感、气象业务和科学研究提供了丰富的遥感资料,是各国学者关注的又一热点。为深入了解IASI 在国内的云产品情况,本文利用2008 年10 月15 日～12 月15 日期间IASI 在安徽寿县地区的云参数观测资料和中美 [美国能源部大气辐射测量（ARM）计划] 联合在安徽省寿县进行大气辐射综合观测试验期间,相同时段云雷达[ARM W-band（95 GHz）Cloud Radar,WACR]的观测资料进行了对比分析和验证。在以寿县ARM 移动观测设施（AMF）为中心,半径为20 km 的范围内,IASI（2 次/d）共有有效观测129 次,其中与WACR（1 次/2 s）匹配的IASI 有效观测共80 时次。结果表明:对于单层云,二者云高相关系数为0.8312,标准差为1.8423 km;对于双层及多层云,IASI 反演云顶高结果绝大多数在WACR 的最上和最下层云之间,且靠近较厚的云层。对比结果显示,一般情况下,IASI 反演云顶高结果明显低于WACR;IASI 反演云顶高结果受到视场中云量、云层厚度及云层中粒子浓度大小的影响:视场中云量越大,云层越厚,云层中粒子浓度越大,IASI 反演云高的结果越接近真实云高。     

机器学习在气象领域的应用现状与展望

机器学习是人工智能的核心,是使计算机具有智能的根本途径之一.随着以深度学习为代表的机器学习算法取得突破,人工智能呈现了加速发展的趋势,在各行业取得了广泛的应用.机器学习在计算效率、准确性、可移植性、协同性、灵活性、易用性等方面具有较大的优势,下一步将有可能改变传统的气象观测模式,加速和改善气象观测数据的处理,改善数值天...     

同化卫星对地敏感通道微波亮温观测的模拟试验

借助快速辐射传输模式RTTOV v10（Radiative Transfer for TOVS）及其地表微波发射率模块,针对江淮区域晴天和雨天2类不同天气状况,采用理想试验手段,利用集合平方根滤波（En SRF）方法同化AMSU-A对地敏感第1通道的模拟亮温资料,探究改善中尺度模式WRF（Weather Research and Forecasting）初始场的可行性。结果表明：晴天时,同化对位温、水汽混合比及水平风速u和v整体上均有不同程度的改善,但不同高度改善程度有所差异,相对而言水平风场的改进程度最大,位温最小;有降水时,4个要素场整体改进程度与晴天时类似,但分析场误差的水平空间分布与晴天时不同。     

集合卡尔曼滤波同化多普勒雷达资料的观测系统模拟试验

本文将集合卡尔曼滤波同化技术应用到对流尺度系统中,实施了基于WRF模式的同化单部多普勒雷达径向风和反射率因子的观测系统模拟试验,验证了其在对流尺度中应用的可行性和有效性,并对同化系统的特性进行了探讨。试验表明:WRF-EnKF雷达资料同化系统能较准确分析模式风暴的流场、热力场、微物理量场的细致特征;几乎所有变量的预报和分析误差经过同化循环后都能显著下降,同化分析基本上能使预报场在各层上都有所改进,对预报场误差较大层次的更正更为显著;约8个同化循环后,EnKF能在雷达反射率、径向风观测与背景场间建立较可靠的相关关系,使模式各变量场能被准确分析更新,背景场误差协方差在水平方向和垂直方向都有着复杂的结构,是高度非均匀、各项异性和流依赖的;集合平均分析场做的确定性预报在短时间内能较好保持真值场风暴的细节结构,但预报误差增长较快。     

天气雷达回波衰减订正算法的研究(Ⅱ):数值模拟与个例实验

通过数值模拟研究雷达反射率因子呈均匀分布情况下的“可订正厚度”，计算了“无误差”情况下的订正效果以及“观测误差”、“k的误差”、库分辨等因素对订正效果的影响，还用实际观测个例进行衰减订正实验，并与解析算法和迭代算法的订正结果进行比较。结果表明，逐库算法，尤其是逐库近似算法，比迭代法计算效率高，比解析法有更大的稳定范围。     

雷达资料同化与提高模式水平分辨率对短时预报影响的数值对比试验

为对比雷达资料同化与提高模式水平分辨率对短时数值预报的影响,利用美国Oklahoma大学风暴分析和预测中心开发的ARPS(The Advanced Regional Prediction System)模式及其资料分析系统ADAS(ARPS Data AnalysisSystem),对一次华北暴雨过程进行了18,15,9,6,3 km 5种不同水平分辨率的数值对比试验,并对比了使用雷达资料进行云分析时5种分辨率的模拟结果,结果表明,仅使用常规观测资料的情况下,通过提高模式水平分辨率,可以改进6 h内的短时预报,模拟的锋面结构更为细致,降水尤其是强降水预报评分提高了。而使用雷达资料改进模式初始场后,能明显改进模式6 h内的预报尤其是降水强度和落区预报,使得18 km上使用雷达资料同化的预报结果好于3 km不使用雷达资料同化的结果,表明雷达资料同化比单纯提高模式水平分辨率更为有效。不同分辨率上使用雷达资料同化的对比发现,对于40 mm以下的一般性降水,从18—3 km的模拟结果差别不大,而对于强降水,仍然需要提高模式的水平分辨率。但无论初始场是否使用雷达资料同化,但当分辨率由6 km提高到3 km时,模拟结果无明显改进,因此,提高模式分辨率有一定的限度,而在适当提高模式分辨率的同时使用雷达资料同化改进模式初始场,则是提高模式短时预报的一个非常有效的途径。     

我国环境卫星对地观测的应用需求研究

从地球环境科学和自然灾害的联系、地球系统科学问题优先级的确定原则、美国卫星对地观测发展走向、地球科学对气象卫星应用要求以及对观测对象和观测参数的确定五个基本方面，按可持续发展要求，深刻分析了我国环境卫星，特别是气象卫星对地观测的应用需求。     

雷达TREC风的三维变分同化应用与试验

介绍了雷达TREC风场在中国气象科学研究院开发的三维变分同化系统GRAPeS-3DVar中的应用,研究了GRAPES-3DVar系统同化雷达TREC风场资料的一些基本特性,发现雷达TREC风场在GRAPES-3DVar中有较好的应用价值,能有效地提高分析产品的质量,并通过一个热带气旋登陆变性过程的数值试验,说明了在GRAPES-3DVar中加入雷达TREC风场也能改善预报效果。     

卫星对地观测中大气与地表辐射贡献的参数化

卫星对地观测定量遥感地表与大气特性是当前地球科学与应用研究的关键手段之一。在定量遥感中区分大气和地表在地-气系统对空间散射辐射中各自的贡献与作用是关键的一步。这一问题的核心是基于辐射传输方程的数值计算建立起适合应用于遥感反演中分离大气与地表贡献的参数化表达式。本文对特定的气溶胶气候类型和可见/近红外波段建立起定量的表达形式,并对表达式的物理含义和拟合精度进行了分析。最后讨论了其应用的可行性和进一步的工作。     

雾灵山GPS掩星观测实验分析

在高山的山顶上, 利用GPS接收机跟踪低仰角和负仰角的GPS卫星信号, 即山基GPS掩星观测, 该技术可以获得低层大气折射指数剖面。2005年8月1—29日, 在河北雾灵山 (40.60°N, 117.48°E, 海拔2118 m) 开展了山基GPS掩星观测实验, 共获得576 h的原始观测数据, 跟踪到掩星事件共1136次, 其中621次上升掩星事件, 515次下降掩星事件, 平均每小时观测到2次掩星事件, 经反演成功获得939个大气折射指数剖面。分析结果表明:山基掩星事件发生时间 (地方时) 大体呈平均分布; 山基掩星事件持续时间大部分在15~20 min; 山基掩星事件跟踪最低负仰角分布的峰值出现在-3°~-2.5°之间, 所跟踪到的最低负仰角达到-4.994°, 出现在正南稍偏东方向; 下降掩星事件的最低仰角分布明显低于上升掩星事件的最低仰角分布。上述实验结果表明:山基掩星观测每天可为低层大气环境监测提供大量时空分布的折射率数据, 具有潜在的应用前景。     

VDRAS产品在奥运气象服务中的应用

着重分析了VDRAS要素在奥运会期间对流天气形成过程中的演变特征。典型对流天气个例分析表明,阵风锋之间的碰撞对雷暴天气的形成具有指示意义,其中VDRAS强梯度的存在能够预示将要分离出阵风锋;冷中心的加强意味着降水还将发展,减弱意味着降水要减弱。应用风廓线和自动气象站资料对VDRAS的信息做检验,表明在0.18～1.6km高度上风向基本一致,但是风速有时偏小2m/s;1.6～2.8km高度上,风向和风速大体一致;2.8～3.5km高度上,风向基本一致,但风速有时偏小2m/s。VDRAS气温高于地面自动站的气温约3～4℃。     

北京奥运期间冰雹灾害风险评估

采用空间信息技术的评估方法对北京地区奥运期间的冰雹灾害进行风险评估,并从原理、方法及过程3个方面作了系统的论述.冰雹灾害风险评估基于空间评估模型,综合叠加了以地形为外界敏感性因素的敏感度因子、以出现概率为主的危险性评估结果及考虑下垫面的人口、经济、人文分布情况的脆弱性评估结果.评估结果所展现的北京地区奥运期问的冰雹灾害的风险情况表明:冰雹灾害风险除了与雹源分布有密切关系外,还与城市人口及社会、经济情况关联,其权重组合计算结果显示北部山区及北京市的中心地带为易受冰雹灾害影响的高风险或较高风险区域.     

北京奥运会期间的气象条件分析

利用北京1951—2003年气象要素的时值、日值和旬值等资料,对北京7—9月尤其是奥运会比赛期间的气温、降水、湿度、风和人体舒适度指数等要素的平均状况、演变特征和极值等变化特征进行了统计分析。结果表明:北京奥运会期间的气温较适宜,对赛事有重要影响的高温天气出现概率较小;8月8—24日,平均2~3 d出现1次降水;风速具有明显日变化,01:00—07:00(北京时)较小,12:00—18:00较大;沙尘、冰雹、雾和暴雨等不利天气较少发生。     

奥运气象资料管理系统中SCRUM方法应用

引言 软件质量和生产率是软件工程的两个核心目标。敏捷软件开发方法（以下简称敏捷方法）统称轻载方法,以区别于传统的软件开发方法（又称重载方法）。目前常见的敏捷方法有Extreme Program—ming（简称XP）、SCRUM、Crystal、Adaptive Software Development（ASD）,     

新疆阿勒泰国家基准气候站ZQZ-BH型称重式固态降水试验研究

新疆阿勒泰国家基准气候站ZQZ-BH型称重式固态降水试验研究,连续采集了1年的实时数据,将固态降水监测数据与该站人工观测数据对比分析后,认为ZQZ-BH型称重式固态降水监测设备能有效弥补无人自动气象站在冬季无降水监测数据的不足,提供逐时、连续的多相态累计降水量监测数据,具有一定参考价值,可用于人工增雪作业效果检验和评估,在判定0.2 mm以上降水量等级(不含微量降水等级)方面具有一定的参考价值。     

湖北省山洪灾害气象成因研究

对湖北省200次山洪灾害个例逐时雨量及15次逐时水位、流量分析表明:山洪灾害雨量分布可归纳为单峰、双峰、多峰3种类型,其中单峰型所占比例较大;天气系统特征均表现有中尺度系统活动,单峰型主要以局地性降雨过程为主,强降雨历时短,双峰型主要以系统性降水过程为主,强降雨历时较长,多峰型主要以持续性降雨过程为主,强降雨历时长;激发山洪灾害的关键因素主要是6 h以内的雨强。     

中国气象科学研究院参加2008奥运气象服务演练

中国气象科学研究院大气探测研究所、大气成分观测与服务中心、数值预报中心3个单位参加了奥运气象工作。我院的奥运雷电预警预报系统、紫外线强度等级预报及防护措施、大气成分数值预报及城市空气质量等级预报、北京与青岛的酸雨情况评估和成因分析预报的预报服务产品参加了奥运气象服务演练。     

珠穆朗玛峰地区气象要素特征观测研究

利用中央气象台奥运火炬传递珠峰气象保障队获取的第一手资料,对2007年4月12日-5月8日珠穆朗玛峰(简称珠峰)大本营地面自动站和79次探空实测资料进行分析,揭示了珠峰地区气象要素变化的观测事实。结果表明:受珠峰北坡绒布冰川沉降风影响,珠峰大本营盛行南风;风速和气温日变化呈单峰分布,风速极小值和日最低气温出现在08:00(北京时,下同),而极大值出现在15:00前后;相对湿度峰值出现在07:00和23:00,正午前后相对湿度最小。6200 m高度以下几乎昼夜恒吹下山风,偏南风在22:00至次日00:00最强;7200-9000 m高度风向主要以偏西风为主,风速随高度也明显增加。5200-8000 m各高度上,日最低气温始终出现在08:00,最高气温出现在16:00,8200 m以上气温呈现出多波动起伏。在6700-9700 m高度能维持相对湿度的高值中心,大值区主要位于6500-8800 m高度。高空西风锋区位于12000-15000 m,对流层顶高度大约在18200 m左右。     

井冈山森林火灾与气象条件的相关分析

根据江西井冈山森林火灾资料,利用一元回归和逐步回归分析方法,对井冈山1991—2000年森林火灾发生期间的连旱日数、降水量、相对湿度、气温、风速5个主要气象指标进行分析,将各指标分别与火灾发生次数、森林受害面积进行回归计算,建立了利用连旱日数和降水量预测森林火灾受灾面积及发生次数的数学模型。模式运算结果表明,当火灾发生前15 d连旱日数增加时,火灾次数增加;当火灾发生前15 d连旱日数增加、降水量减少时,火灾面积增加。