基于降尺度技术的精细化气温预报研究

采用中国T639预报模式提供的气温数值预报资料及两要素加密自动站气温资料,对贵州省内2 000多个乡镇站点进行气温精细化预报研究。结果表明,在对2013年1—3月预报时效为24~168 h的气温预报试验中,无论从均方根误差的角度还是按照贵州省的业务评分标准,进行降尺度技术处理后的精细化气温预报效果较直接的气温预报有着明显的改进。试验中,对于24 h的预报改进最明显,均方根误差减少达19.1%,预报业务评分改进达24.5%,全省平均评分均在70%以上,较大幅度地改进了T639预报模式直接提供的气温预报。     

灰色关联度在云南烤烟种植适宜性分析中的应用

利用云南省125个气象观测站1971~2000年30年气象观测数据,采用距离平方反比法,对云南省各乡镇的相关气候要素进行推算,选取一个烟草最适宜种植生态气象条件的样本点,使用灰色关联度方法对云南省可植烟区县市和乡镇级尺度的烤烟种植适宜性进行分析,分别给出云南县市级和乡镇级烤烟种植适宜区的分布。结果表明,使用灰色关联度方法弥补了采用数理统计方法作系统分析所导致的缺憾,计算量小,使用方便,而且有效可行,获得的分析结果与烟草行业的多年工作实践结果较为相符。     

气象观测数据等值线自动绘制系统

基于气象观测数据的自动等值线系统采用IDL作为开发工具,通过对自动气象站数据的处理和分析,自动生成等值线图(包括温度,降水等值线图,风矢量图等)并发布到WEB页面,提供动画播放功能和图像查询功能.该系统不仅为天气预报提供必要的决策支持,也是监视天气变化的有效工具.系统在北京第29届奥运会气象服务中得到了广泛使用,是气象预报人员进行个例分析和预报服务的重要支撑平台.     

中央气象台精细化网格降水预报技术的发展和思考

定量降水预报(QPF)是中央气象台最传统且最核心的天气预报业务,随着经济社会的快速发展对降水预报精细化程度需求越来越高,提升降水预报的精细化水平成为中央气象台面临和需要解决的首要问题之一.目前中央气象台制作和发布空间分辨率5 km,未来3天逐1h时间间隔、未来10天逐3h时间间隔的网格化定量降水预报产品,并发布雨、雨夹...     

精细化网格的降水预报解析方法对比

以欧洲中期天气预报中心(ECMWF)精细化网格降水预报资料、自动气象站观测资料、中国气象科学数据信息网提供的三源融合降水产品为基础,研究最邻近点法、反距离权重法、最小二乘法和双线性插值法在格点降水向站点以及格点降水插值到更细网格中的优缺点和适用性。在模式预报相对准确精细的基础上,得出以下结论:1)最邻近点法在格点向站点解析方面预报技巧评分表现最好,其次为反距离权重法;2)将降水场变换到更高分辨率的格点降水,4种解析结果和原始场均存在一定的差异,其中最小二乘法的空间形态失真最为严重;3)反距离权重法在较粗网格向更细网格变换中的平均TS评分表现最好,而最邻近点法的ETS评分最高。     

中国区域闪电特征分析及闪电产生NOx量的估算

利用中国2008-2010年的闪电定位数据,分析了闪电次数的空间分布和时间变化,结合Price理论,估算了闪电产生的氮氧化物（LNOx）量,初步分析了LNOx的时空分布特征。结果表明：闪电的高发期为7、8月,广州、武汉为闪电高发区;LNOx主要分布在（105～125°E,25～40°N）地区,其中武汉、广州、成都、重庆、长沙、南京和南昌地区量值较大;7月和8月LNOx的产量明显高于其他几个月,8月产量最高;此外,LNOx的分布具有明显的季节特征,春夏秋冬四季产量分别占总产量的4．8％、89．4％、5．3％以及0．5％,春季的LNOx主要出现在广州地区,夏季LNOx高值区分布北移,分布范围较广;秋季分布范围减小,最大值出现在广州地区,冬季产量明显变小,最大值出现在武汉的西南方向。     

一种基于改进克里金法的地面气温质量控制算法

依据气温间的空间相关性,将地统计学中的普通克里金法(Ordinary Kriging,OK)引入地面气温资料的质量控制。考虑气温在空间上的连续性,提出一种基于高斯模型改进的普通克里金(Improved Ordinary Kriging,IOK)质量控制方法。为评估该方法的性能,运用IOK法对江苏省67个台站2008年地面日平均气温资料进行质量控制,并与OK法以及反距离加权法(Inverse Distance Weighted,IDW)进行比较。试验结果表明,IOK法的检验效果优于OK法与IDW法,且稳定性与适用性较高,能有效地标记出气温观测数据中的可疑数据。     

空间插值法在降水分布中的应用

空间降水信息需求日益增加,应用于空间降水的插值方法也日益完善,不同的插值方法因为所应用的地区不同会产生不同的结果．对于不同的地区,应采用不同的方法进行比较,才能得出最佳的插值方法．采用江苏省的南京市、无锡市等１２个市自１９９９—２００８年间的１月 的降雨量为数据源,分别用普通克里格插值法（ＯＫ）和反距离加权法（ＩＤＷ）对同时期江苏省扬州市的降雨量进行插值,通过分析发现：普通克里格插值法的结果整体上优于反距离加权平均法．     

陕西苹果主产区日最低(最高)气温的空间插值

分考虑海拔高度对气温的影响和不考虑海拔高度对气温的影响两种情况,用反距离权重法、样条法、普通克里格法对日最低气温和日最高气温空间插值,并对插值的结果交叉检验,结果表明,考虑海拔高度对气温影响下的普通克里格插值法是诸多方法中的最佳选择。     

共享社会经济路径下中国城市热岛时空演变及预测研究

人类活动已被认为是造成城市热岛效应的关键因素。然而市域尺度下人为因素对热岛效应强度的影响尚不明确。基于多源地理数据计算了2012—2018年中国市域尺度的日间地表城市热岛效应强度（SUHI）,分析了市域尺度SUHI的时空演变规律和驱动机制,并构建驱动因子与SUHI的关系模型;结合IPCC提出的共享社会经济路径（SSPs）来预测不同情景下的人类活动强度,并模拟2020—2100年的SUHI。结果表明：2012—2018年市域尺度上,年均SUHI空间分布呈现出南方整体高于北方,东南沿海最强、西北地区最弱的特征,且具有明显的正向空间自相关性,2012—2018年间SUHI有略微的增强（均值增幅达0.08℃）。SUHI受人为因素与自然因素共同影响,其中GDP及城乡植被差异（ΔNDVI）对SUHI影响显著。2020—2100年5种SSPs情景下中国大部分城市的SUHI显著增强,其中SSP5情景下SUHI变化最剧烈（均值增幅达0.67℃）。此外,大体量城市未来的SUHI在不同发展情景下差异明显。从驱动因素来看,大多数城市的GDP是SUHI增长的主要人为驱动因素。对典型城市的对比分析发现,在21世纪...     

基于超热因子的中国热浪事件气候特征分析

采用世界气象组织气候委员会推荐基于超热因子(excess heat factor,EHF)的热浪指标并加以拓展,对中国1958—2013年的热浪事件气候变化进行分析。结果表明:华中、华东和西北地区的平均热浪次数要略多于中国其他地区;华东和华中地区的热浪最长持续天数和热浪总天数最多;热浪EHF最大值、年均EHF值和EHF中位数值有北高南低的分布特征;华东、华中地区的轻度、中度热浪天数较多,重度热浪天数较少,中国北部和西部则相反;中国热浪EHF年总量有增加的趋势、准3年的年际变化周期和明显的年代际突变;中国大部分地区的高温热浪有增加趋势,但在华中、华北、东北的部分地区变化不显著。以云南德钦站为例说明中国西部高原地区不仅存在高温热浪事件,而且在进入21世纪后日益严重。     

河北地区气温内插模型及检验方

以1965—1999年河北省逐月平均气温为研究对象,采用一元线性回归法和IDW(Inverse Distance Weighted)相结合的方法,将温度插值到河北省整个区域,绘制河北省温度空间分布图,实现河北省年内各月平均气温空间填图;同时,分析了河北省冬季和夏季各月的月平均温度的误差精度。结果表明：插值的结果与观测值的相关系数(R)在12个月均大于0.82,显示插值方法具有较好的模拟精度,可用于气温的空间插值和特征分析。     

基于自动站观测资料的深圳城市热岛研究

利用103个自动站气温观测资料,对深圳的城市热岛现象进行了研究.分析表明:1)高速的城市化进程造成自动站周边下垫面属性的变化,对气温造成了显著影响,这种影响即使是在仅仅10年内也表现得较为明显.2)由于深圳地处海滨,深圳的近地层气温分布是海陆作用叠加城市热岛效应形成的结果.按照传统定义的深圳城市热岛,其空间分布在不同季...     

四川盆地丘陵区地表显热通量分析

利用2000~2007年四川省乐至县大口径闪烁仪(Large Aperture Scintillometer,LAS)观测资料,对比分析了降水日与非降水日、干旱日与非干旱日地表热量通量的时间变化特征。分析结果表明:非降水日显热通量具有明显的日变化特征,最大值出现在13:00左右,降水日显热通量的日变化受降水影响,降水使显热通量减小;非降水日的月平均显热通量有2个峰值,分别出现在5月和8月,最小值在1月;降水日也有2个明显的月平均显热通量峰值,它们是4月和7月,12月最小;夏秋交替的9月非降水日与降水日的显热通量差异最大;干旱日和非干旱日的显热通量都是1月最小,干旱日8月显热通量最大,非干旱日是4月最大;6~10月干旱与非干旱日的显热通量具有明显差异;干旱越严重的月份,月平均显热通量越偏大;相同时次的显热通量平均值,干旱日较非干旱日的明显偏大。     

多源资料在青藏高原大气热源计算中的适用性分析

大气热源是高原气象学的理论要点,研究其计算方法及其适用性,对加深高原气象学的认识,开拓"高原气象学"课程学生的视野,都具有重要意义。然而,精确计算大气热源仍是个挑战。本文详细介绍了大气热源两种计算方法,即正算法和倒算法,并基于站点观测、卫星辐射资料(ISCCP和SRB)及4套再分析资料(NCEP/NCAR、NCEP/DOE、ERA-Interim和JRA55),比较了不同资料计算所得夏季高原热源多尺度变率的差异。结果显示利用正算法时,辐射资料的选择需慎重;而在利用倒算法时,再分析资料的选择则需根据热源的研究尺度而定,不同再分析资料差异颇大。就长期趋势变化而言,再分析结果Q_1-JRA55最接近观测;而在年际尺度上,Q_1-ERAI与Q_1-JRA55两套结果能近似重复观测计算所得热源变率;在季节内尺度上,多套再分析资料差异性缩小,均可细致刻画高原夏季热源变化周期,在高原地区均有较好的适用性。     

青藏高原大气蕴含潜热时空分布特征研究

利用ECMWF(欧洲中期天气预报中心)月平均比湿资料,通过直接对比湿q进行多年平均计算、气候倾向率分析、EOF分解等,研究了1979-2015年青藏高原(下称高原)地区大气蕴含潜热的时空分布特征及年际、年代际变化特征。结果表明,高原大气蕴含潜热从低层向高层逐渐减少,且夏季蕴含潜热最多,其次为春、秋,且两季分布特征大致相似,冬季蕴含潜热最少,各季大值均集中在高原东南部及南部;蕴含潜热整体呈增长的趋势,夏季增长最快,冬季最慢;高原西部和云贵高原地区大气蕴含潜热均有不同程度的减小,夏季减小最快,冬季减小最慢;EOF分析中,各积分层以及整层[地表到500 hPa积分(第一积分层);500~400 hPa积分(第二积分层);400~300 hPa积分(第三积分层);地表到300 hPa积分(整层)]在第一模态下均大致呈正分布;在第二模态下均呈“正-负”的偶极子分布(其中第一积分层和整层为西南—东北“正-负”分布,其余两层为东—西“正-负”分布),说明蕴含潜热在这两种分布状态中的变化趋势均存在反相关系);在第三模态下均在西北—东南方向为“正-负-正”的分布。各积分层以及整层除第二模态年际变化相对明显外,其他两个模态年际变化均不明显。     

青藏高原感热气泵影响亚洲夏季风的机制

本文回顾了二十年来关于青藏高原感热驱动气泵(TP-SHAP)及其影响亚洲夏季风的研究进展,并从能量(θ)、位涡—加热(PV–Q)、和角动量守恒(AMC)的不同角度阐述其影响机制。指出高原斜坡上的表面感热加热改变了移向高原的大气质块的能量从而出现垂直抽吸的重要性。强调了高原加热产生的位涡强迫在近地层制造了强度大范围广的、环绕高原的气旋式环流,把丰沛的水汽从海洋输运到大陆,为季风对流降水提供充足的水汽条件。证明高原加热还通过改变其上空的温、压场的结构从而制造出高原上空近对流层顶的绝对涡度和位涡的最小值,在角动量平衡约束下,在亚洲季风区激发出与Hadley环流反向的季风经圈环流,从而为季风发生发展提供了大范围上升运动的背景。文中还对近年来有关青藏高原影响亚洲夏季风机制的讨论进行概述,并展望了未来的研究方向。     

青藏高原地面感热及其异常的诊断分析

利用青藏高原主体60个地面气象观测站1961～2000年历年各月本站气压、地面气温、风速、地表温度等资料,计算了高原地面拖曳系数CD和地面感热通量.通过主成分分析、主值函数和功率谱分析等方法,对各季代表月CD系数和地面感热通量的基本气候特征,以及地面感热通量异常变化的空间结构和时间演变趋势作了较系统的诊断研究.结果表明:利用40年资料计算的拖曳系数与地面感热通量可以较好的反应青藏高原下垫面感热的基本气候特征,即高原CD系数东南部大,西北部小;冬季大,夏季小.多年平均高原地面感热通量仅在冬季小范围出现弱的负值,其余季节感热均为正值.感热通量大的地方其年际变化也大,其年际异常的主要空间型,第一是南北差异,第二东西差异,第三为高原主体及东部地区与外围的差异.其在年际变化中存在明显的10年际以上变化趋势,具体表现在1961～2000年期间,冬季高原北部和西部地区地面感热有减弱趋势,而高原中部和东南部呈明显的上升趋势.夏季高原主体及东部地区感热通量不断加强,而高原西部地区则相反.春、夏、秋三季均以13年以上的长周期振荡为主,冬季第一主分量表现为准3年的短周期变化.       

敦煌戈壁不同近地层大气稳定度下的感热交换系数

首先利用空气动力学法,计算分析了敦煌戈壁2000年9月—2001年9月的感热交换系数Ch的特征,计算得到Ch的年平均值为0.00203±0.00045。敦煌戈壁的Ch在近中性和中性条件下(-0.01<ζ<0.01,ζ为Monin-Obukhov大气稳定度参数)为常数,Chn≈0.0020;在稳定条件下(ζ≥0.01),Ch比较小,随地表风速的增大而增大,趋于Chn,它们之间存在的关系是:Ch=0.0012 0.0003ln(V);在不稳定条件下(ζ≤-0.01),Ch比较大,随地表风速的增大而减小,也趋于Chn,它们之间存在的关系是:Ch=0.0026-0.0002ln(V)。本文还利用地表温度、一层气温和一层风速近似计算了总体Richardson数Rb,判定大气的层结稳定度,再根据该稳定度来选择感热交换系数。     

ERA与NCEP2大气热源的对比分析以及全球大气热源性质变化规律的研究

首先,对比分析了ECMWF再分析资料(简称ERA)和NCEP/NCAR第2版再分析资料(简称NCEP2)计算的大气热源,并在此基础上研究了全球大气热源性质(符号)变化的规律.分析两套资料计算的大气热源差别较大的某些地区,发现ERA资料在这些地区估算的大气热源要优于NCEP2,因此,在接下来的研究中主要采用了ERA资料.对全球大气热源性质(符号)变化规律的研究主要揭示了全球永久大气热源和永久大气热汇的地理分布特征.永久大气热源中心主要分布在赤道附近地区,在赤道非洲的西部、苏门答腊岛西边的海域和赤道中西太平洋地区各有一个较强的永久热源中心,另外,在日本南部及其东边的太平洋上也有一永久热源中心.永久热汇地区的分布比较有规律,除了南北半球60度到两极之间为永久热汇地区外,南半球5°S～40°S各大陆西边的大洋上都有一个永久热汇中心,另外,在阿拉伯海的北端,北半球15°N～40°N之间太平洋和大西洋的东部也分别有一热汇中心.