河西走廊东部近50年沙尘暴气候预测研究

应用甘肃省河西走廊东部武威市5站(乌鞘岭、古浪、永昌、凉州区、民勤)近50年月、年气象资料和沙尘暴个例,详细分析了沙尘暴产生的气候背景和气候影响因子。在分析二十多种气象要素的基础上,做出沙尘暴不同时间、不同范围的日数和强度预报方程。研究表明：河西走廊东部的沙尘暴是武威市北部干旱气候、丰富的地表沙源与大风天气相互作用的结果;沙尘暴日数与该市中北部冬春季的气温、年降雨量和大风日数有关;沙尘暴强度与武威市前期的干旱、异常增温、强大风日数有关。     

中国近49年沙尘暴变化趋势的分析

利用1954～2002年的气象观测资料分析了我国沙尘暴的变化特点及趋势,并从大风天气变化的角度,初步探讨了沙尘暴变化的气候原因。分析结果表明,我国的沙尘暴总日数在20世纪80年代中期以后比50年代到60年代减少了73％;沙尘暴的下降趋势具有十分明显的空间一致性。比较发现,沙尘暴总日数和大风总日数的变化趋势有很好的一致性,两者的线性相关系数达到0．92。这表明,我国沙尘暴的变化趋势主要是随大风的变化而变化,风力条件的减弱是近半个世纪以来我国境内沙尘暴频数下降的主要原因。1997年后沙尘暴日数的回升也同样伴随着大风日数的增加。     

塔城地区沙尘天气变化特征

 根据1961-2005年塔城地区9个气象站地面实测资料,用线性趋势分析、Mann-Kendall、相关分析和合成分析等方法对塔城地区沙尘天气的时空分布及变化特征进行了分析,并对其机理进行了讨论。结果表明：1) 沙尘天气高发区位于沙湾、乌苏一带,次高值中心位于额敏,沙尘日数与大风日数、降水量空间分布呈反向分布的特点;2) 年均沙尘暴日数为3.8 d,主要发生在4-9月;3) 沙尘日数呈减少的趋势,其中沙尘暴日数以1.0 d/10a的速率显著减少,大风日数以10.5 d/10a的速率显著减少;4) 沙尘暴、扬沙、浮尘日数分别在1993、1992、1973年发生了显著减少的突变;5) 近半个世纪来新疆的冷空气活动强度和频率有所减弱(小),而大风日数的显著减少是沙尘日数减少的主要原因。     

青藏高原及青藏铁路沿线大风沙尘日数时空特征

选取青藏高原66个站的气象实测资料,分析了青藏高原及青藏铁路沿线大风、浮尘、扬沙和沙尘暴日数的时空分布特征。结果表明：青藏高原大风高发区集中在以托托河为中心的高原主体上,有4个沙尘暴和扬沙源区,且冬季发生频率最高,它们的空间分布型随季节变化较小。年代际变化趋势表明,大风日数与扬沙、沙尘暴日数的年代际变化趋势呈反位相关系,高原西部和中部的大风沙尘日数又存在反位相变化特征。巾部大风日数呈阶梯型年代际增多,扬沙和沙尘暴日数略呈减少趋势;西部大风日数则呈阶梯型减少,扬沙和沙尘暴日数变化趋势呈现“几”字形分布。     

气候因子对内蒙古沙尘暴频率的影响

利用内蒙古中西部地区40年(1961～2000年)的气象资料、沙尘暴资料和气候资料,讨论了内蒙古中西部地区沙尘暴频率变化趋势和气候动力因子对沙尘暴频率的影响.结果显示:近40年期间,内蒙古中西部地区沙尘暴日数有明显的减少趋势,沙尘暴频率总体上减少的主要原因是影响沙尘暴频率趋势的气候动力因子,也就是代表冷空气活动的气候因子周期变化所致.影响内蒙古中西部地区沙尘暴频率时间分布变化的气候主导因子是:大风日数、北半球极涡面积指数、亚洲北半球极涡强度指数等代表冷空气活动的气候动力因子.     

中国北方沙尘暴与气象要素关系的初步研究

为研究沙尘暴形成机理以及各气象要素对沙尘暴的作用，利用1954～2000年我国北方地区7个台站的月降水量、大风日数、月平均气温和沙尘暴日数资料，以相关性分析为基础，采用了建立大风修正指数，线性拟合，滑动相关的方法，深入探讨其相关关系。结果表明沙尘暴与同期降水呈负相关，而与前一年降水的相关不明显，但有极值对应；与大风和大风修正指数呈明显正相关，并从结果比较可知大风修正指数可以很好地反映沙尘暴的发生规律；沙尘暴日数与前冬气温呈负相关，但是减去趋势后负相关消失，这反映了两者的相关关系主要是趋势相关；计算20年滑动相关，由6个台站一致的变化趋势得出结论：相关值的大小与下垫面的荒漠化程度有很大关系。     

中国北方沙尘暴频数演化及其气候成因分析

利用地面气象观测资料 ,分析了中国北方 195 4～ 2 0 0 1年年、季沙尘暴发生日数的演变规律及其与风速、相对湿度、降水、气温和干燥度的相关关系。结果表明 ,中国北方沙尘暴发生日数在 195 4～ 2 0 0 1年呈波动下降的趋势 ,春季下降趋势最明显。沙尘源区的气候要素对北方沙尘暴发生日数具有比较明显的影响 ,其中风是影响较大的因子。平均风速和大风频率增加 (减少 )均有 (不 )利于沙尘暴天气的形成。气温与沙尘暴日数呈显著的反相关关系 ,反映了北方温度升高可能通过大气环流间接地抑制了沙尘暴的发生。降水增加对沙尘暴发生也有一定抑制作用 ,尤其春季和前冬沙尘源区降水多寡对沙尘暴的发生有着重要的影响。北方沙尘暴频数与沙尘源区的相对湿度或干燥指数也存在较明显的相关关系。在过去的近 5 0a内 ,造成中国北方沙尘暴频率显著下降趋势的直接自然原因是 :沙尘源区和发生区平均风速和大风日数的减少、主要沙尘源区降水量特别是春季和前冬降水量的增加、以及由于源区降水增加引起的大气和土壤湿润程度的改善。     

南疆西部冬季一次强大风的预报分析

利用南疆西部17个气象站1961—2015年逐月大风沙尘暴常规观测资料和NECP逐日4次1°×1°再分析资料,分析南疆西部大风、沙尘暴日数变化特征,探讨2017年12月27日的一次罕见大风天气成因和预报着眼点。结果表明:近55 a南疆西部大风、沙尘暴日数呈减少趋势,并于1987年前后发生了显著减少性突变。春、夏季是南疆西部大风、沙尘暴的高发季节,而秋、冬季大风、沙尘暴较少发生。个例分析表明,欧洲高压脊东移推动西西伯利亚低槽快速东移引导极地冷空气东南爆发是这次大风的主要天气背景。剧烈升温、减压及干旱是利于大风、沙尘暴的前期天气条件;"焚风效应"、午后太阳辐射导致的地面异常升温是大风、沙尘天气发生的热力条件;地面风切变和中尺度低压是沙尘暴的触发机制。高空锋区、动量下传、低槽加深相联系的极地冷空气的补充及气压梯度力大小与南疆西部翻山大风密切相关,需要在冬季大风预报中重点关注。动力因子满足的条件下,热力因子是判断冬季能否出现沙尘暴的敏感因子,冷的下垫面和逆温层对沙尘天气的发生起抑制作用。     

霍林郭勒地区近33年气候变化浅析

根据霍林郭勒气象站1973—2005年的气温、降水、风沙(大风、沙尘暴)气象资料,分析了霍林郭勒地区这33年的气候变化规律。分析发现,33年来年平均气温呈明显上升趋势;年总降水量呈减少趋势;大风日数、沙尘暴日数呈减少趋势。     

近4O年赤峰地区的沙尘暴天气

用赤峰地区12个观测站的1961—2000年40年的沙尘暴、大风日数观测资料，从地理分布、年际和年代际的演变、影响范围等方面分析了赤峰地区沙尘暴发生的时空分布特征。结果表明：赤峰地区近40年来沙尘暴呈减少趋势，其特殊的地形特征和多风的气候特点是沙尘暴多发的主要原因。     

气象网格数据的快速渲染研究与应用

随着更高精度的气象网格数据在气象业务中的广泛应用,使用高精度网格数据为社会公众提供精细化气象服务的需求越来越旺盛。针对气象网格数据文件大,网页前端动态渲染效率低等问题,提出基于瓦片金字塔模型的网格数据快速传输和渲染技术的研究及应用。采用服务器端的金字塔模型的瓦片动态切割、压缩传输以及浏览器终端的插值和渲染等技术,实现基于B/S框架下HTML5的气象网格数据快速展示的流程。同时,利用中国区域1 km分辨率多源融合实况分析产品,基于微信小程序终端进行检验发布,试验结果表明,百兆级气象网格数据可视化更新时间达毫秒量级,可以广泛应用于各类空间网格数据高效可视化的页面渲染。     

高频精细化气象格点数据实时处理系统设计与实现

以高频海量气象格点数据为研究对象,针对传统实时处理系统数据处理效率不高的问题,设计并实现了高频精细化气象格点数据实时处理系统的总体架构和业务流程,在分析海量高频次气象格点数据特点的基础上,设计和实现了符合气象业务需求的分布式存储模型;利用多通道动态感知技术实现了动态多通道的文件处理和文件到达的快速感知触发;利用实时数据快速处理技术实现基于精准位置寻址的快速数据块定位算法,进而实现数据块的精准定位;利用数据按需实时截取技术实现了在空间范围内按需进行裁剪的截取算法,进而实现数据按需抽取;实际业务应用表明,系统有效地提升了半结构气象数值预报产品数据的实时处理效率。     

基于智慧气象的数据接口的实现

物联网、云计算、移动互联、大数据等新一代智能技术的迅猛发展,为智慧气象产品提供了技术支撑。由于气象信息系统数据类型多种多样,且来自多个部门、跨越多个系统平台,数据结构和格式也不相同,因此数据读取与处理是一项异常复杂的工程。为了解决该问题,开发了基于智慧气象的气象服务数据接口。基于智慧气象的数据接口,具有跨平台性、良好的响应速度、通用的数据交换格式,可使各种应用之间相互通信,并能创建新的应用。基于智慧气象的气象服务数据接口为RESTful风格,返回格式为JSON。数据接口的开发采用JAVA语言,基于Spring MVC+Spring Security Oauth2开发框架实现。数据存储采用Oracle数据库,分为冷、热两种数据。客户端对数据接口的访问,采用HTTP GET的方式发出数据请求,访问服务资源地址,获得JSON格式的数据返回结果。为加强数据接口访问的安全性,采用HTTPS POST方式访问授权接口获取访问令牌。基于智慧气象的数据接口,已为微信、微博、手机APP、网站等多个系统及保险公司、市政等多个单位提供数据支撑,且气象服务数据接口系统安全性高,具有较好的用户体验和兼容性。     

理解大气资料同化的根本概念

本文阐明随机变量是大气资料同化的根本概念。其根本性可以体现在两个方面：(1) 原理上,大气资料同化的科学实质是建立在随机变量这个概念上。由于将资料同化的可用信息视为随机变量的数据,所以概率论与数理统计学成为资料同化的数学基础,使得资料同化有了基于估计理论的最优标准及其数学形式,成为一门科学。(2) 实施上,基于随机变量这个概念下的数据是理解大气资料同化发展史的钥匙。由于资料同化的具体实施表现为各种同化方法中可用信息的资料融合,将资料同化的可用信息视为随机变量的数据,可以清晰地揭示主流同化方法的发展进程对应着其可用信息在内涵和种类上的不断扩展,这个扩展具体地体现了同化发展史的一个循序渐进的内在发展逻辑。     

台风数值预报中受云影响微波卫星资料的同化试验

目前, 数值预报中卫星资料的应用主要只是针对晴空条件, 大量受云和降水影响的卫星资料被丢弃不加以使用。但是, 云雨区观测往往包含有大量与天气系统发生发展密切相关的大气信息, 对这部分资料的同化应用由此成为当前研究的一个重要问题。在快速辐射传输模式中云雨粒子辐射效应的考虑还有待于进一步完善情况下, 云雨区卫星资料的应用通常是采用云检测方案对观测受云影响的严重程度进行判识并决定使用的取舍。以0604号热带气旋Bilis作为研究个例, 该文设计了一组受云影响微波卫星资料不同云检测方案和通道选择的应用试验。对AMSU-A资料, 云检测方案包括散射因子、降水概率和小雨检测3种, AMSU-B卫星资料的云检测方法选用了通道2亮温模拟观测误差和Bennartz散射因子。在对进入分析系统卫星资料与天气系统的配置关系、卫星模拟与实际观测偏差特征的统计以及对初始分析影响研究的基础上, 探讨了它们对台风不同阶段数值预报效果的影响。     

统一检索界面技术初探

气象信息存储检索系统是将实时气象资料和历史气象资料进行统一的组织和管理，并提供检索服务的系统。由于数据量大，不可能都放在存取速度快但价格较高的磁盘上，因此必须将数据根据其访问频率分别存储在一级磁盘、二级自动磁带库和三级脱机磁带上，并结合使用商用数据库管理系统、数据迁移软件和存档软件对分布在各级存储设备上的数据进行管理。但由于这些软件之间存在的不衔接，不能对三级存储没备上的数据进行统一管理，也带来了用户检索界面不统一的问题。针对这个问题，本文对基于商用数据库技术的磁盘磁带数据的统一检索界面技术进行了探讨和研究，提出了统一检索界面的解决方案并在一定条件下，实现部分关键技术。     

红外高光谱IASI卫星资料同化对一次大风过程的影响研究

以2019年4月24日发生在辽宁省的一次大风天气过程为例,选取GFS(全球预报系统) 0.25°×0.25°再分析资料,基于WRF模式三维变分同化技术,进行一组IASI资料同化试验,和未同化任何资料的控制试验(CTNL)。通过对比两组试验结果考察IASI资料同化改进数值模式初始场的分析及其后续预报的机制。研究结果表明：经过IASI资料同化的模拟结果质量有很大改善,分析场与背景场相比更靠近观测场；经过云检测之后不同通道使用的观测数目多少不一,资料同化对模拟的改善效果在通道0~800最佳；IASI资料同化对地表10 m风场的预报技巧有显著的提高作用,相比控制试验可以更精准地预报大风天气的区域和强度；IASI同化试验的预报质量高于控制试验且随时间比较稳定。     

利用HDF5数据格式构建气象预报业务平台数据库

气象预报业务平台是各级气象业务部门预报人员每天要进行操作的平台,其操作的效率和设计人性化程度直接影响着预报工作的效率和效果。针对目前气象预报业务平台数据库多采用Windows文件系统进行数据管理,存在的文件零碎、数目多、浏览速度缓慢等不足,分析了HDF5数据格式气象预报业务平台数据库构建方法,并将其运行性能和采用开源关系数据库FireBird格式数据库的运行性能进行了比较,结果表明：HDF5格式数据库能够将多种数据格式存储在一个文件中,具有良好的自我描述性和扩展性,方便用户使用和管理。而且,在运行效率上,对于单机模式和网络比较稳定的情况,HDF5格式数据库存储数据耗时比Firebird数据库节省约50％的时间;而在读取数据中,HDF5格式数据库耗时为Firebird数据库方式耗时的1／10;对于本地存储这种情况,HDF5格式数据库仅为Firebird数据库方式耗时的1／50。     

基于MQ的气象数据采集与监控系统设计

针对气象业务和公共服务对气象数据统一管理与监控的需求,基于MQ(Message Queuing)消息中间件技术,设计并实现了一种气象数据采集与监控系统,由于多种气象探测设备数据源分散、难以统一管理,本文从数据采集端入手,对不同种类,格式各异的气象采集数据进行资料种类划分、数据消息规整、采集路由配置等方式实现了多种气象探测数据采集流程的统一,气象数据采集入库灵活及时,在数据流程环节中进行监控码的规范与定义,通过输出日志信息和监控信息,完成了客户端程序、气象数据更新状态、队列服务器等内容的监控,在装备运维的过程中,能够有效辅助于日常的故障发现与定位。     

江西省地面气象台站沿革及其对观测资料序列均一性的影响

介绍了江西省地面气象台站沿革情况,通过资料对比,分析了观测仪器、仪器安装高度和观测方法等的变化对观测资料序列均一性的影响。结果表明,气象台站历史沿革,特别是台站迁移以及观测仪器类型、仪器安装高度、观测时制的改变,直接影响观测记录的连续性和气候资料序列的均一性。研究认为,气象台站历史沿革信息,在检验、订正、分析气候资料序列时不可忽略。在使用历史资料时,应分析和判断台站沿革对气候资料序列均一性的影响。