中纬度温度季节变化的非正弦特性

1.引言在中纬度温度的季节变化主要地、但并非完全呈正弦变化。西伯利亚的雅库斯克和冰岛的雷克雅未克的月平均温度变程具有比较明显的非对称性(图略)。温度的年周期相对于纯粹的正弦变化的偏差可以用谐波分析方法计算,Craddock(1956a)曾作出了两个谐波,对温度的季节变化可得到充分适当的描述,而第二个谐波说明了其非正弦成份。     

谱分析在气象中的应用

人们很早就发现气象现象随时间变化具有周期性。寻找这种周期性的方法是把气象要素时间序列在频率域上进行展开,比较各种频率波动的振幅或功率来确定主要周期,这种方法称为功率谱分析的方法,亦称为(频)谱分析方法。这种分析方法的基本原理是常用的傅里叶分析,即把复杂的气象要素时间变化曲线分解成为若干个正弦波或余弦波的叠加。这一方法不单广泛地应用到气象要素的时间序列周期分析上,而且还应用到气象中各高度场的波动结构分析上。近30年来,国内外无论在气象要素时间序列分析上还是空间场的结构分析上,谱分析方法愈来愈受到重视,甚至应用到日常预报中作为常用工具(如合成波图),而且这一方法在应用的过程中本身也得     

上海温度和降水的气候振动

一 大气运动是一个连续的过程,气候变化也是这样。因此,用某一季或某一月的气象要素的多年变化进行研究,只能研究气候变化的一个方面。张家诚[1]认为,超过一年以上的时间尺度,才进入气候范围。每变化是大气中一种极明显和严格的周期,它在气候分析中应是基本的时间单位。本文以此观点将气象要素的年变化作为一个时间单位,用谱分析方法来讨论上海温度和降水的气候振动问题。 二 图1是上海降水和气温106年平均的年变化曲线图。由图看出,温度的年变化是比较简单的,最低温度出现在1月为3.6℃;最高温度出现在8月为27.3℃,是单调的正弦变化曲线。而降水的变化就比较复杂,降水量从最低点的12月开始增加,直到5月,     

副高秋季转换的初步讨论

一、副高的周期变化及其秋季转换特点 西北太平洋副热带高压(以下简称副高)的长期天气过程也与短期过程一样,有着一定的周期变化特点。这在500毫巴月平均副高面积指数的距平累积曲线上(见图1)可以有比较清晰的反映,其中比较突出的是平均为3—4年的周期,即副高面积指数在一段     

近年来谐波天气分析在我国的进展

谐波分析也叫调和分析或波谱分析,它是建立在任何复杂的波动或振动均是正弦或余弦的简谐波的重迭这个基础上进行的,实际上是一种分解分析。大气运动在空间上的多尺度性,在时间上的多频性为谐波分析在天气气候分析中的应用提供了物理依据。谐波分析在我国天气气候分析中常用的有下述两方面:一是在固定观测点上得到某气象要素(如温度、降水等)时间序列的周期分析,即时间场的谐波分析;一是在固定时刻得到某气象要素或特征量场     

近90年大气环流的振动(下)

本文研究了1871—1960年共90年南北半球(70°N—50°S)7月大气环流的振动。并着重分析了近60年东亚大气环流的变化与我国的气候振动。主要结果如下: (1)由于大气环流存在多年变化,不同30年的平均图有相当大的差异。最近30年(1931—1960年)的特点是:北半球,大洋上的副热带气压上升,亚洲大陆、北非及副极地带气压下降;南半球、南美、南大西洋及太平洋西南部气压上升,而其余地区显著下降。 (2)大气环流的振动可以从大气活动中心的位置及西风指数(40—70°N及30—50°S气压差)来判断。它们的10年滑动平均曲线表现出明显的周期性振动。主要周期为世纪周期及海尔周期。可能还有布吕克纳周期。 (3)从东亚大气活动中心位置的变化及气压偏差图可以很好地解释近60年(1901—1960年)我国的气候振动。30年代,北太平洋高压最强,这时期印度低压也深,并且这两个活动中心位置均偏西,致使我国大部分地区气候状况暖而少雨。     

东亚大气活动中心的多年变化与我国的气候振动

本文根据1873—1934年1月及7月海平面月平均气压图研究了东亚大气活动中心(1月西伯利亚高压,阿留申低压及赤道低压,7月太平洋高压与印度低压)位置的多年变化。计算了1月活动中心的几何中心经纬度及7月活动中心边界经纬度的10年滑动平均值,并将其与我国气候振动比较。主要结果如下: (1)东亚大气活动中心位置的多年变化较复杂,它们的10年滑动平均曲线差异甚大,它们之间相关系数则不大。 (2)东亚大气活动中心位置多年变化的35年周期最明显。 (3)东亚大气活动中心位置多年变化与我国的气候振动有密切关系。我国不少站的气温及降水量10年滑动平均曲线与相应活动中心位置的曲线类似、或同相或反相。活动中心位置与气温及降水量的相关系数大而且地理分布很有规律。     

莱芜月降水量和平均气温的谱分析

对一个时间序列,从时间域上研究序列中的周期振动的方法是谐波分析。但是长度为N的序列的谐波分析只能得到谐波长度为N/k(k=1,2,……,N)的各个谐波分量。而实际序列存在的主要波动周期并不一定包括在上述的周期之内。也就是说,容易漏掉主要周期,而只是采用了一些次要的周期。这也是谐波分析的局限性。而谱分析则从整个序列的频率域上考察其周期振动,分析各频率的贡献如何,借以确定哪些是主要振动频率。从而分析整个序列的周期振动。     

逐步回归周期分析

一、问题的提出 时间序列分析的内容之一是从序列中提取隐含周期。最早提出分析时间序列周期的方法是舒斯特(Schuster)周期图,这个方法是建立在谐波分析基础上的。1957年H.A.帕诺夫斯基(Panofsky)提出了用谱分析方法来揭露气象序列的周期性。实际上谱分析相当于一种经典的谐波分析,所不同的就是事先可以不必考虑序列的长度而任意选定分析的分辨率。但是功率谱方法在处     

近90年大气环流的振动(上)

本文根据1871—1960年共90年的1月南北半球海平面气压图(70°N到50°S),研究了大气环流的振动。主要结果如下: (1)绘制了10年、30年、90年平均图,经过比较发现:90年平均图与30年平均图有显著区别,但由于本世纪初处于世纪周期的中间,所以,1901—1930年的30年平均图与90年平均图差别最小。 (2)大气环流的世纪振动很明显。这主要表现在:90年来有一总的趋势,西风指数下降,副极地低压带与副热带高压带向赤道方向移动,且南北半球趋势相同。南方涛动范围内的活动中心位置在90年内有一完整波动。 (3)大气环流有显著22年周期振动,从纬圈平均西风指数来看特别清楚,太阳活动次高年西风强,主高年西风弱。 (4)大气环流振动与太阳活动11年周期有密切关系,但关系随世纪周期而变化。1879—1900年与1934—1960年一致,而1901—1933年与之有很大不同。前两时期11年周期比较明显,后一时期双振动最清楚。 (5)从近20年的大气环流变化,可以解释我国同期的气候振动。     

基于溃变理论的沙尘大风天气预测研究

依据溃变理论和溃变V-3θ结构图的信息数字化,预测天气的转折性变化取得了应用的有效性突破。文中针对沙尘大风天气的预测分析,利用单站探空资料的特性层资料,通过V-3θ图直观反映大气层结的滚流方向、稳定度和水汽含量等信息,以此判断大风、沙尘天气的转折性变化。结果表明,沙尘大风发生前,V-3θ图中位温(θ)、露点温度的假相当位温(θsed)曲线非常靠近,θ曲线左倾明显,整层大气存在顺滚流,且对流层上层存在"超低温"现象;当θsed曲线数值增大,明显靠右,则表明沙尘大风天气将结束。溃变图方法显示了简捷、直观和应用有效的特征。     

热带对流层波动性扰动的特性(续)

2、5日周期的气压波 在热带地区的谱分析中,人们知道,地面 气压存在一种不同于由东风波引起的4～5 日周期的振荡。图5.23(图略)表示热带中 太平洋赤道附近坎顿岛上地面气压的时间变 化。由图可知,地面气压在30～40日变化的 长周期变动上,叠加有振幅约1mb的4～5 日周期振荡。这种气压的4～5日周期振荡, 不只限于热带太平洋,在其它热带地区亦存 在,估计是一种整个热带地区的振荡。图 5.24(图略)是将热带各地区7个测点地面 气压变动的谱求平均的结果。由图可知, 除了存在周期为20—50日的大的长周期变动 外,在4～5日周期上也存在功率谱峰。反     

关于任意纬度太阳高度角的查算

已知测点纬度φ,观测时的赤纬δ及真太阳时时角τ,可以用天球坐标公式计算太阳高度角h的正弦: sin h=sinφ sin δ cosφcosδcosτ(1) 实际工作中用(1)式计算sinh是相当繁琐的,而且容易发生错误,因此在纬度固定的测站并不采用直接计算的方法,而应用拉鲍柯夫图     

5种光合有效辐射表性能测试

为认识和提高光合有效辐射 (波长为400~700 nm) 的测量精度,对国内外5种常用的光合有效辐射表的灵敏度、余弦响应、非线性、温度依赖性、光谱响应等性能进行了测试和分析。结果表明: 5种光合有效辐射表 (简称光合表) 的非线性误差均在1%以内; 3种光合表 (PAR LITE,LI-190和FS-PR) 的余弦误差均小于10%,温度系数均小于0.3%/℃,2种光合表 (TRT-5和HSC-FPH-1) 的余弦误差明显偏大,温度系数小于0.5%/℃。2种光合表 (PAR LITE和LI-190) 的光谱响应曲线接近于理想光谱,而其余3种光合表与理想光谱曲线偏离较大。在自然光下的一致性比对测量结果显示,5种光合表测量的辐射量与标准值的误差均在5%以内,但综合评价后认为,3种光合表 (PAR LITE,LI-190和FS-PR) 的性能明显优于其他2种光合表 (TRT-5和HSC-FPH-1)。该结果可为气象观测业务选型提供参考。     

延迟放球取太阳高度角的简便方法

在探空工作中,如果发生重放球、基测不合格或探空仪、回答器故障而要延迟放球(特别是有的台站,根据太阳视赤纬年度变化极小,且四年为一周期的特点,制成了年年通用的逐日太阳高度角表),重新查算太阳高度角是比较麻烦费时的。下面介绍我省探空台站采用的一种简便方法,即根据该次观测正点的太阳高度角和所延迟的时间,在“延迟放球太阳高度角查算图”中(对一个台站,这种图可以永久使用),立即可以求出延迟放球时的太阳高度角。     

三次谐波对配电系统的危害及抑制措施

为了更好地降低或消除供电系统中的三次谐波，保障供电系统的安全运行，针对三次谐波对供配电系统的影响越来越严重的现状，以国家气象信息中心供配电系统为研究对象，采用理论分析与实际测量相结合的方法，对三次谐波的危害及抑制措施进行了研究。指出了三次谐波产生的原因，分析了三次谐波引起的5种主要危害，并以此为依据，提出了降低或消除三次谐波的6种不同方法。通过对降低或消除三次谐波不同方法进行分析、对比，结合实践的检验，通过在配电系统接近负荷的位置安装D-Yn接法隔离变压器，可以最有效地抑制三次谐波产生的各种危害，明显改善供电系统的供电质量和配电系统及设备的安全运行，是行之有效的三次谐波抑制措施。     

关键区指数的阶段性与陕西天气时段

在予报工作的实践中,我们认识到天气的阶段性不但客观存在着,而且也是中期天气予报的重要背景。但是如何比较客观的划分天气的阶段性,又如何用天气的阶段性来做中期予报,这是一个值得探索的问题。从合成波的观点看,天气图上的长波槽脊是若干个主要谐波的合成波。可以认为:由于主要谐波成分的维持和变动,出现了环流变化规律的相似性和调整,形成了天气时段的维持和结束。本文计算了1677年3-6月,北半球北纬60度空间谐波的变化,用1-3波合成波的主要脊线变化规律相似的特点(参考脊线位置),划分阶段,发现此阶段与陕两天气阶段性有较好关系。为了简化繁重的计算工作,我们利用与陕西旱涝相关的关键区指数△H,用△H的时间序列作谐波分析,找出主要周期迭加,再用拟合值与实测值的相关系数下降到某一临界值(本文取≥0.05)作为主要谐波变化的标志,用以划分阶段,经计算比较,用此方法划出的指数阶段性,与空间超长波(1-3波)的主要脊线在某地区按同一类似规律重建及稳定基本一致。在同一时段内,欧亚地区,环流变化规律,冷空气路径变化规律,及天气变化规律都有一定的稳定性。在同一时段内,用趋势期关键区指数的时间序列所作的谐波分析,进行外推或找出环流演变的相似规律,可以作为中期予报的依据。     

亚洲500毫巴环流指数的若干特徵

本文参考計算环流指数的方法,計算了亚洲地区(60—150°E)500毫巴多年月平均图上的緯向和經向环流指数,研究了它們随緯度变化的性貭和季节变化的特征,并与全北半球的环流指数相比較.在詳細地計算了亚洲中高緯度地区(60—150°E,45—65°N)逐候(或自然天气周期)的环流指数的基础上,討論了月平均环流指数的性貭、分布情况和季节变化的特征,統計分析了它們的某些天气气候規律。最后,分析了亚洲环流指数的多年变化及与我国天气的关系,指出它們具有长周期的振动,并与太阳活动有一定的关联。     

南京市电力负荷特征及夏季极端负荷与气象条件关系

基于南京地区2014-2016年逐日电力负荷资料,采用谐波分析、功率谱等方法分析该地区电力负荷的变化规律及其与自然周的关系,并对极端电力负荷日中离差曲线型与气温、湿度等气象要素及环流形势的关系进行分析。结果表明:南京地区电力负荷的季节变化呈双峰型;在季节内(月际)尺度上,存在30d周期;在月内尺度上,存在7d周期且与自然周同步。夏季极端负荷日离差曲线主要存在3种类型:典型双峰型(Ⅰ)、单峰型(Ⅱ)、非典型双峰型(Ⅲ)。Ⅰ型和Ⅲ型与气温和炎热指数均呈显著正相关,而3种类型都与相对湿度呈显著负相关。Ⅰ型对应环流场上副高持续控制南京地区,冷空气活动偏弱,气温日变化小;Ⅱ型对应冷空气活动频繁,副高具有东西摆动特征,南京常出现阵雨或雷阵雨天气;Ⅲ型对应的副高强度弱于Ⅰ型,冷空气强度弱于Ⅱ型。采用逐步回归方法建立极端负荷日的预测模型,3种型的平均相对误差分别为6.4%、5.6%和5.3%,较好地对极端电力负荷进行了定量预报。     

自记记录曲线为啥不平滑

在气象观测和仪器检定维修工作中,经常看到有些气压、温度、湿度自记计的记录曲线不是平滑自如的,有突然垂直升降(图1)、连续性的梯形变化线段(图2)和作时间记号后不能回原笔位(图3)等现象。这些都直接影响记录的正确性。