国家级中尺度天气分析业务技术进展Ⅰ：对流天气环境场分析业务技术规范的改进与产品集成系统支撑技术

中尺度天气分析技术已经在我国天气预报业务中发挥了重要作用。2011年以来国家级中尺度天气分析业务技术取得了明显进展,促进了国家级强对流预报业务的发展。《中尺度天气分析业务技术规范》已重新编写和完善,内容分为两篇,第一篇是中尺度对流天气环境场分析;第二篇为中尺度对流天气过程分析,第二篇为新增内容,将另文介绍。短时和短期时效内中尺度对流天气环境场条件分析以配料法思路为基础,重新编排和简化了分析内容,兼顾分析的精细化和分析产品的可操作性,增加了分类强对流天气分析量化指标建议供预报参考,新增了基于局地探空的强对流天气分析规范。中尺度天气分析业务的支撑技术是推进该业务的必备基础,因此国家气象中心改进了MICAPS 3中尺度天气主观分析工具箱功能;开发了中尺度天气分析产品集成系统,包括强对流天气监测产品、中尺度天气分析主观和客观产品、基于不同数值模式预报的强对流参数诊断产品等的数据产品和图形产品等。     

GRAPES全球三维变分同化业务系统性能

近年来,GRAPES全球三维变分同化系统分析性能和稳定性有了长足进步。该文简要介绍了近两年GRAPES全球:三维变分同化技术的发展与改进情况,包括同化框架技术、资料同化应用技术与系统稳定性等方面。分析诊断了两年的同化循环试验结果,以探空资料作为参考,对ERA-Interim再分析场、NCEP FNL分析场和GRAPES全球三维变分分析场的统计特征进行了比较;以ERA-Interim再分析场作为参考,对NCEP FNL分析场、T639分析场和GRAPES全球三维变分分析场进行比较。结果表明:GRAPES分析场的质量明显优于T639分析场,性能上达到了业务化的要求,但相比NCEP FNL分析场还有一定差距,特别是对流层内湿度分析场的误差还比较大。     

客观分析和四维同化——站在新世纪的回望 (Ⅰ)客观分析概念辨析

该文专论客观分析的概念。从大家熟悉的名词“分析”入手 ,给客观分析下一个相当精确的定义。介绍了客观分析定义的历史演变 ,同时发表了对这些定义的评论。阐述了客观分析乃是应数值预报的需要而诞生 ,但又有独立于数值预报的多种用途。辨析了客观分析同数值预报的初值、插值和四维同化的关系。强调了客观分析的重要性 ,希望以此能稍稍改变国内看重模式研究、轻视分析工作的不正确观念。     

强对流实况分析关键技术与产品研制进展和展望

加强短时强降水、雷暴大风、冰雹和龙卷等强对流天气的科学认识对防灾减灾等精细化气象预报服务具有重要意义。如何基于过去和现在的观测去分析当前的强对流天气发生、发展情况是一个重要和具有挑战性的问题。调研了美国、欧洲、亚洲、加拿大和澳大利亚等强对流实况分析业务系统的现状,并从多角度对比了美国的预警决策支持系统—综合信息（WDSS-II）、奥地利的综合分析集成临近预报（INCA）和中国的强对流天气短时临近预报（SWAN）业务系统的现状。此外,针对强对流实况分析产品与预报实践的结合,调研了对强对流实况分析产品应用具有启发性的美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的试验平台和春季预报试验。同时,梳理了国内外强对流实况分析研究技术动向,对比了快速更新同化数值模式、概念模型预报技术以及识别追踪和外推预报技术等强对流预报预警技术的优缺点,并回顾了近年来国内外各大主流机构的强对流实况分析人工智能解决方案,为我国今后的强对流实况分析体系建设提供借鉴和思考,为后续开展具有自身特色的强对流多源融合实况分析研究奠定基础。     

无锡市气温变化特征和城市化的影响分析

利用无锡市1959~2003年的逐日平均气温和逐日最高、最低气温资料,采用线性拟合和谐波分析等方法分析了无锡气温和气温变化的基本特征。针对气温异常的冬季和夏季,给出了典型距平场。经过分析认为,形势场异常在一定程度上决定了气温演变。在分析气温变化原因时,着重比较了城市化和观测环境恶化对气温的影响。     

丹东附近海域海雾产生的条件及天气学预报方法

使用常规气象观测资料和NOAA-17,EOS/ODIS卫星遥感影像资料,应用个例分析与合成分析相结合的方法,分析了2001～2005年37个海雾个例,揭示了丹东附近海域海雾的变化规律和海雾形成期间的大气、海洋背景条件,研制出了天气学预报方法并对其预报能力进行了检验。     

云微物理参数在飞机积冰分析和预报中的应用研究

对飞机积冰预报的现状进行了分析 ,介绍了积冰预报中云微物理参数的应用概况 ,并就积冰预报中云微物理参数的应用前景进行了分析和讨论。将模式模拟和卫星反演的微物理参数引入飞机积冰分析和预报 ,将进一步提高飞机积冰预报的准确性和合理性     

自动土壤水分观测站业务化检验分析

土壤水分监测对农业生产和科学研究都具有重要意义,自动土壤水分观测数据得到了广泛应用,实现了土壤水分的自动监测。通过对天津新建DZN3型自动土壤水分观测站业务化检验过程进行介绍,分析了自动观测数据的到报率和土壤常数的测定,并对人工与自动观测数据做了详细的对比分析,通过两个实例分析了对比检验的方法,确定了能够业务化运行的自动土壤水分观测站,分析了站点未通过检验的原因,并对重新进行业务化检验的站点和日常维护提出了建议,介绍的方法为今后开展相关业务化检验奠定了基础。     

内蒙古沙尘暴的调查事实、气候预测因子分析和春季沙尘暴预测研究（上）

介绍了近46年（1961-2006年）内蒙古沙尘暴系统地调查和分析工作,给出了内蒙古春季沙尘暴发生日数频数和天气过程频数的统计定义,并在此定义的基础上,通过统计和分析给出了春季内蒙古沙尘暴的时空分布特征;介绍了影响下游京津地区的内蒙古沙尘暴的天气特征的一些分析结果;分析并筛选了对内蒙古春季沙尘暴具有预测意义的前期气候影响因子,并利用相关分析、多元逐步回归分析和EOF分解等方法对部分前期因子做了特征提取;采用特征值方法、模糊数学及群体评价方法设计了内蒙古春季沙尘暴预测模型和计算方法,并做了编程计算;给出了内蒙古春季沙尘暴的预测标准和预测正误的判别标准;将筛选出的具有较强预测信号的因子作为模型中使用的预测因子,设计了11组不同预测因子组合的回报试验,分析试验结果以确定较佳的组合;利用确定的较佳因子组合对1975-2007年逐年做了回报试验。并对逐年回报试验结果进行了POD和SS预报技巧评分。评分结果显示模型的预测效果良好,有望成为内蒙古春季沙尘暴预测的一个预测工具。     

中国古诗词中的云雾雨雪

从云雾降水物理学的角度学习和分析了一些中国古诗词。内容有:1）分析和统计了唐诗300首和毛泽东诗词中用到云雾雨雪等字的百分比,其分别占总首数的45%和66%;2）列举和分析了描述自然过程、大气过程有云雨雪等字的诗(词)句;3）从现代科学观出发,分析了在一些古诗词中有关云、雨、霜、露等的理解,并作了一些评述;4）对古诗词中直接描述云、雾、雨、雪的内容进行了评论。       

一次华南海雾过程的观测分析

针对华南粤西沿海出现的一次海雾过程,采用现场观测试验获取的数据,结合NCEP再分析数据,分析了此次南海北部海雾的大尺度环流背景、边界层结构以及雾的微物理特征.分析结果表明:这一海雾过程发生在春季西南低涡发展南下的天气背景下,大气底层有明显暖湿气流输送、而高层层结稳定;在西南低涡特殊的天气背景下,白天雾层较浅薄,夜间雾层向上发展;雾的微物理结构与雾层的发展有密切关系,在雾的初始阶段大水滴明显较多,而在雾层向上发展、垂直混合阶段,雾滴有明显的蒸发现象,雾滴具有局地特征.     

南岭大瑶山高速公路浓雾的宏微观结构与能见度研究

南岭山地地处南亚热带湿润型季风气候区,每年9月至次年5月有华南准静止锋活动时均会有浓雾发生,每月浓雾日可高达15—18 d,尤其是中国目前最长的京珠高速公路通过南岭主脉大瑶山的乐昌—乳源段,路面海拔高度从200 m增至800多米,山地的抬升使雾害更加严重。在南岭大瑶山高速公路开展的两次多学科综合野外观测,内容包括目测能见度、器测能见度、雾滴谱、雾含水量、系留探空、双参数低空探空、雾层湍流扩散、气溶胶粒子谱、气溶胶成分谱、雾水样品成分、雨水样品成分。对典型个例进行了天气学分析,雾的宏观结构特征分析,雾的微物理特征分析。认识到南岭山地浓雾发生频率高,雾害十分严重,是典型的平流雾和上坡雾,实质上是出现在相对较高海拔高度上的低云,与华南锋面活动尤其是华南准静止峰的活动密切相关,局地地形的作用也非常重要。其特点是浓雾持续时间长、能见度极其恶劣、团块结构明显、雾滴尺度大、浓度不高、含水量较大、雾层内的湍流扩散能力比晴空区强,与中国过去研究较多的辐射雾差别较大。发现雾含水量与能见度呈明显的反相关关系,含水量较大时能见度较小;南岭山地雾含水量等微结构特征量的起伏变化,除与雾体本身的结构不均匀有关外,一个重要的原因是平流因素的影响,南岭山地下垫面的不均匀性,雾体随环境风的平移过程中,不规则的爬坡、翻越山坡的运动是造成雾体结构不均匀、振荡起伏变化的另一个重要原因。该地气溶胶粒子谱是呈单调下降的幂函数谱,次微米粒子浓度甚高,南岭山地气溶胶中含有高浓度的硫酸盐粒子,是优质凝结核,有利于雾的形成。雾的存在可以清除大气中的微量成分,雾滴可以包含浓度很高的污染物成分。同时,较之云滴而言,雾滴也很容易被地表物体(如植被、建筑物等)的垂直表面所截获,构成另一类清除过程。在南岭这样的大面积森林地区,这类清除过程可能是很重要的。研究本地区雾的特征变化,对建立本地区雾的预警预报系统有很大的现实意义,并为开展消雾试验提供了基本资料。     

生态环境变化夺雾的影响

西双版纳地区是的著名的热带雨林多雾区,但７０年代末以来,雾日明显减少,德层明显减弱。１９９７年１１月２３－３０日,实施了一项雾的外场试验计划,本文利用景洪（生态环境变化较大）和勐养９生态环境变化不大）的宏、微观观测资料,对比分析了雾的宏、微观结构和物理过程,并结合气候资料,讨论了生态环境变化对雾的影响。     

伊宁地区大雾的时空分布特征

通过对1994-2006年13a伊宁地区气象资料的分析,对伊宁地区大雾的气候学、天气学特征进行了统计;阐述了辐射雾、平流雾两种主要类型的雾的特点;同时,从天气学角度出发,对辐射雾的气象要素特征和平流雾形成的高低空环流形势进行了总结描述;结果表明：伊宁地区为雾多发地区,雾的年、季、月、日变化特征明显,影响飞行的辐射雾与平流雾出现概率相当,总结出了产生雾的几种典型天气形势,为预报员及时准确预报大雾提供参考,同时指出地形对雾的出现及范围有一定的影响。     

南岭山地高速公路雾区能见度预报系统

在研究南岭山地浓雾的气候规律，开展了2次多学科综合野外观测，对典型个例进行了天气学分析、雾的宏观结构特征分析、雾的微物理特征分析，在利用数值试验分析了雾生成的物理机制等研究的基础上，研制开发了4种南岭山地京珠高速公路云岩雾区的能见度预报方法，包括：中尺度数值模式产品释用方法、结构预测方法、天气学指标预报方法和动态统计预报方法；并研制了相应的自动化程度高的预测预报系统，与京珠高速公路粤境北段通车同步投入准业务运行，使用雾区路段的5套自动气象站和能见度仪资料，制作的集成预报结果为高速公路行车安全提供服务，经过各种方法的独立预报检验和准业务运行服务的预报结果检验，预报准确率比较高，提供服务的集成预报准确率可达83．3％。     

南岭大瑶山浓雾雾水的化学成分研究

文中利用 1998年 12月～ 1999年 1月和 2 0 0 1年 2～ 3月在南岭山地采集的雾水样品资料 ,分析了南岭山地浓雾雾水的化学成分 ;对 3次典型浓雾过程雾水的离子浓度及其可能的来源进行了分析 ;发现酸雾的频率达 5 1% ,酸雾的危害不容忽视。南岭山地的浓雾雾水中的诸离子浓度远高于雨水。不同过程雾水的化学特征变化差异明显 ,在雾水中浓度最高的阴离子是SO2 -4,其次是NO-3 ;阳离子Ca2 ,NH 4 的浓度最高。雨水比雾水酸性更强 ,说明虽然雾水中的离子浓度较雨水高得多 ,但大量的离子成分中存在更多的缓冲物质 ,比如说NH 4 和Ca2 。雾水中的Ca2 ,SO2 -4,Mg2 有明显的富集现象 ,南岭大瑶山的雾水主要受大陆环境和人类活动的影响。     

1980年6月9日长江口地区平流辐射雾的数值模拟

本文用二维非定常数值模式模拟了1980年6月9日长江口地区海雾向上海地区平流而形成的平流雾个例,其中讨论了盛行风、海陆环流对海雾的影响,结果与实况近于一致。     

南海西北部一次海上海雾的微物理及化学特性分析

利用2017年3月MICAPS资料、欧洲气象中心再分析ERA-Interim数据及在南海西北部海上的海雾观测数据,分析了南海西北部一次海上海雾的微物理特征和雾水化学特性,并将海上海雾与南海岸边海雾进行对比分析。结果表明:此次海雾为南海偏南暖气流移至冷海面发生冷却并达到饱和而形成。海雾过程中气压与气温变化趋势相反,相对湿度不断增加,雾滴数浓度、液态含水量和平均直径的平均值分别为198 cm-3、0.116 g/cm3和5.6 μm。相比广东湛江东海岛和广东茂名博贺地区岸边海雾个例,本次海上海雾水汽充足,雾滴偏大。本次海雾属于酸性海雾,pH值变化范围为2.51~3.50,海雾后的雨水样本pH值则为4.05。海雾发生初期电导率比其它阶段高很多,说明海雾发生的初始阶段雾水溶解了大量的气溶胶。海上雾水中Na+和Cl-浓度最高,浓度分别为32 535 μmol/L和53 466 μmol/L,K+浓度远高于Mg2+和Ca2+,而东海岛岸边海雾相反。      

广州地区春季污染雾的化学特征分析

使用2005年2～3月在广州地区采集的雾水样品资料,分析了广州地区污染雾雾水的化学组分;对3次典型污染雾过程雾水的离子浓度及其可能的来源进行了分析。广州地区的污染雾雾水中的诸离子浓度远高于雨水中的值,因而,雾不但造成视程障碍,而且是高浓度污染的液态颗粒物,对人体健康十分有害。在雾水中浓度最高的阴离子是SO4=, 其次是NO3-;在阳离子中Ca++、NH4+的浓度最高。雨水比雾水更酸,说明虽然雾水中的离子浓度较雨水高得多,但大量的离子成分中存在更多的缓冲物质,比如说NH4+和Ca++。雾水中的Ca++、SO4=、Mg++有明显的富集现象,广州地区的污染雾雾水主要受大陆环境和人类活动的影响。这期间广州地区出现严重污染雾与水汽充足和大量气溶胶污染粒子的存在直接有关。     

IMPROVEMENT OF REGIONAL PREDICTION OF SEA FOG ON GUANGDONG COASTLAND USING THE FACTOR OF TEMPERATURE DIFFERENCE IN THE NEAR-SURFACE LAYER

The relationship between the factor of temperature difference of the near-surface layer(T_(1000 hPa)-T_(2m))and sea fog is analyzed using the NCEP reanalysis with a horizontal resolution of l°xl°(2000 to 2011) and the station observations(2010 to 2011).The element is treated as the prediction variable factor in the GRAPES model and used to improve the regional prediction of sea fog on Guangdong coastland.(1) The relationship between this factor and the occurrence of sea fog is explicit:When the sea fog happens,the value of this factor is always large in some specific periods,and the negative value of this factor decreases significantly or turns positive,suggesting the enhancement of warm and moist advection of air flow near the surface,which favors the development of sea fog.(2) The transportation of warm and moist advection over Guangdong coastland is featured by some stages and the jumping among these states.It also gets stronger over time.Meanwhile,the northward propagation of warm and moist advection is quite consistent with the northward advancing of sea fog from south to north along the coastland of China.(3) The GRAPES model can well simulate and realize the factor of near-surface temperature difference.Besides,the accuracy of regional prediction of marine fog,the relevant threat score and Heidke skill score are all improved when the factor is involved.