北京夏季空气质量的气象指数预报

该文提出一种参数化预报方法,制作北京及其周边地区夏季空气质量气象条件指数预报。采用2000-2007年7-9月北京市观象台大气成分 (PM₁₀) 逐日观测资料和华北区域气象站网加密地面观测及探空信息,分析北京地区夏季奥运会历史同期与高污染过程 (PM₁₀浓度>150μg/m3) 关系密切的敏感气象要素和变量。引入适应度函数分级方法,计算北京周边不同观测站可能形成污染向北京输送的权重,建立北京夏季空气质量气象条件参数PLAM (parameters linking air-quality and meteorology) 预报模型。PLAM指数给出北京局地污染气象条件的客观定量诊断和预测,并可指示周边地区有利 (或不利) 于污染向北京输送的强度和方位。夏季“静稳型”气象条件参数化PLAM方法为北京奥运气象保障任务实时提供预报产品,分别用PM₁₀及可吸入颗粒物指数 (API) 对2008年7-8月PLAM逐日预报进行检验,相关系数达到0.001显著性水平。     

北京城区的“雨岛”“湿岛”、与“干岛”特征分析

根据近几年北京城、郊区测点资料对比分析发现,北京城区存在“三岛”现象。分析表明,干、湿岛现象并非由于降水差异而形成。夏季城区降水多于郊区,而冬季城、郊区降水量也几乎相同。但由于华北地区降水集中,城区硬下垫面排水快,故城区夏季温度较郊区低。冬季由于城区人工水面积较大,生产和生活用水较多,加上特有的热岛效应,湿度较郊区高。雨岛与城市阻障效应、热岛效应及污染物浓度较大有密切关     

北京及其周边地区闪电活动的时空特征

利用具有总闪观测能力的SAFIR3000在2005-2007年对北京及周边地区(天津、唐山、廊坊等)的观测资料,分析了该地区云闪和地闪时空分布特征.结果表明:云闪高发时段在15:00-次日00:00,峰值在19:00,高发月份在6-8月,峰值在7月;云闪空间分布高值区在北京东北部、天津北部、承德西南部一带,约为30次/(km2·a);云闪平均高度(海拔高度)日变化差异不大,季节变化夏季最高,冬季最低;高度在9～10 km的云闪最多,占云闪总次数的10.97％.地闪高发时段、月份、地闪高值区(密度约为5次/(km2·a))与云闪基本相似,不同之处在于云闪日分布多为单峰,而地闪为双峰,云闪高值时段开始与结束时间均比地闪早;云闪空间分布高值区密度约为地闪的6倍.3 a平均正闪占地闪总数百分比为16.44％,夏季该百分比较低,春秋季较高,其月际变化与正闪次数月际变化相反.总闪时空分布特征和云闪更为相似,总闪高值区分布和卫星探测得到的基本一致.     

“北京气象”手机客户端气象信息GIS快速可视化技术

随着移动互联网和智能手机技术的发展,客户端APP应用是满足便捷、高效、可移动、可定位气象信息服务的重要途径和手段。通过对格点天气、雷达回波、专题图等更新频次高、空间分辨率高、数据量较大的气象信息手机客户端GIS快速可视化关键技术的研究和实践,提出在服务器端应用支撑层部署Surfer专业绘图软件,在客户端数据资源层部署Google预先渲染好的离线栅格瓦片地图,应用支撑层部署开源的OpenLayers WebGIS二次开发组件,在两端应用逻辑层采用数据缓存和分布式存贮技术的手机客户端气象信息GIS快速可视化J2EE技术架构,实现了格点产品、雷达回波、专题图等气象信息GIS快速可视化展示。     

高空急流在北京“7.21”暴雨中的动力作用

利用常规观测、加密自动气象站降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料等,使用天气动力学诊断方法,重点研究了高空急流对北京2012年7月21日（“7.21”）暴雨中降水突然增强时刻14时（北京时）和降水最强时刻19时的动力作用。结果表明,“7.21”暴雨的发生和西来的高空急流东移至北京上空有关,高空急流及其散度场和与高空急流相伴随的次级环流对“7.21”暴雨的发生起重要的动力作用。7月21日14时,高空急流轴的经向度开始增大,高空急流入口区右侧的散度场南北范围明显扩大,北京上空为深厚的对流运动,受来自低层的东南气流带来的暖湿空气的影响,北京地区降水量突然增大;20时,对流层高空急流轴的经向度进一步增大,此时由于北上西北低涡导致的低层辐合,使得北京上空对流层高层出现强辐散区,北京上空出现强烈的上升运动,加之来自东南的暖湿气流的影响,使得北京地区降水量在19时达到最大值。“7.21”暴雨中降水突然增强时刻和降水最大时刻,上升支均出现在高空急流入口区右侧,但是,次级环流的下沉支均发生在北京的东南部,这是影响“7.21”暴雨次级环流的一个重要特征。     

局部地形对北京“7.21”特大暴雨影响的数值研究

利用NCEP1°×1°再分析资料和WRF模式对2012年7月21日北京特大暴雨过程进行数值模拟,结果表明,WRF模式能够成功模拟出本次暴雨过程,特别是对100 mm以上的大暴雨也有较强的模拟能力。基于控制试验,针对北京地区复杂的地形,设计了4组地形敏感性试验。试验结果表明:北京地区局部地形的改变对暴雨落区的模拟影响不大,但对暴雨中心的分布和强度有影响,特别是西南部的局部地形对于本次暴雨过程中降水中心的落区具有很大影响,而北部和东北部的局部地形则作用不明显。进一步研究表明,北京地区西南部的局部地形主要是通过影响低层偏南风急流的流场结构,改变强辐合区和垂直运动的分布和强度,进而引起降水中心位置和强度的改变。     

北京“7.21”暴雨雨团的发生和传播机理

基于京津冀5部新一代天气雷达、区域5min自动站和中尺度数值模式模拟资料,通过雷达资料快速更新循环四维变分同化技术和三维数值云模式对低层三维动力和热动力特征的模拟分析,为北京\"7.21\"特大暴雨中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,MCS)的结构特征和传播机理的分析提供了佐证。结果表明:(1)低层动力场和地形强迫对MCS的触发、增强和维持起到关键作用。在MCS形成阶段,地形强迫有利于低空偏南气流带来的暖湿空气在山前的辐合上升。随着MCS的加强,强降水区域呈现与地形走向接近的\"西南—东北\"向带状分布,单体移动具有明显的\"列车效应\",而MCS整体则向东偏南缓慢传播。在MCS传播前沿(山前)形成强的出流风场,低层2 km以下均为深厚的辐合上升区且进一步加强,表明地形强迫和低层风辐合对偏南暖湿空气抬升起到重要作用,有利于MCS长时间\"列车效应\"的维持和MCS的发展。MCS出流风场与平原地区近地面偏南风交汇,使得在距MCS传播前沿约50 km的、已经存在的一个接近\"西西南—东东北\"走向的出流边界明显增强。在MCS传播前沿存在较为明显的0-3 km风垂直切变,由MCS出流与低层偏南风形成的风向切变以及地形强迫造成的风速切变构成,切变区域与地形走向及MCS伸展方向密切相关,切变强度达到中纬度低层强切变阈值范围。低层风垂直切变与MCS存在明显的正反馈效应,亦有利于MCS的长时间发展和维持。(2)低层热动力场为MCS的发展、传播提供了重要条件。在MCS传播前方的环境低层是明显的暖湿区,而在传播后方的低层则是由于地面冷锋及MCS降水造成的冷区,冷暖空气交汇对MCS的高度组织化和强降水的持续起到重要作用。低层的热力层结不稳定区域主要分布在MCS的南部到西南部地区,为MCS尾部风暴单体的不断新生和移动传播创造了良好的热力条件。最后,通过观测和模拟结果综合分析,初步得出了与此次强降水MCS发展演变密切相关的低层热、动力配置的概念模型,为MCS\"列车效应\"和后向传播特征的机制分析提供了依据。     

北京“7·16”暴雨诱发地质灾害成因分析

从2018年7月16日北京暴雨过程雨情和地质灾害灾情出发,介绍了此次过程的地质灾害气象预警及检验;并基于北京区域地质灾害易发度信息,结合多源融合定量降水估测(QPE)驱动CREST水文模型模拟径流量与土壤湿度特征、过程雨强特征,分析了北京本次地质灾害气象成因。结果表明,北京北部和西部处于地质灾害中、高易发区,区(县)小时累计面雨量达到50 mm以上易发生灾害,降水持续24 h后是地质灾害的高发时段,灾害常发生于雨强较大峰值后的15 h内;基于雨强-降水持续时间推求的地质灾害致灾临界雨量阈值对北京地区地质灾害气象预警有一定的借鉴意义;基于水文模型的北京区域径流量、坡面径流深、土壤湿度等水文过程要素模拟对预警也有较好的指导意义。     

北京“7.21”特大暴雨不同集合预报方案的对比试验

采用6套扰动方案(初值、多物理、3组随机物理和初值与随机物理的混合)对2012年7月21日(“7.21”)北京特大暴雨过程进行了集合降水预报试验,检验了不同方案的集合平均预报、集合区间预报和概率预报较控制预报改进的相对程度,分析了它们对该过程时空不确定性的预报能力、不同扰动方法的离散度贡献以及不同尺度扰动对预报误差的贡献等。结果表明:(1)所有集合方案特别是初值扰动、多物理和混合扰动的集合预报相对控制预报在暴雨强度和位置上都有较显著的改进,并为用户决策提供了包括预报不确定性在内的更多预报信息。(2)3组随机物理产生的集合预报离散度很相似, 都远小于初值扰动和多物理方案产生的离散度, 并且主要集中在强降水中心附近, 因此在初值扰动的基础上加入随机扰动,可以提高强降水中心的离散度, 但对强降水中心以外的地区作用甚微;尺度分析进一步表明随机物理产生的离散度贡献主要集中在较小尺度上(<320 km),在更小的尺度上(<160 km)它甚至可以与初值和多物理扰动的贡献相当,而初值扰动和多物理过程的贡献可以比随机物理过程多延伸400—500 km直到较大的尺度(如>1000 km), 其中多物理过程在较小尺度上(<100 km)可比初值扰动贡献更大, 并且能部分消除预报系统偏差。(3) 所有集合扰动方案所产生的离散度尺度谱都与实际预报误差尺度谱分布一致, 即随空间尺度增大而减小,但在幅度上都小于预报误差(离散度不够大),并且这种差异随着空间尺度的减小而加速增大,在小尺度上相差甚大。     

多普勒雷达资料同化对北京“7.21”大暴雨过程模拟的影响

利用新一代中尺度预报模式WRFV3.6及其三维变分同化系统(WRF-3DVAR),对2012年7月21日北京地区的一次暴雨过程进行多普勒天气雷达径向风和反射率的同化试验研究,检验和探讨高时空分辨率多普勒天气雷达资料在改进模式初始场及提高对暴雨过程预报的准确率等方面的应用效果及意义。结果发现雷达资料同化能在初始场中加入反映产生降水的低层风场辐合的动力和锋前暖区充足的水汽条件的物理信息,可以在模式积分开始后改善初始场中水汽和风的分布,较快地模拟出局地对流系统的发生、发展,改善由于中尺度观测资料不足而造成的模式初始场里中尺度信息缺乏的问题。径向速度的同化增加了中尺度信息,对初始流场的调整较为显著,侧重于改进风场。而雷达反射率资料的同化对初始温、湿度场和强回波位置的调整更明显,侧重于改进湿度场。累计降水的预报结果显示,同化径向风资料对雨带的位置、范围有较好的改进,同化雷达反射率资料对暴雨强度的预报有明显的改善。通过降水ETS评分发现,同化常规观测试验相对于控制实验,对于5、15 mm和25 mm降水评分能增加0.1左右,径向风同化试验能增加0.2左右,反射率同化试验能增加0.3左右,而径向风加反射率试验增加的评分介于0.2～0.3。雷达资料对于提高定量降水预报的精确度有着重要作用。     

多普勒雷达资料同化在“7.21”北京特大暴雨个例中的应用

基于WRF(Weather Research Forecast)模式和GSI(Gridpoint Statistical Interpolation)同化系统,研究了同化4部多普勒雷达探测资料对"7.21"北京特大暴雨过程中降水预报的改善作用。GSI系统直接同化径向风,而采用云分析的方式间接同化反射率。2012年7月20日21时—21日00时(世界时)雷达探测资料同化试验采用30 min循环同化径向风和反射率资料。结果表明,循环同化雷达探测资料改善了短时(0—6 h)和短期(0—24 h)降水预报,ETS评分提高了约0.2。同化反射率资料增加了初始场的水凝物,改善了温度场分布,直接影响了降水的形成,同时还使650—250 hPa位势高度的均方根误差平均降低了8 gpm。直接同化径向风资料对中尺度风场产生了一定影响。ETS评分结果表明:同化反射率资料的效果要优于同化径向风。     

“好运北京”决策气象服务社会效益调查评估与分析

通过对2007年“好运北京”系列体育赛事活动期间的北京奥组委、市政部门、赛场技术专家等高端决策用户的调查评估,发现决策用户对气象信息的需求呈现出一定的规律。通过分析,发现其基本符合马斯洛（Maslow）需求层次理论。调查分析表明：对于大型赛事活动,决策用户不仅对气象信息的预报准确率有较高的要求,而且对气象信息的时间空间分辨率和发布渠道等方面也有更深层次的需求。因此,决策气象服务不仅要注重预报准确率,同时要通过不断地对用户需求的调查分析,努力提高决策服务的针对性、及时性和有效性。该评估工作为气象部门进一步全面提高服务质量提供了新的思路和建议。     

“CMA北京模式”中三种不同阵风诊断方案在北京地区大风预报中的评估

数值模式预报是阵风预报的重要途径之一,对“中国气象局北京快速更新循环数值预报系统（简称CMA北京模式）”中AFWA、UPP、IUM三种阵风诊断方案在北京地区大风预报中的性能进行了分析评估。两次大风过程的分析以及各季节大风预报的批量试验检验结果显示：三种方案的阵风预报存在明显差异,IUM方案的阵风预报能力优势明显。IUM方案对冷空气大风和雷暴大风预警都有较好的指示意义。其对2020年3月18日冷空气大风过程中大风起始时间、大风区位置和演变以及过程极大风速均有较好的预报效果,对2020年8月2日雷暴大风过程中大风区范围预报偏大且位置存在偏差,但对大风预警的指示意义最强。IUM方案的阵风风速预报整体偏强,但对各个季节达到或超过5级阵风的等级预报较为准确。总体而言,IUM方案对北京地区大风预报性能较好,基于该方案制作的阵风预报产品可为大风预报提供有力支撑。     

区局召开“北京2008年奥运会火炬接力传递气象服务演练动员会”

4月2日上午,区局召开“北京2008年奥运会火炬接力传递气象服务（演练）动员会”视频会议。乌兰局长,沈建国、李彰俊副局长以及区局有关职能处室、直属业务单位和各盟市气象局的有关领导出席。会议的主题是明确奥运服务期间各单位任务和统一工作规范,布置各单位工作任务,并对奥运服务的工作流程做了基本说明。乌兰局长作了动员讲话,并指出气象局目前已经成立了奥运服务的领导组、技术保障组和服务组,     

2017年冬季北京霾日极少的大尺度气候和环流背景:兼论“霾气候”预测研究

近年北京霾问题受到广泛关注。2017年冬季北京霾日显著偏少,同样令人瞩目。Pei等2018年提出一种影响北京持续性霾事件多寡的大尺度气候和环流背景机制,指出西北太平洋关键区（K区）海表温度距平起重要作用。文中据此对比分析2017和2016年冬季情形发现:2016年冬季K区偏暖,东亚冬季风系统偏弱,华北地区多异常偏南风距平,低层大气偏稳定,导致霾日偏多;而2017年情形恰好相反。这说明北京霾也受制于大尺度气候异常。进而简述现有研究存在的问题,就如何推进“霾气候”预测研究提出若干建议。      

“科学前沿——中国卓越研究奖暨科学引文中国论坛（2008年）”在北京举行

2008年5月28日,“科学前沿——中国卓越研究奖暨科学引文中国论坛（2008年）”在北京举行。本届论坛由中国科学院国家科学图书馆科学前沿分析中心《、科学观察》编辑部、Thomson Reuters汤姆森科技信息集团联合主办。共有24篇研究论文荣获“2007年汤姆森科技中国卓越研究奖”。     

基于创建“中国天然氧吧”的融水县生态环境资源评估

利用融水县1992—2021年的气象观测资料,通过温湿指数和度假气候指数分析了融水县的气候舒适度情况和全年的气候旅游适宜期情况,并分析了2021年7月—2022年6月的负氧离子含量数据、2021年的环境空气质量监测数据和水质监测数据。结果表明：融水县气候舒适度为舒适的时段长达7个月,整体气候温和,全年12个月均适宜旅游出行;空气清新洁净,负氧离子浓度年平均值为3 072个·cm^-3,气候舒适期平均值为2 971个·cm^-3;环境空气质量优良,年均AQI指数为45,空气优良率达97.5%;森林覆盖率为82.16%,地表水质常年保持在Ⅱ类水质标准以上,水质达标率为100%。     

“三伏”的气候学定义和区划

三伏由秦汉时盛行的五行学说延伸而来,主要指中原地区气候上一年中最闷热的一段时期.利用1960~2004年我国范围内432站观测的逐日最低(Tmin)、最高气温(Tmax)和湿度值构建人体舒适度指数(THI),并分三伏区、准三伏区、潜在三伏区和非三伏区辨识了我国的气候三伏特征及其在时间上的跃变,得到华北、江淮和江南3个地...     

北京地区大气污染分布的“南北两重天”现象

利用2006年北京地区空气质量监测站和自动气象站网资料,以及华北地区中尺度气象观测资料,分析了北京地区大气污染分布的“南北两重天”现象.通过对此类现象发生过程中天气形势和北京地区气象要素的分析,指出了造成该现象的天气学成因和气象要素特征.研究结果表明,2006年北京共发生47次“南北两重天”现象,其中大部分发生在秋、冬季的午夜至次日上午,且多为南差北好的污染物分布情景.该现象的发生与北京地区中-α尺度天气系统活动的一些特征有关,特别是与干冷空气进入北京地区的路径以及移动速度的区域差异有关.另外,在弱天气系统控制下,北京西南部地区经常出现的小尺度辐合型流场,也是形成北京地区“南北两重天”现象的重要原因.     

一场初冬“雷打雪”天气的中尺度特征分析

利用探空资料、T639数值预报产品和多普勒天气雷达资料,对2009年11月郑州地区的一场\"雷打雪\"天气过程进行了中尺度特征分析,结果表明:大尺度环流背景为暴雪的产生提供了有利条件,而中尺度露点锋是\"雷打雪\"天气发生的直接影响系统,中低层强烈的逆温层和\"上干中湿下冷\"的大气垂直结构为对流天气的产生储备了充足的不稳定能量,干暖盖指数对冬季对流天气的发生有一定的预报指示意义;多普勒天气雷达的径向速度产品是制作\"雷打雪\"天气短时临近预报的重要依据。