基于双目成像云底高度测量方法

采用基线长为60 m的一对数字摄像机,构成双目成像云底高度测量系统,随着数字摄像技术和立体视觉传感器的发展,尤其是双目成像视觉传感器以结构简单、使用方便、测量精度高等诸多优点而被广泛应用。通过直方图均衡化方法对图像进行增强,利用亚像素角点检测器检测角点提高测量精度,并采用归一化互相关方法进行区域相关检测寻找同名点,将外极线约束引入图像匹配过程中进行同名点粗差去除,提高测量准确度;再根据匹配特征点得到相对视差,利用摄影测量原理计算云底高度;建立三维实验室标校场对相机进行内外方位元素标校,利用星星相对位置与相机姿态角的关系对相机进行现场标校,简化标校系统提高测量精度。利用2011年5月1日—6月30日采集的样本,在北京市观象台与维萨拉生产的CL31激光云高仪进行对比试验,并对产生云底高度测量系统误差的可能原因做出具体分析。     

全国酸雨观测网未知水样考核结果的统计分析

应用客观统计方法,整理分析了1992年以来全国酸雨观测站网的11次pH未知水样和2次电导率未知水样的考核结果。分析显示,采用稀释和pH调制的标准缓冲溶液作为pH未知水样,其测量偏差随pH标准值的变化不显著,历年的测量标准差均小于0.2pH单位。pH未知水样测量偏差的波动状况指示出观测台站仪器和人员的技术状态变化,对仪器更新、人员培训以及新业务规范的执行等业务建设和质量管理活动有显著的正面响应。对pH未知水样测量偏差的统计还显示,2001年后pH平均测量偏差出现负偏态分布特征,该特征在总体偏差较大时尤为明显,说明部分技术状态不良的台站往往容易出现较大的系统性负偏差。根据考核结果,按照世界气象组织(WMO)推荐的方法,计算除1992年外各次考核的pH值测量的修正绝对中值偏差为0.03～0.10pH单位,1992年和2006年电导率测量的修正绝对中值偏差为4%～5%。修正绝对中值偏差的逐年波动情况反映了全国酸雨观测网pH测量的总体偏差也明显地受台站技术状态波动的影响。     

低空急流在副高西北侧连续性暴雨中的触发作用

利用NCEP1°×1°再分析资料、常规高空及地面资料,对2008年9月22-26日四川盆地西北部连续性暴雨的形成机制进行探讨.结果表明:此次暴雨产生在副高异常强盛和强台风黑格比登陆西进的环流背景下,过程期间500hPa无低值系统影响,暴雨的主要触发系统是副高和台风外围持续强劲的东南风低空急流,持续的东南风低空急流为暴雨区输送了源源不断的水汽和不稳定能量,急流最大风速出口区辐合及地形抬升为暴雨形成提供了辐合上升的动力条件,过程期间暴雨区位于一个稳定正环流的上升支中.另外,冷空气在此次过程中也起到了重要的作用.     

山东特大暴雨雷达回波及地形作用分析

利用常规、非常规资料对2009年8月17—18日山东省出现的特大暴雨过程进行分析。结果表明:“817”特大暴雨主要出现在西风槽东移、副高南退时的副高西北侧边缘,对流有效位能(CAPE)等热力环境指数对鲁南强降水有较强的反应能力。降水分布具有典型的地形影响特征,复杂山地地形对降水有显著增幅作用和对对流系统传播的阻碍作用。存在低空急流和列车效应,强回波维持时间较长是费县出现强降水的重要原因,较强的偏南气流、湿度层深厚是费县出现特大暴雨的根本原因。地形影响气流理论很好地解释了山东“817”特大暴雨降水分布,费县特殊地形对特大暴雨有很大贡献。雷达资料可以弥补常规观测的不足;地形对强降雨及其分布有重要影响。     

海表热通量反馈及海温变率

海气交界面的能量交换与海洋平流共同决定海表面温度(sea surface temperature,SST)异常的形成、维持与衰减。基于作者近期的研究,本文回顾了海表面热通量(surface heat flux,SHF)反馈以及SST方差与海表热通量及海洋热输送方差之间的关系。海表热通量异常可近似为一个与SST成正比的线性反馈项与一个大气强迫项之和。SHF的反馈参数取决于SST和SHF间的滞后交叉协方差以及SST自协方差。这种反馈总体上为负反馈,减弱SST异常,海表湍流部分起主导作用。最强的反馈可见于南北两半球的中纬度,最大值出现在大洋的西部和中部位置并延伸至高纬度地区。SHF反馈于北半球秋冬两季增强,春夏两季减弱。这些反馈特征在CMIP3耦合气候模式中得到合理的模拟。然而,多数模式中反馈的强度与再分析资料的估值相比略为偏弱。与再分析资料的估值相比,“平均模式”反馈参数比单一模式有更相似的空间形态以及较小的均方根差。基于海表面能量收支平衡,SST的方差可以表示为3个要素的积:1)海表面辐射和湍流通量以及海洋热输送的方差之和;2)一个衡量SST持续性的传输系数G;3)一个反映海表热通量以及海洋热输送之间协方差结构的有效因子e。SST方差的地理分布类似于海表热通量及海洋热输送的方差之和,但为G和e因子所修正。     

USCRN气候基准站网布局理论在我国的应用

基于美国气候基准站网 (USCRN,US Climate Reference Network) 的均匀正三角网格布局模式,以站网对我国平均降水量和气温的方差解释量分别能够达到95%和98%为标准,利用我国2416个观测站的降水量和气温数据研究了我国气候观测站网的布局设计,得到能反映我国整体气候特征的站网最少台站数。结果表明:为显著减少全国尺度上的气候不确定性,需要新建边长为3°纬距的正三角均匀网格 (103个站点) 站网,并在全国范围内开展站址考察、总结评估和运行检验工作,才能得到新的气候基准站网;在已有气候观测系统基础上改进完善而不新建系统,则改进的气候基准站网为最接近边长为2°纬距的正三角网格分布 (229个站点),其中199个预期位置或其附近已建有观测站点,没有对应实际站点的30个预期位置主要分布在青藏高原西南大部,这些地区将是未来建站的重点。     

热带气旋对中国沿海风电开发的影响

利用1961-2006年热带气旋(TC)资料,选取进入距海岸3个纬距左右警戒区的TC为影响中国沿海风电开发的TC;根据风电工程风电机组(WTGS)安全等级,详细分析了影响中国沿海地区TC路径、强度、风力的气候特征,发现进入警戒区后台风和强热带风暴占59.5%,超强台风、强台风占总频数的21.5%;TC造成的10分钟平均最大风速40m·s~(-1)以上的区域集中在珠江口以东的广东沿海和海南东部沿海和浙闽交界处;登陆福建及以北沿海强度达台风以上的常造成≥25m·s~(-1)的强风,而在福建以南登陆并造成强风的为强热带风暴以上;福建中南部沿海TC大风的可利用率达80%以上;TC威胁风电机组安全的区域主要在浙江的中部沿海、浙闽交界处沿海和珠江口以东的广东沿海.     

北京地区一次重污染天气气溶胶分布与传输特征研究

针对北京地区2004年10月26～31日的一次典型重污染天气个例,分析了此次污染过程产生的天气背景和污染物对近地层接收太阳总辐射的削减作用,同时应用MODIS卫星遥感气溶胶产品和地面风场的分布分析了大气污染物的分布和输送特征。结果表明,此次污染过程与大尺度的天气背景有密切关系,地面气压减小和偏南气流导致了此次污染过程;通过比较中国科学院大气物理研究所325m铁塔观测到的2m和280m高度处太阳总辐射可知,在空气质量较好天气,地面以上2～280m大气能够减少太阳总辐射的15%;而在重污染天气时,地面以上2～280m大气能够使太阳总辐射减少20%以上,低层大气显著地影响城市区域下垫面和大气之间的辐射交换;分析MODIS气溶胶分布和地面风场可知,此次污染过程可能是局地污染物积累和外界污染输送造成的。     

湍流通量计算方法和误差的比较研究

近地层的风、温、湿梯度以及辐射和土壤热通量资料在过去的几十年间被广泛地用于计算陆-气感热、潜热通量.然而,不同的计算方法之间存在一些差异,随意的选用可能会造成计算结果存在较大的误差.文中利用绿洲系统能量与水分循环过程观测试验的2005年6月甘肃金塔绿洲中部观测资料,在分析了观测期间近地层微气象特征的基础上,对鲍恩比法、空气动力学法(包含两种不同计算方案)和变分法计算的绿洲农田下垫面的湍流通量进行了比较,并通过敏感性实验和理论分析探讨了不同方法间计算结果的差异和误差的来源.结果表明:不同方法计算的湍流通量特征存在明显差异.鲍恩比法从理论上满足能量平衡关系,但在昼夜交替和夜晚时出现了计算不稳定现象,因此在这些时段不适用.变分法避免了鲍恩比法计算夜间湍流通量的不稳定性,而且二者计算的白天湍流通量有较好的相关性;同时变分法由于加入了辐射和土壤热通量信息,明显改善了空气动力学法白天的能量平衡状况;变分法计算得到的潜热通量对辐射和微气象条件有较为合理的响应;对数据误差的敏感性试验表明,鲍恩比法和空气动力学法应用于绿洲下垫面上对观测误差较为敏感,而变分法相对比较稳定.进一步的分析表明,鲍恩比法在-2<β<0的范围内由于方法本身局限而适用性较差;而空气动力学方法计算结果的差异和误差来源于所应用的相似性函数.因而与鲍恩比法和空气动力学法计算的湍流通量值相比较,变分法的计算结果更加合理和稳定,在绿洲下垫面有较好的适用性.该文研究方法和结果可为这些方法的使用提供参考.     

登陆热带气旋入黄渤海强度变化的环境场特征

为了研究登陆热带气旋进入黄渤海域(YBTC)强度变化的规律和环境场特征,利用1949-2007年台风资料和NCEP/NCAR逐6h的客观再分析资料,首先对YBTC强度变化进行统计分析,发现其入海加强比率达49%,9月加强的频数最多、加强幅度最大,登陆福建的YBTC加强比率高,中心最低气压P_(min)和中心最大平均风速V_(max)变化不完全同步,V_(max)加强幅度比减弱幅度大,P_(min)加强幅度与减弱幅度相当。选择入海加强和入海减弱的YBTC各5例,合成诊断、对比分析两类YBTC的大尺度环境条件表明:前者YBTC西北部有深槽移近、YBTC与其锋区入海时逐渐耦合,后者在YBTC西部有浅槽、北部为弱脊。前者副热带高压经向度大利于YBTC与中纬槽系统相互作用加强。前者有强的高空急流快速靠近、YBTC行进到高空急流入口区右侧,而后者位于较弱的高空急流入口区外、没有快速靠近过程。两者都有低空偏南风急流输送水汽,但前者西侧有较强北风带来的干冷空气。前者具有较强的湿斜压性和θ_(se)陡立区适宜倾斜涡度发展。