基于时空矩阵方法对福建省海湾水质变化特征分析

基于2005—2011年8月和2012—2015年5月、8月的水质监测数据,应用水质指标的主成分分析结果,对福建省海湾划分环境单元,通过时空矩阵方法对福建省海湾水质指标变化特征进行了分析。结果显示:（1）通过主成分分析,4个水质指标聚成两类成分,磷酸盐和叶绿素a聚为一类主成分,硝酸盐和溶解氧聚为另一类主成分;（2）以主成分权重值为坐标,划分福建省海湾表层水体为6个环境单元,以此建立水质指标相对含量的时间序列组合矩阵,对福建省海湾水质指标变化分析;（3）水质指标时空矩阵表现出一定的周期性变化趋势,环境单元的指标变化模式具有同步性,指标含量变化的绝对值从叶绿素a到营养盐再到溶解氧呈轻微增长;（4）两类主成分具有一定相关性,营养水平高低影响营养-浮游植物动态关系,当磷酸盐含量高于0.03 mg/L、硝酸盐含量高于0.25 mg/L,且营养盐时间周期变化显著时,叶绿素a时间周期变化与营养盐发生同步联动效应;（5）夏季福建省海湾水体生产力较低,大量陆源有机物输入、降解耗氧,表层溶解氧含量降低明显;（6）福建省海湾主要受两种性质差异很大的水体影响,富含高营养盐径流水团影响了河口及邻近海域的环境单元,而福建省南部海湾主要受台湾暖流及上升流影响,台湾暖流是东海海域磷酸盐的重要来源。     

渤海湾浮游动物群落变化及其与环境因子的关系

浮游动物作为海洋生物的重要类群,对气候变化及人类活动都具有较高的敏感性。本文基于2004—2015年渤海湾夏季浮游动物监测资料,分析了浮游动物的群落结构及物种变动特征,并探讨了群落变动与环境因子的关系。结果表明,2004—2015年,渤海湾夏季浮游动物群落的种类数和生物多样性总体呈上升趋势。渤海湾浮游动物分属于7个门类,其中节肢动物门和腔肠动物门种类数最多,近年来物种数增长最快。12 a间,渤海湾浮游动物群落组成发生了显著变化,中华哲水蚤Calanus sinicus、真刺唇角水蚤Labidocera euchaeta等大中型桡足类数量逐渐下降,太平洋纺锤水蚤Acartia pacifica、背针胸刺水蚤Centropages dorsispinatus等小型桡足类及异体住囊虫Oikopleura dioica、锡兰和平水母Eirene ceylonensis等胶质类浮游动物数量逐渐增加。渤海湾浮游动物的群落变化主要与温度、盐度、营养盐等环境因子密切相关。     

福建省台山列岛周边海域的渔业资源群落结构特征

根据2012年5月（春季）、8月（夏季）、11月（秋季）和2013年2月（冬季）在台山列岛的拖网定点调查数据,对该海域渔业资源种类组成、优势种、物种多样性、资源密度（质量及数量密度）的空间分布及其季节变化等群落结构特征进行分析研究。结果表明,共记录台山列岛渔业生物136种,隶属于18目63科98属,其中鱼类80种,虾类16种,蟹类28种,口足类3种,头足类9种;优势种共有22种,口虾蛄（Oratosquilla oratoria）是唯一四季共同的优势种;Shannon Wiener种类多样性指数（H′）全年平均值为2.88（范围：2.80～2.95）,Pielou均匀度指数（J′）全年平均值为0.69（范围：0.65～0.72）,Margalef丰富度指数（D）全年平均值为6.99（范围：5.76～7.69）,夏季群落多样性较高;从渔业资源质量平均密度看,春、夏季最大值都出现在05站点,分别为640.70 kg/km²和1 039.31 kg/km²,秋季最大值出现在03站点,为1 187.48 kg/km²,冬季最大值出现在04站点,为683.24 kg/km²,从渔业资源数量平均密度看,春、夏季最大值都出现在05站点,分别为170.68×10³尾/km²和123.69×10³尾/km²,秋季最大值出现在01站点,为119.71×10³尾/km²,冬季最大值出现在04站点,为133.27×10³尾/km²。总体来说,台山列岛周边海域渔业资源物种较多,种间分布均匀,群落结构稳定。     

山东省城镇天气预报质量评估检验

根据中国气象局全国城镇天气业务产品检验评估报告和山东省预报质量评估系统检验结果,对200¬7年1月—2015年2月山东省城镇天气预报质量进行了总结分析。结果表明：（1）山东省晴雨（雪）和气温预报准确率、提高幅度均高于全国平均,降水预报准确率低于全国平均,技巧评分处于全国平均水平。（2）山东省内晴雨（雪）、最高气温、最低气温预报准确率最高的区域分别是鲁南、鲁西北和半岛,降水预报准确率半岛和鲁南明显高于鲁中和鲁西北地区。（3）山东省晴雨（雪）预报正确率夏季最低,冬季最高;气温预报准确率春季最低,最高气温预报准确率秋季最高,最低气温预报准确率夏季最高。（4）各市气象台预报相对省气象台指导预报有正的订正技巧,晴雨（雪）预报技巧评分鲁中地区相对偏低。     

雷达资料快速更新四维变分同化中增加地面资料同化对强对流临近数值预报的影响

基于雷达资料快速更新四维变分同化（RR4DVar）技术和三维数值云模式发展的快速更新雷达四维变分分析系统（VDRAS）,通过在系统中加入地面自动气象站观测资料的同化方法,对发生在北京地区的10个强对流过程开展了地面资料同化的高分辨率模拟分析和检验评估,并与已经业务使用的地面资料融合方法进行对比。研究结果发现,地面观测资料同化使边界层1 km高度以下的分析场改善最为明显,风速和风向的均方根误差分别平均降低0.1 m/s和7.2°,温度的均方根误差降低0.2℃。模式最低层100 m高度的风速均方根误差降低0.5 m/s,风速的误差随高度上升逐渐增大。模式最低层风向的均方根误差降低15.5°,温度的均方根误差降低0.4℃,且1.5 km高度以下的温度偏差都减小。区域内地面10 m高风速的均方根误差平均降低0.2 m/s,风向的均方根误差降低10.8°,地面2 m气温的偏差也降低。随着预报时效的延长,地面温度和风场的误差不断增大,但地面资料同化方法在一定程度上可以提高1 h内地面气象要素的预报效果。对2019年5月17日北京地区局地强对流新生和增强过程的详细分析表明,地面自动气象站观测资料的同化方法相对于融合,可以通过更细致准确地分析低层大气的热动力特征,改善低层气象要素的预报效果。在此基础上,通过探究对流单体的局地触发机理发现,海风锋辐合线与城市的相互作用一定程度上影响了对流的局地新生和发展,该同化方法可以进一步提高北京地区局地突发强对流的临近数值预报能力。      

基于支持向量机的雷暴大风识别方法

基于北京市观象台雷达基数据和加密自动气象站数据,利用支持向量机算法建立了雷暴大风天气的有效识别模型。首先确立了9个用于识别雷暴大风的预报因子:回波顶高、最大反射率因子、最大反射率因子所在高度、垂直积分液态水含量、垂直积分液态水含量随时间变率、垂直积分液态水含量密度、雷暴大风发生前最大反射率因子下降高度、风暴移动速度、速度谱宽。通过计算各预报因子在大风和非大风样本中的概率分布,得到对应的各项预报因子雷暴大风的隶属度,利用得到的隶属度函数对样本进行归一化处理。确立核函数和模型参数,利用支持向量机建立雷暴大风天气的提前识别和临近预警模型。通过对北京2017年7月7日飑线和2012年5月19日块状回波引起的灾害大风典型个例的识别效果检验,得到两个个例预测的命中率、误判率和临界成功指数分别为92.0%,22.1%,73.0%和99.1%,40.5%,59.2%,对于提高雷暴大风预警预报的准确率有一定帮助。     

飑线发展过程中回波合并的特征分析

基于区域自动气象站资料、济南新一代多普勒天气雷达资料,对2012年8月18日山东省境内飑线发展过程中对流单体之间以及弓形回波与对流单体之间的合并特征进行了细致分析。结果表明:1)合并过程经历了合并初期、合并中期和完全合并期。云桥位于雷暴中层,合并过程中回波强度先减弱再增强。2)合并的结果是,上游回波减弱并入下游回波,为下游回波提供了丰富的水汽,产生的下沉出流与暖湿空气辐合,增强了下游回波的上升运动,促使下游回波持续发展并替代老回波(属喂养型合并)。合并促使低层小尺度涡旋强度增强、底高降低,出现中气旋或非相关切变。3)对流单体与单体合并中期,两者强度减弱,完全合并期则强度增强。低层涡旋尺度小、强度强,中气旋或非相关切变的垂直伸展厚度和最大切变值较大、底高低,产生的龙卷持续时间长、影响范围大、造成灾害重。4)弓形回波与对流单体合并过程中,单体一直处于发展阶段,弓形回波在完全合并期减弱。低层涡旋尺度大、强度弱。5)龙卷的强度与中气旋或非相关切变的底高、垂直伸展厚度及最大切变值有关。单体合并过程中,若中气旋(或非相关切变)的底高或最大切变的高度降低,或者最大切变值出现跃增,则可能出现龙卷。弓形回波顶点附近有对流单体合并,易出现龙卷。     

北京地区一次持续性雾霾天气分析

2015年11月27日至12月1日,北京地区出现了一次十分严重的雾、霾天气过程。综合分析此次雾、霾天气过程的天气形势、加密自动站、探空、风廓线雷达以及连续观测的PM2.5资料,结果表明:本次雾、霾过程,能见度的恶化与天气形势、PM2.5持续性波动增长、相对湿度增加、逆温出现频率高、近地层风速小及近地面偏南风输送有密切关系:(1)此次雾、霾过程期间,华北地区较长时间被地面高压后部的弱气压场和低压辐合区控制,地面风速和近地层风速较小,北京大部分地区处于弱的偏南风或偏东风控制中,很不利于污染物的水平扩散;(2)地面增湿趋势明显,低层偏南和偏东气流将水汽和上游污染物向北京地区输送,加之29日气温明显回升,导致地面积雪融化,近地面相对湿度增加,有时接近饱和;(3)边界层逆温一直存在,很不利于污染物的垂直扩散。     

金沙江下游及三峡段水文气象因子演变与响应的分析

对金沙江下游及三峡段3个水文站1954~2008年径流序列和2个气象站1951~2008年降雨、气温序列运用滑动平均法和Mann-Kendall法进行趋势性检验,利用有序聚类法、均值检验法分析突变性及小波分析法进行周期性诊断,并应用Pearson法对径流、降雨和气温的相关关系进行研究。研究表明:(1)研究区径流量的年内分配不均匀性和年际变化不显著。(2)金沙江下游段屏山站的径流量呈上升趋势,并在1997年发生突变,但该区域宜宾站的降雨量呈下降趋势并在1991年发生突变;三峡段寸滩站和宜昌站的径流量呈下降趋势,分别在1968年和2005年发生突变,同时该区域沙坪坝站的降雨量呈上升趋势并在1961年和1995年发生突变。(3)径流和降雨时间序列都存在小于10a的主周期以及20a以上的次周期。(4)各水文站夏季径流量受同期降雨量和同期气温的共同影响,而秋季径流量受前期气温的影响最大。     

环渤海典型海湾沉积物重金属环境特征与污染评价

对渤海典型海湾近年来沉积物重金属数据分析的结果表明,Hg,Cu,Cd质量浓度的平均值均超过中国海域的平均值,其中Hg和Cd超标,高值区主要分布在锦州湾、大连湾附近海域,南堡镇和曹妃甸以南海域以及东营、莱州沿岸海域。地累积指数法的评价结果显示,沉积物重金属Cd污染属于轻度污染,其余重金属未发生污染。渤海典型海湾生态危害风险最大的重金属元素为Cd,Hg次之,其余Pb,Cu,As,Cr,Zn这5种重金属均为低生态危害等级。辽东湾海域重金属生态危害风险的顺序为CdHgPbAsCuZnCr;渤海湾海域重金属生态危害风险的顺序为CdHgPbCuAsCrZn;莱州湾重金属生态危害风险的顺序为CdHgPbAsCuCrZn。目前辽东湾沉积物重金属总潜在生态危害程度相对严重,主要分布在长兴岛、秦皇岛至锦州湾沿岸;莱州湾重金属生态危害程度一般,潍坊沿岸部分地区总潜在生态危害程度相对较高;渤海湾重金属污染生态危害程度相对较轻。