基于骨架的线状对流系统客观量化识别算法研究

本文将计算机图形学骨架概念应用到气象学领域,发展了回波图像预处理、骨架修剪处理以及长宽比量化处理技术,该方法能自动识别出雷达回波拼图中符合气象学标准的线状对流系统（quasi-linear convective systems,QLCSs）。首先结合2016年黄淮地区一次双QLCSs过程给出了基于骨架的QLCSs客观量化算法的具体技术流程,然后利用该方法对2016年6月安徽地区的QLCSs进行客观筛选,并进一步量化识别QLCSs的移动特征,结合灾害天气实况与主观识别进行对比评估,结果表明:结合气象学标准改造的骨架图像识别算法,较好保留了气象回波形状信息,在准确量化对流系统长短轴的基础上,实现QLCSs的有效识别。而获得的量化移动矢量等特征,一方面可应用于致灾QLCSs的分类研究,为开展长序列统计及致灾机理分析提供个例识别方法和量化特征,另一方面也为QLCSs的短临监测预警业务提供新的思路。     

2013年暖季试验概述

2013年,国家气象中心联合中国气象科学研究院、南京大学、中国科学院大气物理研究所开展暖季试验,探索业务单位与科研单位合作的新途径,以实现对业务相关研究的促进并加速有应用前景的技术向业务转化。本文介绍支持暖季试验的仿真业务环境、强天气联合会商及凝练的科学技术问题以及新技术应用测试转化结果。通过暖季试验,搭建起能对业务数据和被测试转化成果产品实时保障的仿真业务数据环境、完全仿业务定量降水预报和强对流天气预报的仿真业务分析预报交互平台以及能实时评估业务数值模式和测试模式产品的客观检验系统。定期联合会商为预报员和科学家提供了面对面的交流平台,使得科学家更加了解业务需求并通过分析研究解决部分会商中提出的科学技术问题。新技术应用测试转化试验表明： 高分辨率中尺度数值模式对提升强对流和暴雨天气的预报水平有积极意义,雷达风场反演技术、卫星天气应用平台对中尺度天气的快速分析有意义。而预报员与科技成果研发人员能否密切合作是影响科技成果业务转化的重要因素。     

中尺度天气的高空地面综合图分析

中尺度强天气的预报能力非常有限,一个重要原因是在业务预报中,缺乏对中尺度对流天气发生的环境场条件和发生发展特征进行及时有效的分析。本文介绍了国家气象中心正在试行的中尺度天气的天气图分析方法。中尺度天气的天气图分析主要利用探空资料和数值预报相关参量资料,分析中尺度对流天气发生发展的环境场条件,包括高空综合图分析和地面分析。在高空分析中重视风、温度、湿度、变温、变高的分析,并通过将不同等压面上最能反映水汽、抬升、不稳定和垂直风切变状况的特征系统和特征线绘制在一张图上形成综合图,以更直观的方式反映产生中尺度深厚对流系统发生发展潜势的高低空配置环境场条件。地面分析包括气压、风、温度、湿度、对流天气现象和各类边界线(锋)的分析。国家气象中心的强对流天气预报业务试验表明,中尺度天气的天气图分析已经成为强对流天气潜势预报的重要依据。     

基于闪电数据的雷暴识别、追踪与外推方法

该文提出了一种新的雷暴识别、追踪与外推方法。该方法基于地闪数据,利用密度极大值快速搜索聚类算法实现雷暴的识别,采用Kalman滤波算法实现雷暴的追踪与外推。应用该方法处理了2013年的全国地闪定位数据,同时利用多普勒天气雷达等数据对选取的个例进行评估。结果表明:该方法能有效识别雷暴并对其进行实时追踪,且能有效处理雷暴分裂与合并的情况;算法具有较好的0~60 min的临近外推预报能力,各项性能指标整体与TITAN (Thunderstorm Identification, Tracking, Analysis and Nowcasting) 算法接近,在30 min时效有更好的表现。该方法能够实时监测、预报全国雷暴发生发展状况,对于0~60 min临近预报具有一定参考价值。     

发生在中国大陆的台风变性加强过程分析

通过对登陆台风Winnie(1997)的演变过程分析，发现登陆后的台风经历三个阶段：衰减阶段、变性阶段、重新加强阶段。其变性过程类似于Sekioka等人提出的复合型，变性后逐渐演变为Shapiro—Keyser气旋模型。通过对物理量的诊断分析发现，对流层中高层冷空气的下沉入侵以及对流层低层的暖平流是热带气旋变性的原因。冷空气的入侵使具有暖心结构的热带气旋演变为斜压结构的温带气旋。变性后气旋得到了重新发展，低层维持的较明显暖平流以及与高空急流相对应的散度区和高空涡度平流是导致气旋重新发展的重要物理因子。     

沈阳市城市扩展与土地利用变化多情景模拟

利用基于遥感手段获取的沈阳市城市扩展与土地利用变化历史数据,对SLEUTH城市扩展模型进行校正,对未来(2005~2030年)不同管理情景下的城市扩展与土地利用变化过程进行模拟,并对其发展变化趋势和生态环境影响进行分析与比较。结果显示,在三种管理情景下,未来的沈阳市城市建设用地都将持续增加,大量的耕地资源被侵占;但不同管理情景下,城市景观格局和区域面临的景观生态风险却表现出明显差异。SLEUTH模型的模拟结果较好地反映了沈阳市不同土地利用政策、规划方案等对未来城市扩展和土地利用变化以及区域景观生态风险的潜在影响,同时也指出了当前城市增长管理政策中存在的不足之处。     

中国暖季短时强降水分布和日变化特征及其与中尺度对流系统日变化关系分析

短时强降水是强对流天气的一类.基于中国国家气象信息中心质量控制后的1991-2009年876个基本基准气象站整点逐时降水资料,通过不同时段的发生时次频率分析,给出了中国暖季(4-9月)不小于10、20、30、40、50 mm/h短时强降水的时空分布特征,并重点同利用静止气象卫星红外相当黑体亮度温度(T_BB)资料获得的中尺度对流系统(MCS)日变化特征进行了对比分析.结果表明,中国短时强降水时次频率地理分布同暴雨(≥50mm/d)分布都非常相似,但50mm/h以上的短时强降水时次频率非常低,地理分布差异显着.短时强降水发生频率最高的区域为华南,其次为云南南部、四川盆地、贵州南部、江西和长江下游等地.最大降水强度可超过180mm/h(海南);在短时强降水发生频率很低的区域,也有超过50mm/h的强降水.从月际变化来看,7月最为活跃,其次为8月.逐候变化显示,短时强降水具有显着的间歇性发展特征(跳跃性分布的特征),但总体上呈现缓慢增强、迅速减弱的特点;以7月第4候最为活跃.中国总体平均的短时强降水的频率和最大强度的日变化有3个峰值,主峰在午后(16-17时,北京时),次峰在午夜后(01-02时)和早晨(07-08时);中午前后(10-13时)最不活跃.中国短时强降水和中尺度对流系统的日变化特征基本一致,但午夜后时段二者存在较大差异.不同区域的短时强降水和中尺度对流系统日变化具有不同的活跃时段和传播特征,具有单峰型、双峰型、多峰型和持续活跃型等日变化类型,这不仅与较大尺度的天气系统环流相关,且与地势、海陆等地理分布密切相关.     

岩溶丘陵区的生态农业模式、建设途径与效益分析——以广西恭城县为例

为在岩溶丘陵区推广成功的生态农业示范研究和实施成果,本文在实地考察和典型调查的基础上对恭城县的生态农业模式、建设途径及效益进行了综合分析。从自然环境和社会经济等综合条件看,与广西其它岩溶丘陵区类似,恭城县也是不沿边、不沿海、不沿铁路和公路国道的“四不沿”山区县,在1981年被列为广西49个“老、少、边、山、穷”县之一。但通过生态农业建设,该县目前已经摆脱了贫困状况,创出了“恭城模式” ,走上了可持续发展道路。其生态农业的建设充分发挥了自然和社会资源优势,并将发展农村经济与生态环境综合整治相结合,取得了显著的生态、经济和社会效益。      

利用三维重建模型的机载InSAR区域网平差方法

在机载合成孔径雷达干涉测量（synthetic aperture radar interferometry,InSAR）中,为了获取高精度的数字高程模型（digital elevation model,DEM）,研究了机载InSAR视向量正交分解法及三维重建数学模型,分析了中国的机载CASMSAR（synthetic aperture radar system of Chinese Academy of Surveying and Mapping）干涉系统误差来源及观测参数,建立了机载InSAR区域网平差模型。利用国产机载CASMSAR系统获取的X波段干涉数据进行试验,利用高精度的控制点数据进行平差解算,结果表明本文方法能够消除干涉模型间平面和高程差异,DEM成果满足1:1万山地测图精度要求,验证了该模型的正确性和有效性。