关于发展气象科技产业若干问题的初步探讨

根据气象部门10多年来开展专业有偿服务的经验,针对目前发展气象科技服务产业中亟需解决的几个突出问题作初步探讨：一是对发展气象科技产业优势的认识。通过分析气象部门在发展科技服务产业中存在的4个方面优势,客观地为部门产业发展定位,扬长避短,明确发展目标;二是关于产业运行机制问题。发展部门产业就必须打破单一的业务体制,建立一个适应市场经济规律、适合于气象部门具体情况的产业运行机制;三是关于人才问题。分析了部门的人才结构状况,提出解决产业人才的办法;四是关于产业化服务体系问题。对产品开发和完善服务体系问题进行探讨。     

EFFECTS OF AEROSOLS ON AUTUMN PRECIPITATION OVER MID-EASTERN CHINA

Long-term observational data indicated a decreasing trend for the amount of autumn precipitation (i.e. 54.3 mm per decade) over Mid-Eastern China, especially after the 1980s (~ 5.6% per decade). To examine the cause of the decreasing trend, the mechanisms associated with the change of autumn precipitation were investigated from the perspective of water vapor transportation, atmospheric stability and cloud microphysics. Results show that the decrease of convective available potential energy (i.e. 12.81 J kg-1/ decade) and change of cloud microphysics, which were closely related to the increase of aerosol loading during the past twenty years, were the two primary factors responsible for the decrease of autumn precipitation. Our results showed that increased aerosol could enhance the atmospheric stability thus weaken the convection. Meanwhile, more aerosols also led to a significant decline of raindrop concentration and to a delay of raindrop formation because of smaller size of cloud droplets. Thus, increased aerosols produced by air pollution could be one of the major reasons for the decrease of autumn precipitation. Furthermore, we found that the aerosol effects on precipitation in autumn was more significant than in other seasons, partly due to relatively more stable synoptic systems in autumn. The impact of large-scale circulation dominant in autumn and the dynamic influence on precipitation was more important than the thermodynamic activity.     

江苏省能见度时空分布特征及其影响因子分析

为探明江苏省能见度的时空分布特征及其影响因子,采用传统的统计学方法和主成分分析(PCA),详细分析了2012年江苏省70个自动气象站和常规气象观测台站的能见度、气压、相对湿度、风速等气象要素观测数据以及遥感大气气溶胶光学厚度(AOD)等资料,揭示了江苏省能见度的时空分布特征,评估了AOD、气象要素、雾霾天气等对江苏省能见度的影响。研究结果表明:(1) 江苏省的能见度呈早晨低、下午高的变化特征;(2) 空间分布差异较大且存在季节差异。具体而言,其年平均呈现东高西低分布特征,春季南低北高,夏季反之,而秋、冬两季则为东高西低;(3) 灰霾是导致江苏省能见度降低的最主要天气现象,其次为轻雾,雾引起低能见度的频次相对较少;(4) 江苏省能见度与AOD、相对湿度呈显著的负相关,与风速呈明显的正相关;(5) 通过数理统计分析发现,天气条件和污染物对能见度有重要影响。      

西太平洋地区大气边界层内臭氧的季节变化及其影响因子分析

利用臭氧探空资料,分析了西太平洋地区香港(Hong Kong)、那霸(Naha)和札幌(Sapporo)三个站点2000~2010年期间大气边界层内臭氧(O₃)的季节分布和年变化趋势。结果表明,三个站点O₃的季节分布存在明显的差异。其中,那霸和香港大气边界层内O₃季节平均呈双峰值分布,其峰值分别出现在春季和秋季;而札幌站为单峰分布,峰值出现在春季。造成季节分布差异的主要原因包括人为污染源和自然因素如气象条件。另外,三个站点大气边界层内O₃均呈上升趋势。其中札幌、那霸上升最快,分别达0.80 ppb a-1和0.77 ppb a-1。(ppb表示10-9,下同)香港的年际增长较不明显,但秋季增长却非常明显,高达1.21 ppb a-1。结合GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) 和SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption Spectro Meter for Atmospheric Chartography)卫星反演的NO₂数据发现,过去10年中国京津唐和东北地区的对流层内NO₂柱总量增加极为迅速。这些O₃前体物通过远距离输送是导致札幌、那霸O₃浓度增加的主要原因之一。珠江三角洲人为污染源的增加及偏北气流的影响,是导致香港地区秋季O₃增加的主要原因。     

植被状态指数监测西北干旱的适用性分析

利用1982—2003年22年逐月GIMMS 8 km分辨率的NDVI数据和西北地区138个气象台站同期月降水数据,分析了植被状态指数(VCI)对西北地区历史干旱的监测能力。根据西北气候和植被类型的特点,选取雨养农业区、灌溉农业区和青藏高原高寒草原区为典型研究区域,研究了VCI对不同地区气象干旱的监测能力,并对VCI监测干旱的适应性进行分析。结果表明:VCI可以较好地反映西北大部分历史干旱的空间分布及其演变特征。对于不同的气候区域,VCI监测干旱的效果存在一定的差别。对于西北东部的雨养农业区,VCI能够较好地反映降水的盈亏对植被影响,是监测这一地区干旱的有效指标;在西北区西部的灌溉农业区,VCI基本不能反映这一地区降水的多寡,不能作为这些地区气象干旱监测的指标;VCI也不能反映青藏高原高寒草原区降水的亏缺,不能作为监测这些地区气象干旱的指标;在极涡干旱的戈壁、沙漠地区VCI会出现虚假的高值。     

基于贴体全交错网格的起伏地表正演模拟影响因素

贴体网格有限差分正演模拟算法不仅能够精确模拟任意起伏地形下的波场特征,且计算效率较高,是一种很有应用前景的处理西部复杂地表问题的方法;然而,目前求解波动方程时常用的同位网格和标准交错网格,在处理贴体网格起伏地表正演模拟时存在诸多问题。为此,将全交错网格引入到曲线坐标系下,避免了标准交错网格的插值误差和同位网格中奇偶失联引起的高频振荡现象,提高了模拟精度,减小了算法实现的复杂度。在自由边界条件实施时,采用牵引力镜像法计算速度分量,速度自由边界条件配合紧致交错差分格式更新应力分量,得到了较好的效果。随后,重点研究了贴体全交错网格正演模拟算法的影响因素,考虑了网格正交性、网格间距和网格拼接等的影响,并取得了如下认识：算法对网格的正交性没有过分要求;网格间距的突变会引起虚假反射的产生;不同类型的网格拼接对模拟结果不会造成明显的影响。     

江苏省新沂市小焦榴辉岩型金红石矿床的特征及成因初探

江苏小焦榴辉岩型金红石矿床是苏鲁超高压变质带中发现的品位最富、连续宽度最大的大型矿床,它与超高压变质榴辉岩密切相关。矿体主要赋存在含金红石的块状榴辉岩中,呈似层状、长条状和透镜状产出。地球化学特征表明榴辉岩的原岩为来自上地幔或壳幔过渡区的基性至超基性岩。金红石在矿石中主要呈包裹体、粒间充填、蚀变残余、热液充填4种赋存形式,分别代表了4个不同的形成及演化阶段。电子探针分析结果显示,在高压、超高压变质作用期间,富含Na的深部流体对金红石的成矿可能起了重要的作用。研究表明该矿床属典型的榴辉岩型金红石矿床,在成因上与超高压变质作用有关,类似于挪威的Engebfjellet、俄罗斯的Shubino矿床和意大利的PianPaludo矿床,而不同于中国已知的主要金红石矿床。此外,通过本次研究以及对普查和勘探资料的总结,提出了该类矿床的主要找矿标志。     

地磁平静期间磁层高能粒子非垂直地磁截止刚度研究

地磁截止刚度是定量衡量地球磁场对高能粒子屏蔽效应的参数,描述了高能粒子穿越磁层到达指定观测点的带电粒子刚度阈值.人们一直研究垂直方向上的截止刚度,但对作为方向函数的截止刚度,缺少详细研究.我们使用单粒子方法,倒向追踪粒子的运动状态,计算了近地空间不同投掷角度的高能粒子地磁截止刚度,研究发现：（1）天顶方向或者垂直方向的截止刚度通常不是最小地磁截止刚度;（2）最小地磁截止刚度对应的投掷角方向最大为沿着磁场方向,即0°方向;其次为天顶方向,也就是通常所说的垂直方向;然后为180°方向,即磁场的反方向;（3）全球范围截止刚度对应的投掷角分布符合两端上翘的正态分布形态,不考虑两端最大占比,其中心在90°附近;（4）通过地磁平静期间的数值模拟发现,使用垂直方向的截止刚度对比最小截止刚度将平均高估13.17%,最大可能高估70%;（5）不同经纬度高能粒子的截止刚度与投掷角不存在明显关系.我们的研究将对行星际高能粒子以及银河宇宙线进入磁层,尤其是高纬度地区磁层和行星际空间的高能粒子耦合机制具有重要意义.同时对极盖区辐射吸收、高能银河宇宙线造成的大气层化学过程以及极地空间背景等离子体的相关研究具有重要意义.

     

ZH-1卫星观测的VLF人工源信号特征分析与全波模拟

中国地震电磁监测试验卫星张衡一号（ZH-1）已于2018年2月2日成功发射,正在开展卫星数据在轨测试,并对卫星数据质量进行判定.本文对ZH-1卫星2018年5月至6月夜侧的VLF频段电场功率谱数据进行了分析.通过分析位于不同L值、具有不同发射频率的多个VLF人工源上空的卫星重访轨道观测数据,发现ZH-1卫星记录的人工源信号电场变化标准差与DEMETER卫星记录电场变化标准差几乎一致,说明ZH-1卫星观测数据具有较好的稳定性.通过重访轨道均值与全波模型计算结果对比,发现两者在数值上较为接近,在形态上较为一致,说明ZH-1卫星VLF频段电场功率谱数据具有一定的可靠性.此外,研究了VLF人工源上空及共轭区的电场分布特征和电波传播规律,并与DEMETER卫星的结果进行了对比,结果表明VLF人工源产生的电磁辐射穿透电离层后以导管或者非导管的哨声波模向共轭区传播,因为传播过程中的朗道阻尼,共轭区的电场能量比辐射源顶空更小.VLF人工源位于L < 1.5时,电磁波传播更容易发生非导管传播,VLF人工源信号导管传播模式在共轭区的电场响应相对于共轭点会发生一定程度北向偏移.

     

各向异性介质控制束偏移及海上数据应用实例

随着勘探区域逐渐从陆地过渡到海洋,勘探目标逐渐趋于复杂化,高精度成像方法已经成为海洋油气勘探的瓶颈技术。高斯束偏移是一种灵活且高效的深度域偏移方法,对实际资料成像具有较好的适应性。该文发展了一种适应于海洋观测系统的高精度高斯束偏移方法,首先将海上接收的共偏移距地震记录进行加窗局部倾斜叠加,通过数学变换将共炮域公式推广到共偏移距域,再从炮点和检波点分别进行射线追踪,最后采用数据驱动的方式进行成像。一方面,考虑到地下介质的各向异性,引入了各向异性射线追踪方程;另一方面,根据有效信号和干扰信号在τ-p域中的相干性差异,在高斯束偏移过程中对地震信号进行控制,降低偏移剖面中的随机噪声,提高同相轴的连续性,最终实现了一种VTI介质共偏移距域数据驱动控制束偏移理论方法。在实现算法的基础上,通过各向异性洼陷模型、修改的SEG/Hess VTI模型及海上实际资料成像试处理,结果表明:各向异性参数对共偏移距道集中的大偏移距信息成像质量改善明显;当地层各向异性不能忽略时,新方法能够更加准确地恢复地下的复杂构造;新方法能够在一定程度上提高低信噪比数据的偏移成像效果。