定量降水预报技术进展

对21世纪以来定量降水预报技术流程中的数值模式预报、统计后处理、检验评估和预报员作用4个方面的研究工作进行了归纳,主要进展包括:业务全球模式对于降水的预报能力持续提升,而发展高分辨率模式 (尤其是对流尺度模式) 和集合预报是提高定量降水预报精准化水平的主要途径,且将两者相结合以促进短期降水预报是发展趋势;统计后处理技术已发展到应用数据挖掘方法对海量预报数据中有效信息进行提取和集成,而再预报资料的出现将进一步促进统计后处理技术的发展;为解决评估精细化定量降水预报面临的新问题,多种新的检验技术得到发展和应用,如极端降水检验评分、空间检验技术及概率检验方法等;预报员在模式和后处理方法上能够提供的附加值越来越有限,但在预报流程中仍将处于核心地位,其角色将逐渐向帮助用户进行决策方向转变。文章指出,定量降水预报技术的发展所面临的挑战包括大气水汽观测及同化技术改进、暖区和复杂地形下暴雨预报等科学问题的解决。     

Impact of urbanization on boundary layer structure in Beijing

The Beijing meteorological tower is located in an area of Beijing, China, which has developed from a suburban to an inner city setting over the past 30 years. The impacts of this urbanization process on both the vertical profile and diurnal cycles of air temperature are investigated using hourly data collected from a series of monitoring levels (up to 325 m high) on the Beijing meteorological tower since 1984. We find that the inter-decadal temperature has increased gradually, and that a more significant increase occurred during the 1980s and 1990s due to the effects of urbanization. A well-defined change in temperature stratification was also observed over this period. The height of the temperature inversion layer decreased from the 1980s to the 2000s. A well-defined nighttime temperature inversion developed below 50 m during the summer in the 1980s, but this near-surface inversion is not seen in data from the 1990s and 2000s. This change can be related to an increase in turbulent mixing caused by urban roughness and surface heat storage that disturbs the near-surface temperature inversion layer. In addition, the diurnal change in temperature in the city in summer shows a maximum increase from sunrise to the early afternoon, which is mainly caused by the nature variability and global warming in both the summer and winter. The urbanization mainly contributes to the temperature increase in the afternoon and nighttime. Moreover the urbanization dominates the increase in daily mean near-surface temperature.     

郑州市城市气候特征分析

利用郑州城市生态站与郑州国家基准气候站2004-2007年的温、湿气象要素资料,分析了郑州城市干、热岛强度的季节变化及日变化。结果发现：郑州城市热岛强度秋季大于春季,日变化则具有夜间强、白昼弱的特点;干岛强度同样是秋季大于春季,日变化特点也为夜间强,白天弱。     

华南桉树人工林芒萁层片的生态筛效应

芒萁是华南退化坡地上最具代表性的先锋种、优势种和关键种,能够快速形成密集的单优种层片结构。与传统阻碍更新的观点不同,野外观察发现芒萁层片内仍有少数物种能够成功定居,被认为具有生态筛效应。文章通过设置4种芒萁层片处理（芒萁层片完全剔除-UR;仅保留地上层-AF;仅保留根毯层-AR;芒萁层片全部保留-CK）,分别在不同处理下移植目标种幼苗并结合土壤性状,探究芒萁层片生态筛效应及其潜在机理。结果发现：1）桉林芒萁根毯层中土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、交换性钠、交换性钙、交换性镁和阳离子交换量均显著高于芒萁红壤层和裸地红壤;2）多数乔木种和草本种在芒萁根毯层保留时无法存活,仅荷木、桃金娘、梅叶冬青和野牡丹等目标种幼苗在保留芒萁根毯层处理（AR和CK）下能够存活与生长。这表明芒萁层片确实具有生态筛效应,且其关键在于根毯层的作用而并非土壤养分改善作用。理论上,芒萁层片（尤其是根毯层）与生态恢复的生物阈值突破密切相关,未来需要进一步解析芒萁根毯层的结构与功能。应用上,华南地区存在大量以芒萁为单优林下植物的人工林类型（如桉林等）,在进行结构优化与林分改造时需注意芒萁的生态筛效应。     

Multipath mitigation via component analysis methods for GPS dynamic deformation monitoring

Multipath is one of the main error sources in high-precision global positioning system (GPS) dynamic deformation monitoring, as it is difficult to be mitigated by differencing between observations. In addition, since a specific frequency threshold value between multipath and deformation signals may not exist, multipath is usually inseparable from the low-frequency vibration signal using conventional frequency-domain filter methods. However, the multipath repeats in two sidereal days when the surroundings of a GPS antenna remain unchanged. This characteristic can be exploited to model and thus mitigate multipath effectively in dynamic deformation monitoring. Unfortunately, a major issue is that the degree of repeatability decreases as the interval between first day and subsequent days increases. To overcome this problem, we develop a new sidereal filtering referred to as reference EMD-ICA (EMD-ICA-R), where empirical mode decomposition (EMD) and independent component analysis (ICA) are jointly used to model multipath and renew the reference multipath. For the successful implementation of the EMD-ICA-R, an a priori denoised multipath signal is needed as a reference. We further propose to use the principal component analysis (PCA) method to extract more accurate reference multipath signal and form a combined PCA-EMD-ICA-R approach. Simulation experiments with a motion simulation platform were conducted, and the testing results indicate that the proposed methods can mitigate the multipath by around 67 % when a reliable reference multipath signal is extracted from a static situation. Furthermore, simulation experiments with different deformation signals added into the coordinate time series of three consecutive days show that the two proposed methods are also effective in a dynamic situation. Since wavelet filtering is used to denoise the reference multipath signals in the new approaches, simulation experiments with several wavelet filters are tested, and the results indicate that the PCA-EMD-ICA-R approach can work well with various wavelet filters.     

近46年辽宁省降水集中程度研究

利用辽宁省25个台站1960—2005年逐候的降水资料,运用降水集中度和集中期分别讨论了辽宁省降水时空分布特征和变化规律,同时对多水年和少水年的集中度进行了比较。结果表明降水集中度和集中期能够定量地表征降水量在时空场上的非均一性,降水集中度平均为0．655,最大为0．749,最小为0．509;集中期平均为40．953候,最大值为45．221候,最小值为37．697候。年降水集中度和汛期降水集中度均呈减小趋势,汛期降水集中度减小的趋势明显。降水集中度的EOF分析显示取前3个特征值对应的特征向量可解释70％以上的方差。第一特征向量表现为全省一致性,而第二特征向量表征为东南与西北地区的反相,第三特征向量表征为东部山区与西部和沿海地区的反相。多水年的降水集中度明显比少水年的偏大且多水年的降水集中度分布较少水年复杂。     

2017年西藏米林6.9级地震前的热红外异常分析

以小波变换和功率谱估计为研究方法,使用中国静止气象卫星热红外亮温数据,研究了2017年11月18日西藏米林MS6.9地震前的热辐射情况。结果发现震前4个月出现热红外异常,其后续演化方向与相关区域的断裂走向非常一致。在8月10日左右异常面积达最大,相对功率谱大于6倍的面积约为20万km^2,9月20日左右消失。分析相同频率2016年同期数据,结果显示在震中周围并未出现显著异常。时序曲线分析表明在8月12日相对功率谱达到峰值,为平均值的20倍,98天后米林地震发生;从7月4日到9月7日,地震当年相对功率谱偏离背景值和标准差,持续时间为65天。西藏地区的强震热红外异常表现出与地热资源分布较为一致的特征及特征周期相对较长的特点,为判定西藏地区的震情积累了一些经验。     

郑州市冬季采暖期气候变化特征及节能潜力分析

利用郑州市1951—2007年日平均气温资料,按照国家采暖规范从气候角度上确定了符合郑州特点的采暖初终日,较规定的初、终日（11月15日至次年3月15日）有明显推迟和提前的趋势,并分析了采暖期长度及采暖期的气候变化特征,结果表明：进7．90年代特别是21世纪初采暖期明显缩短,平均较80年代缩短了14d左右。在此基础上研究了近57a来采暖期气候条件的变化,并通过构建采暖强度、采暖指数指标,讨论这种变化对能源消耗和环境保护的影响,从科学角度提出节能的可能性。     

三峡水库枯水期补水调度对洞庭湖越冬白鹤(Grus leucogeranus)摄食栖息地的影响

摄食栖息地面积是反映越冬水鸟生存空间的直接指标,三峡水库运行后洞庭湖枯水期水文节律出现新的变化,给越冬水鸟摄食栖息地造成的影响尚不明确.为定量描述三峡水库枯水期不同出库流量对洞庭湖越冬水鸟摄食栖息地的影响,以洞庭湖典型的珍稀越冬水鸟——白鹤(Grus leucogeranus)为指示性候鸟,以白鹤摄食对栖息地水深需求作为关键生态因子,建立白鹤摄食对水深需求的栖息地适宜度模型.构建涵盖长江干流、三口河系、洞庭湖及其四水尾闾河段的江湖一体化耦合水动力模型,实现栖息地水动力分布特征的精确模拟.在此基础上耦合栖息地适宜度模型和水动力模型,建立了面向白鹤摄食对三峡水库出库流量需求的物理栖息地模型,量化不同出库流量对应的白鹤摄食栖息地加权可利用面积,定量分析水库运行对白鹤摄食栖息地面积的影响.结果表明:1月中旬三峡水库不同出库流量下洞庭湖白鹤潜在摄食栖息地面积保持稳定并随出库流量的增加呈增大趋势,维持在101.40~121.84 km²之间,其中东洞庭湖摄食栖息地面积在7.49~9.86 km²之间,南洞庭湖(含横岭湖)摄食栖息地面积在47.37~60.34 km²之间,西洞庭湖摄食栖息地面积在46.54~51.64 km²之间.不同湖区摄食栖息地面积随着三峡水库出库流量的增加均呈增大的趋势,说明三峡水库枯水期补水调度对于维持栖息地面积具有重要作用.较三峡水库运行前相比,白鹤摄食栖息地面积最大增加20.44 km²,对应的增幅为20.16%.成果明晰了三峡水库运行对洞庭湖白鹤摄食栖息地面积的影响规律,可为通过三峡水库补水调度改善洞庭湖越冬水鸟摄食栖息地生境提供理论基础.     

夏季东太湖光合有效辐射衰减特征及其对沉水植物恢复的指示

水下光照分布是影响水生态系统的重要因素,研究光合有效辐射衰减特征对于沉水植物恢复具有一定的指导意义.根据沉水植物生物量资料,将东太湖划分为沉水植物茂盛区、沉水植物稀疏区和无植物区3种区域.基于2019年夏季原位水下光场资料,探讨了东太湖光衰减特性和光照衰减因子的空间差异以及不同区域内的主导衰减因子,分析了东太湖的稳态阶段和富营养化水平,并阐述了真光层深度与透明度的关系,以期为东太湖沉水植物恢复和保护提供相关资料.结果表明:东太湖不同区域光衰减特性差异显著,光合有效辐射衰减系数(k d(PAR))在0.73~11.80 m^-1之间变化,真光层深度范围为0.39~6.31 m.不同区域的无机悬浮物和有机悬浮物浓度存在显著性差异,稀疏区叶绿素a浓度显著高于茂盛区,而与无植物区没有显著差异,有色可溶性有机物(CDOM)吸收系数在3种区域无显著性差异.k d(PAR)与无机、有机悬浮物的线性拟合效果较好,而与叶绿素a、CDOM拟合较差.水体吸收和散射作用是茂盛区光衰减的主要原因,无植物区域主导衰减因子仅有无机悬浮物,稀疏区由叶绿素a和无机悬浮物共同主导,是生态修复需要重点关注的区域,有机悬浮物和CDOM对东太湖光照衰减没有太大影响.东太湖目前正处于从草型稳态向藻型稳态过渡的阶段,整个湖泊属于富营养水平,真光层深度大约为透明度的2.7倍.