地面气象观测业务调整后如何提高业务质量

2012年4月1日起,陕西省100个国家级地面气象站完成了地面气象观测业务调整,按照新的业务技术规定开始运行。调整后台站的观测任务、业务流程等发生了较大变化,同时,业务考核办法也相应进行了修订,工作重心转向数据质量控制。本文就业务调整后如何提高业务质量进行分析。     

GPS高程转换的严密平差算法

在GPS高程转换中,常采用GPS水准法、似大地水准面精化等方法。介绍一种利用EGM2008计算的高程异常差将GPS大地高差转换为正常高差,再按照间接平差法求得各转换点正常高平差值的方法。通过算例分析表明,该方法能够达到四等几何水准测量的精度。     

基于SWAT模型的汉江流域径流模拟

应用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型对汉江流域1971-2000年30年逐月径流进行了模拟.结果表明:模型模拟精度高于评价标准(模拟效率Ens>0.5,相关系数r 2>0.6),SWAT模型适用于汉江流域的径流模拟;水量平衡各要素中,30年月、年平均蒸散发量、地表径流量、土壤对地下水补给量、土壤含水变化量、地下水侧流量分别占降水量的55.97%、25.88%、17.64%、0.26%、0.25%,蒸散发是该流域水量的主要输出项;各月30年平均降水量变化趋势与地表径流量变化趋势较一致,而与基流量变化趋势一致性较差;30年流域降水量年变化趋势与地表径流量、基流量的变化趋势较一致;30年月、年地表径流量对降水的响应程度高于基流.     

一种单层城市冠层模式的建立及数值试验研究

本文在引进先进的城市地表能量平衡方案 (Town Energy Balance, 简称TEB) 的基础上建立了一个单层城市冠层模式, 并对南京市典型居民区1 km2范围内的局地尺度地表能量平衡各分量进行离线模拟, 将模拟结果与同期观测值作了比对, 发现: TEB方案对城市地表能量平衡各分量的模拟效果良好, 而该方案的模拟性能受建筑物表面材料反照率取值的影响较大。在离线研究的基础上, 本文又将TEB方案成功耦合到南京大学区域边界层模式 (NJU－RBLM) 中, 作为该模式的地表能量平衡参数化方案之一, 分别选取该边界层模式中原有的地表能量平衡参数化方案SVAT (Soil－Vegetation－Atmosphere－Transfer model) 和新引入的TEB方案对冬夏两季不同个例进行模拟, 以常规近地面气温观测资料和Landsat卫星观测的地表反照率资料对模拟结果进行比较, 结果表明: TEB方案对原大气边界层模式的模拟效果有明显改善, 对近地面热力场的改善效果尤为明显, 可以很好地模拟出城市冠层中的“陷阱效应”。     

南京过去100年极端日降水量模拟研究

在南京过去100年日降水资料的基础上,利用极值理论中的区组模型和阈值模型分析了极端日降水分布特征.首先通过广义极值(GEV)模型模拟了日降水的年极值序列(AMDR),用极大似然估计(MLE)方法计算了模型的参数,并借助轮廓似然函数估计出参数的精确误差区间,同时采用4种较直观的诊断图形对模型的合理性进行全面评估,结果表明Frechet是区组模型中最适合描述极端日降水分布特征的函数.其次,将日降水序列分3种情景构建极值分布的阈值模型(GPD),考察了观测数据的规模对应用该模型的限制,重点讨论了如何针对给定观测样本选择合适的阈值收集极值信息.分析结果认为,长度不小于50年的气候序列,采用24 mm的日降水量作为临界阈值均能进行GPD分析.该阈值处于年降水序列第91个百分位附近,即对目前长度为50年左右的日观测资料,第91个百分位点以上的数据基本能满足GPD研究的需要.另外,根据GEV和GPD对未来极端降水重现水平的推断情况,GPD预测值的置信区间要比GEV的窄,极值推断的不确定性相对也较小,更适合用于研究中国目前规模不大的气候资料.最后,对GPD模型的形状参数和尺度参数进行变换,分别引入描述线性变化的动态变量,分析降水序列中潜在的变异行为对极值理论应用的影响.这种变异包括降水序列中长期的均值变化及百分位变化,从模拟结果看,暂未发现资料变异行为对极值分析产生显著于扰.     

基于多指标综合指数的灾害性天气过程预评估方案

通过分析给出了一种基于多指标综合指数的灾害性天气过程预评估方案,提出预估应包含对灾害性天气过程本身程度预估和灾害影响预估两个部分。通过建立综合指数来描述灾害性天气过程本身的程度,利用历史和实时气象资料对综合指数进行计算,分别对灾害性天气过程进行历史分析和实时监测;通过列表法,对收集的历史和实时灾害影响资料进行解析,综合指数中组合要素的差异,可用于分析灾害的不同特征;最后利用历史统计情景、相似指数年份类比和中短期预报等三种方案,对灾害性天气进程和影响发展程度进行预估。并以湖北省2008年初持续低温雨雪冰冻过程为例进行具体说明,此次过程综合指数值位居历史第二位,约70年一遇,直接经济损失超过110亿元,是1951年以来冬季损失最大的一次气象灾害。     

LAPS分析场资料在暴雨中尺度分析中的应用

利用常规地面探测、高密度自动雨量站、高空探测资料,并且融合多普勒雷达拼图产品,LAPS可输出比较精细的分析场。针对2008年6月21～22日一次暴雨天气过程,基于LAPS不同时空分辨率的中尺度分析场,分析了雷达回波、风场、高度场以及物理量场,比较不同时空分辨率LAPS分析场之间的差异。结果表明:(1)此次强降水过程可划分为2个阶段。第一阶段雨量集中在沿淮地区,呈纬向带状分布;第二阶段集中在大别山地区,其雨强更大,是中尺度局地性降水。(2)大别山区的地形抬升对低涡增强或减弱的演变具有重要影响,是低涡增强、发展的触发机制。当低涡接近大别山区时,低涡明显加强;当低涡逐渐远离大别山区时,低涡则减弱。(3)第一阶段有风的切变线,第二阶段有风的辐合,说明风场的辐合和切变促进云和降水的发生、发展,因此它们是产生暴雨的触发条件。(4)高分辨率的LAPS结果对于风场和云的变化刻画地更为细致。雷达回波发生在风的切变线处,或者风场辐合处;大别山区暴雨过程中,在其西侧有闭合性的涡旋,低涡缓慢东移,回波位于涡旋东侧,强降水发生在低涡东侧。(5)K指数、沙氏指数、整层可降水量与这次大别山地区暴雨过程具有较好的对应关系,与暴雨落区基本相同。这些指数在暴雨落区预报与应用方面具有一定参考价值。     

两类强对流天气过程的模式模拟及其比较

基于雷达探测数据和地面天气现象,应用MM5模式对冰雹大风和龙卷两类强对流天气过程进行数值模拟,分析模式模拟回波和雷达实际回波,研究模拟的微物理和动力特征,探讨两类强对流天气微物理和动力特征差异之间的可能原因。结果表明:(1)在雷达回波的模拟方面,两类强对流天气过程的模拟效果较好,模拟的雷达回波具有一定的可靠性。(2)冰雹大风过程的微物理模拟说明,雪晶位于0℃层以上;与雨水情况相对应的回波带等值线较为密集;云水含量主要分布在0℃层以下,呈分散分布形态;雨水含量在0℃层上下皆有分布。由龙卷过程的微物理模拟可知,云水含量主要分布在0℃层以下,基本连片分布;雨水含量在0℃层以下有所分布,但主要分布在0℃层以上,且数值大,等值线密集;云冰含量也是呈现零星分布。(3)从动力特征的模拟来看,强对流天气过程对应于强的上升运动,但是较强的上升运动区域并不分布在回波带的固定位置。     

南京北郊冬季大气SO_2、NO_2和O_3的变化特征

利用差分吸收光谱仪DOAS(differential optical absorption spectroscopy),对2007年11月—2008年1月南京北郊大气SO2、NO2和O3进行了观测。结合Parsivel降水粒子谱仪和自动气象站的资料,对冬季大气污染气体的浓度变化规律及降水和风速风向对其的影响进行了分析。结果表明,南京北郊大气SO2浓度较高,呈明显双峰特征,分别在12时(北京时,下同)和00时达最大,受附近排放源的影响最大,东风及南风时比静风时SO2浓度更高。降水对SO2湿清除效果明显,清除系数平均为0.168 h-1。NO2气体呈明显单峰特征,在18时达最高值。南京北郊是NO2源区之一,主要受附近高速公路汽车尾气排放源的影响。静风时NO2浓度最高。O3浓度受NO2的影响较明显。O3日变化呈单峰特征,在15时达最大值,静风时O3浓度最低。降水对O3的间接影响较明显,在降水时,白天由于太阳辐射较弱,O3浓度降低;夜晚NO浓度较低,使得O3浓度升高。     

S波段多普勒天气雷达旁瓣回波的特征分析

通过对2002～2005年S波段多普勒天气雷达上旁瓣回波的分析,描述了其在基本反射率因子、径向速度、速度谱宽PPI图及反射率因子和径向速度垂直剖面图上的形态特征.在7次强对流事件的19个雹暴云中发现有6次强对流事件10个雹暴云共产生旁瓣回波110次(基于反射率因子仰角产品的统计).统计结果表明:形成旁瓣回波最小反射率因子强度为60 dBz,97.3%的旁瓣回波出现在反射率因子强度≥63 dBz时,旁瓣回波出现在50～100 km距离段内的机率最大;旁瓣回波出现的最大高度为11 km,最低高度是1 km,97.3%的旁瓣回波出现在1～9 km高度之间,69.1%的旁瓣回波出现在3～6 km高度之间,以4～5 km高度出现次数最多,然后向上、向下减少.据灾情调查报告分析,强降雹发生在旁瓣回波首次出现后的0～42 min内,表明旁瓣回波对强降雹具有一定的临近预警作用.