基于MICAPS4的智能网格预报平台设计与实现

随着我国智能网格预报业务的开展,海量高分辨率客观数据需要便捷的分析显示及产品制作平台高效处理。该文基于MICAPS4（Meteorological Information Comprehensive Analysis and Processing System Version 4.0,人机交互气象信息处理和天气预报制作系统）设计并实现智能网格预报平台,采用MVVM（模型-视图-视图模型,model-view-viewmodel）设计模式,实现业务逻辑与视图的分离,通过对各子功能模块的划分,降低模块之间的耦合度,具有良好的可扩展性。平台实现了高分辨率网格预报数据的显示分析和产品输出,开发了基于等值线、网格、关键点等智能化预报制作工具,集成了降水时间拆分、温度极值订正等客观预报方法,开发了降水、温度、相对湿度等要素一致性处理方法,可有效帮助预报员提高工作效率,同时能够确保产品之间的一致性。平台继承MICAPS4的微内核组件服务、高性能渲染引擎和开放式插件扩展管理等优良特性,实现面向智能网格预报的业务编排、智能编辑和算法集成。目前,该平台已经实现业务应用,为全国智能网格预报业务提供重要支撑。     

雷暴大风过程中对流层中低层动量通量和动能通量输送特征研究

2014年5月31日北京发生一次雷暴大风过程。以雷达资料同化结果为初始场,对此次过程进行高分辨率数值模拟。采用非静力平衡和非地转平衡的经向动量方程和质量权重动能方程,利用模拟资料,对雷暴大风过程中经向动量和质量权重动能进行收支分析,以此来研究雷暴过程中对流层中低层动量通量和动能通量输送特征,讨论地面大风的可能成因。分析结果表明,在对流层中低层,经向动量通量散度是影响经向动量局地变化的主要强迫项。雷暴系统后部的入流把中低层的经向动量倾斜向下输送,系统前部对流云区中低层的下沉气流也向下输送经向动量。这两支下传动量通量先后与近地面经向动量的水平通量汇合,向系统前沿输送经向动量。在北京西北部地形阻挡作用下,经向动量通量在系统前端近地面辐合,促进那里的经向动量局地增长,有利于增强那里的南风。质量动能收支的特征与经向动量收支类似,在近地面层质量动能的局地变化主要是由质量动能通量散度引起的。系统后部入流把中层质量动能向下传输到近地面层,然后与近地面质量动能的水平通量汇合,向系统前沿输送质量动能。相对来说,近地面层经向动量和质量动能的水平通量比下传通量更重要,这主要与低层较强的东南急流有关。     

公路路面热效应对环境气温的影响分析

为定量研究公路对气温观测的影响,本文使用2014年1—5月在陕西省开展的两组公路观测试验的逐分钟温度、风向、风速等气象资料,对比分析了合阳县国道和渭蒲高速公路在不同季节、不同天空状况以及不同背景风速条件下对周围环境气温观测的影响程度和影响距离。试验结果表明:公路对周围的环境温度有一定的增温影响,合阳国道对环境温度的增温影响至75m,增温效应达0.25~0.4℃。高速公路的增温影响至125m,增温效应达0.2~0.4℃。冬季,两条公路白天增温效应较夜间明显,春季,高速公路夜间增温更明显。晴天、多云天气比阴天、降雨天气增温程度大。公路对气温的增温影响存在风速阈值,当风速小于对应阈值时,增温效应明显。公路上来往车流量对气温有一定的叠加增温影响,合阳国道白天车流量150~350辆,叠加增温效应0.05~0.1℃,蒲渭高速白天车流量2000~3500辆,叠加增温效应0.16℃。     

全球1.5℃和2.0℃升温对中国小麦产量的影响研究

采用部门间影响模式比较计划（ISI-MIP）的气候模式,确定全球升温1.5℃和2.0℃出现的时间,并结合农业技术转移决策支持系统（DSSAT）模型模拟小麦的产量,最终选取4套数据对比研究中国小麦区温度和降水变化特征以及各区域小麦产量变化趋势,综合评价了不同升温情景对中国小麦产量的影响。结果表明：(1)在全球升温1.5℃和2.0℃背景下,我国小麦生育期内温度相对于工业革命前分别升高1.17℃和1.81℃。两种升温情景下我国春麦区升温幅度大于冬麦区升温幅度。春麦区中新疆春麦区升温幅度最大,西北春麦区升温幅度最小;冬麦区中温度变化最大和最小的麦区分别为西南冬麦区和黄淮冬麦区。(2)在全球升温1.5℃和2.0℃情景下,我国小麦生育期内降水相对于历史时段(1986—2005年)分别增加9.1%和11.3%。从各麦区来看,两种升温情景下春麦区降水增加幅度略大于冬麦区的增加幅度。所有麦区中只有新疆春麦区降水低于历史时段降水。春麦区降水增加幅度最大的麦区为北部春麦区。冬麦区中降水增加较大的麦区为北部冬麦区和黄淮冬麦区,降水增加较小的麦区为华南冬麦区和西南冬麦区。(3)两种升温情景下,我国小麦单产相对于历史时段(1986—2005年)平均减产分别为5.2%和4.6%,两种升温情景对中国小麦产量并没有显著的差异。在全球升温大背景下我国春小麦主要呈现增产趋势,冬小麦主要呈现减产趋势。减产幅度较大的麦区为华南冬麦区和青藏春麦区,增产幅度最大的麦区为西北春麦区。从各麦区产量减产面积比例上看,我国各麦区减产面积所占比例趋势为从北向南由多变少再变多,其中华南冬麦区减产面积所占比例最大,北部冬麦区最小。     

Field determination for roughness length above the different non-erodible surfaces

Non-erodible elements, for its disturbance to the near-surface airflow, have been widely used in arid and semi-arid regions to protect the surface from wind erosion. Roughness length was usually used to evaluate the protection effect of non-erodible elements from wind erosion. In this study, the wind profiles above five types of non-erodible surfaces including gravel, wheat straw checkerboard barriers, cotton stem checkerboard barriers, shrubs, and herbs were measured and analyzed. The wind velocities above these surfaces increased with height approximately in logarithmic functions. The roughness length of different non-erodible surfaces was calculated by the functions of wind profiles. The results reveal that:(1) Roughness length increased with wind velocity in given wind velocity ranges. (2) On vegetative surfaces, wind did not effectively bend the stems. The threshold wind velocity for bending the stems of Achnatherum splendens was 4 m/s, 10 m/s for Agropyron cristatum, and for Artemisia ordosica, no obvious bending of stems even for wind velocity reaching 12 m/s. (3) Correlation analysis results show that the vegetation''s coverage and frontal area affect the roughness length more significantly than the other parameters. (4) The protective results of these non-erodible elements were evaluated. The checkerboard sand barriers made of cotton stem could provide more effective protection than that made of wheat straw. In the same coverage conditions, vegetation could provide more effective protection from wind erosion than gravel, and the blending of different non-erodible elements especially the combination of blending of vegeation and checkerboard sand barriers could provide more effective protection to the surface.     

Validating the dynamic downscaling ability of WRF for East Asian summer climate

This work aims, as a first step, to analyze rainfall variability in Northern Algeria, in particular extreme events, during the period from 1940 to 2010. Analysis of annual rainfall shows that stations in the northwest record a significant decrease in rainfall since the 1970s. Frequencies of rainy days for each percentile (5th, 10th, 25th, 50th, 75th, 90th, 95th, and 99th) and each rainfall interval class (1–5, 5–10, 10–20, 20–50, and ≥50 mm) do not show a significant change in the evolution of daily rainfall. The Tenes station is the only one to show a significant decrease in the frequency of rainy days up to the 75th percentile and for the 10–20-mm interval class. There is no significant change in the temporal evolution of extreme events in the 90th, 95th, and 99th percentiles. The relationships between rainfall variability and general atmospheric circulation indices for interannual and extreme event variability are moderately influenced by the El Niño-Southern Oscillation and Mediterranean Oscillation. Significant correlations are observed between the Southern Oscillation Index and annual rainfall in the northwestern part of the study area, which is likely linked with the decrease in rainfall in this region. Seasonal rainfall in Northern Algeria is affected by the Mediterranean Oscillation and North Atlantic Oscillation in the west. The ENSEMBLES regional climate models (RCMs) are assessed using the bias method to test their ability to reproduce rainfall variability at different time scales. The Centre National de Recherches Météorologiques (CNRM), Czech Hydrometeorological Institute (CHMI), Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ), and Forschungszentrum Geesthacht (GKSS) models yield the least biased results.     

西南山地滑坡灾害生态风险评价——以大理白族自治州为例

本文以云南省大理白族自治州为例,综合考量生态风险源、受体、暴露响应过程及生态终点,采用信息量模型评估滑坡灾害危险性,基于景观格局指数表征生态脆弱性,并将生态系统服务纳入风险损失的定量表征,定量评估流域滑坡灾害生态风险。结果表明：① 低于1800 m高程、15°~25°坡度、小于0.31植被覆盖指数等10方面因素构成了诱发大理州滑坡灾害的最佳信息量组合,全州普遍处于滑坡灾害危险性中高水平,且西北低、东南高;② 生态脆弱性高值区主要集中在红河流域南部、金沙江流域东南部、澜沧江流域中部;③ 低生态损失流域的水源涵养、粮食供给服务相对较差,生态损失中等流域的净初级生产、土壤保持服务优势明显,高生态损失流域则具有较强的粮食供给和水源涵养服务;④ 基于高中低3种生态风险等级和“高危险—低脆弱—低损失”等8种风险结构,全州367个小流域可划分出避让监测预警区、生态保护恢复区、避让保护兼顾区、自然适应调控区等4种风险防范类型区。     

以节点操作实现多边形求交的算法

根据多边形之间的交点状态确定与交点相关的节点信息,以节点操作为核心求解两多边形之间的交集。在此基础上,考虑重叠边、边边相交于边节点等情形,通过遍历交点来完成交集多边形边界的构建,从而提出一种多边形求交运算的改进算法。该算法结构简单,具有较快的计算速度和较高的效率,适合于地理信息系统中的空间叠置分析、缓冲区分析应用,对于地图制图中区域要素的截取操作也具有重要的参考价值。     

基于多源数据的夜间经济时空分布格局研究方法

夜间经济是一个城市经济发展和消费水平的重要表征。目前国内外研究者对夜间经济的研究多停留在理论层面,或基于市场调研和问卷调查的小范围精细化研究。本文融合多源数据为夜间经济提供了新的视角,相较于传统的调查数据,具有更加快速、高效、广泛的特点,适合于夜间经济大范围研究。本文基于夜间灯光、POI、OD流等多源数据,采用DBSCAN、K-Means++等空间聚类算法和研究供需关系的盈亏法,分别从消费者角度和商户角度识别厦门市夜间活动热点区域和夜间服务设施分布区域,分析厦门市夜间经济时空分布格局及相关性。研究表明:① 厦门市夜间活动在空间上呈多环状分布并向四周递减,夜间活动热点区域分布受假期的影响因地而异;② 厦门市部分区域已有服务设施未能很好地服务于夜间经济,现有的照明、夜景等夜间灯光基础设施存在供给不足之处;③ 居住人口密度与夜间活动密度呈中度正相关,研究结果具有有效性,夜间服务设施盈亏值及数量、夜间灯光与夜间活动密度呈中、弱度相关,并且餐饮设施更加依赖于夜间灯光。最后,为厦门市未来夜间经济建设提出了根据不同的消费人群和心理提供不同的夜间服务、加强夜间灯光基础设施建设以及市场扶持的举措。研究结论对促进社会就业、增强基础设施使用率有积极意义,同时也能够为城市夜间经济发展和政策制定提供参考。     

极地地区北斗三号单点定位精度分析

为分析BDS-3在极地地区的定位精度,选取两极地区10个MGEX站连续7 d的观测数据进行SPP和PPP实验。结果表明,BDS-3在两极地区可见卫星数及PDOP基本一致,平均可见卫星数约为9颗,PDOP约为2.3。BDS-3各频点间定位精度相差不大,南极地区SPP定位精度略优于北极,特别是U方向。北极地区E、N、U方向定位精度分别优于1 m、1 m和5 m,南极地区E、N、U方向定位精度分别优于1 m、1 m和2 m。BDS-3在两极地区PPP定位精度相当,与GPS定位精度基本一致,各频点组合定位精度在E、N、U方向均优于2 cm。