一次突发性暴雨的机理分析及短期预报思考

2015年9月4日白天,天津出现突发性暴雨过程,利用多种观测资料对此次过程进行分析,结果表明:偏南气流与高压底部东北风相遇,在蓟州山区以南形成辐合,触发雷暴发展;雷暴形成后,回波形成"后向传播"机制,配合中低空的南风脉动,在天津北部形成南北向的"列车效应",导致北部强降水的发生;上游的高空槽降水在近地面形成冷池,其向东辐散气流与偏东风相遇,在降水区下游触发新的雷暴,使得雨带快速东移,且当辐散气流与偏东风相遇后,出现小尺度辐合性气旋式环流,导致下游强降水增幅;当高空槽降水云团主体移过城区后,在γ中尺度辐合流场作用下,触发小尺度对流云团的生成和发展,影响天津城区再次出现强降水。在短期预报过程中,预报员在大尺度模式环境场分析的基础上,对于中尺度模式仅参考了其降水预报,而忽略了对中尺度环境场的分析,分析表明,虽然中尺度模式对此次过程的降水时段预报存在偏差,但其中尺度环境场预报,可以为此次暴雨过程在短期时效内(24h)的预报订正提供参考。     

湖北三种地形下AQI特征及其与气象因子的关系

基于2015—2016年湖北省环境监测数据和气象资料,分析了3种地形下空气质量指数(AQI)特征及其与气象因子的关系。结果表明:湖北省年空气质量指数时空分布特征为山区低平原高,冬季高夏季低,日高峰值襄阳出现在中午,武汉和宜昌出现在23:00—24:00;与空气质量指数关系较显著的气象因子包括相对湿度、变温、变压、风、降水等,其中降水对污染物的沉降作用跟空气质量等级有关,污染程度越重,需要清洁空气的雨量越大,轻度以上污染时,需要中雨及以上降水才会产生有效清洁,当降水为微量(1mm以下)时,AQI反而会增长;受不同地形影响,不同城市污染天气输入路径不同,襄阳为北风、武汉西北风、宜昌多弱东风扰动,且襄阳大风速出现的频数较高,而宜昌以小风为主。     

一种2 m温度误差订正方法在复杂地形区数值预报中的应用

利用模式三维预报变量,结合地面要素预报产品,采用2 m温度三维插值方法进行地形订正,以确保预报与观测三维空间上的一致性,在地形订正基础上,利用历史月均预报误差作为参考误差,剔除模式系统性误差,获取具备日变化特征的预报产品。基于陕西地区复杂地形条件下的典型观测站点,利用2016年8月28日48 h预报个例进行对比分析发现,三维插值方法有效改善了地形差异引起的评估误导问题,但无法改进模式预报的日变化趋势,进一步采用系统性误差订正后,日变化特征明显改善,特别是前24 h预报效果体现出与实况良好的一致性及更佳的预报技巧。通过2016年夏季统计评估表明,误差订正后的2 m温度预报产品有效改善了周期性误差振荡,均方根误差稳定在2 K左右,显示出明显的改进优势。     

北京市房山区大气污染物时空分布特征及气象影响因素分析

利用北京市房山区良乡镇和琉璃河镇内的区域自动气象站和环境监测站观测数据,对2013年至2015年PM_(2. 5)、PM_(10)、NO_2、SO_2、CO 5种大气污染物浓度变化特征进行了统计分析。结果显示,近3年来,两个镇综合污染物指数呈现逐年下降趋势,各污染物对房山区整体大气污染的贡献率从大至小依次为PM_(2. 5)、PM_(10)、SO_2、NO_2、CO,PM_(2. 5)已取代传统大气污染物SO_2成为房山区的主要大气污染贡献体。两个站点各污染物浓度均表现出明显的季节、月、日变化特征。在不同季节条件下,局地气象要素与污染天气发生概率之间有着很好的相关关系。因此,可根据气象要素分级方法找出各季节污染天气发生时最敏感的气象因素,为局地污染天气预报提供参考指标,也为防范空气污染、制定科学的综合管理措施提供科学参考。     

Comparison of Different Generation Mechanisms of Free Convection between Two Stations on the Tibetan Plateau

Based on high-quality data from eddy covariance measurements at the Qomolangma Monitoring and Research Station for Atmosphere and Environment(QOMS) and the Southeast Tibet Monitoring and Research Station for Environment(SETS),near-ground free convection conditions(FCCs) and their characteristics are investigated. At QOMS, strong thermal effects accompanied by lower wind speeds can easily trigger the occurrence of FCCs. The change of circulation from prevailing katabatic glacier winds to prevailing upslope winds and the oscillation of upslope winds due to cloud cover are the two main causes of decreases in wind speed at QOMS. The analysis of results from SETS shows that the most important trigger mechanism of FCCs is strong solar heating. Turbulence structural analysis using wavelet transform indicates that lowerfrequency turbulence near the ground emerges from the detected FCCs both at QOMS and at SETS. It should be noted that the heterogeneous underlying surface at SETS creates large-scale turbulence during periods without the occurrence of FCCs. Regarding datasets of all seasons, the distribution of FCCs presents different characteristics during monsoonal and non-monsoonal periods.     

A formal framework for the representation of stack-based terrains

This paper presents a formal framework for the representation of three-dimensional geospatial data and the definition of common geographic information system (GIS) spatial operations. We use the compact stack-based representation of terrains (SBRT) in order to model geological volumetric data, both at the surface and subsurface levels, thus preventing the large storage requirements of regular voxel models. The main contribution of this paper is fitting the SBRT into the geo-atom theory in a seamless way, providing it with a sound formal geographic foundation. In addition we have defined a set of common spatial operations on this representation using the tools provided by map algebra. More complex geoprocessing operations or geophysical simulations using the SBRT as representation can be implemented as a composition of these fundamental operations. Finally a data model and an implementation extending the coverage concept provided by the Geography Markup Language standard are suggested. Geoscientists and GIS professionals can take advantage of this model to exchange and reuse geoinformation within a well-specified framework.     

2020年夏季鄂西南一次极端暴雨过程成因分析

2020年7月26日鄂西南出现了一次极端暴雨过程,建始县城区及附近乡镇在10 h内雨量超过250 mm,导致罕见山洪灾害。利用常规资料,结合地面加密自动站、多普勒天气雷达以及高分辨率EC再分析资料,分析该过程天气形势背景、中尺度环境,以及暴雨中尺度对流系统发生发展过程及其机理,揭示极端暴雨成因。结果表明：（1）中高纬度维持两槽一脊,低纬度副热带高压稳定且位置适中,是鄂西南强降水较长时间维持的有利条件;（2）冷空气侵入四川盆地导致西南涡发展,涡前西南暖湿气流加强,加上鄂西南地形辐合抬升作用,形成深厚正涡度柱和强烈垂直上升运动,是导致极端暴雨产生的重要原因;（3）建始县附近先后经历了后向传播型（BB-QS）及涡旋型（VS）两个中尺度对流系统的影响,而“倒喇叭口”地形导致雷暴冷池逆流并与环境风形成稳定的中尺度辐合上升运动,是极端暴雨中尺度对流系统形成的关键因素。     

基于多尺度相关性分析的InSAR对流层延迟误差改正算法

针对合成孔径雷达干涉技术中对流层延迟误差会影响DEM精度的问题,提出采用小波多尺度相关性分析方法来减弱与高程相关的对流层延迟误差的影响,来提高合成孔径雷达干涉DEM的估计精度。该方法基于小波多分辨率分析理论,根据差分干涉相位不同组成的频率特性,利用小波分解重构均方根误差变化率确定分解层数,降低地形残差相位、噪声相位等对大气延迟误差相位估计的干扰,提取对流层延迟误差相位所在频带;然后结合对流层延迟误差相位和雷达坐标系下的DEM在不同尺度上的相关性定权并进行降权处理,重构解缠差分干涉图,改正差分干涉相位中与高程相关的对流层延迟的影响。采用本文方法对覆盖河南义马地区的2景ENVISAT ASAR数据进行处理,得到对流层延迟误差改正后的差分干涉图,估计的与高程相关的对流层延迟相位,与地形变化情况吻合。将对流层延迟误差改正后的干涉图用于DEM高程估计,结果显示本文方法重建的DEM与Aster GDEM的标准差由30.7 m提高到26.37 m,提高了InSAR DEM估计精度。     

数字地形分析方法研究的维度——精准、高效、易用

数字地形分析基于数字高程模型计算各种地形信息,在诸多地理现象和地理过程的定量刻画和模拟中都发挥着不可或缺的重要作用。作为地理信息空间分析的一个基本组成内容、GIS的必备功能之一,数字地形分析的方法研究不断深化、扩展。本文从一个新的视角,即方法研究的维度,对该领域已有工作及发展趋势进行梳理,将数字地形分析方法研究工作归纳为依次显现出的3个研究维度：① 精准,即如何设计新的数字地形分析方法以更准确、精确地计算出符合地理学认知、满足应用领域问题求解所需的地形信息;② 高效,即如何使数字地形分析的计算更高效;③ 易用,即如何使数字地形分析对于应用者（尤其是相关应用领域中非数字地形分析专家的用户）更易用。特别是近年新显现出的“易用”研究维度,通过研究设计数字地形分析领域应用建模知识的形式化表达及相应的推理应用方法,有望实现数字地形分析应用工作流的智能化构建,满足实际应用中对数字地形分析的易用性需求;同时,其研究思路和方法也可为地理信息空间分析中诸多其他分支领域解决所面临的类似问题提供借鉴。     

基于DEM的黄土地貌逼近度因子构建及特征分析

沟谷源点作为沟沿线上最为活跃的部位,其分别到上游分水线、下游沟谷线的流线空间比对关系,是表征三线空间结构的重要突破口。它在空间上向流域分水线逼近的程度,是量化黄土流域地貌系统发育程度的重要切入点。为探究黄土地貌区流域沟谷源点向流域分水线逼近的程度,揭示黄土流域地貌发育进程及该进程所表现的主要侵蚀方式,本文从水平和垂直2个维度,构建量化三线空间结构关系的核心因子--逼近度(PI),其中包括水平逼近度(HPI)和垂直逼近度(VPI),基于5 m分辨率数字高程模型,在陕北黄土高原遴选了包含16种地貌类型的42个样区,利用数字地形分析方法,探讨其平均值(MHPI, MVPI)的空间分异规律。另外,选择其中南北序列分别代表黄土塬、残塬、梁状丘陵沟壑和峁状丘陵沟壑区的淳化、宜君、甘泉和绥德4个地区,完备包含一至五级别沟谷的典型流域为重点实验样区,探讨陕北黄土高原流域尺度平均逼近度变异指数(MPIV)序列性特征。实验结果表明:①陕北黄土高原平均逼近度(MPI)存在强烈的空间自相关,MHPI在南北序列上先增大后减小,东西方向上逐渐减小,在黄河沿岸峡谷丘陵区MHPI达到最大;MVPI由西南-东北先减小后增加,由西北-东南逐渐减小,在渭北黄土台塬区达到最小;②在流域尺度上,MPIV值的正负与黄土塬区、丘陵沟壑区敏感相关;③4个重点样区MHPI、MVPI与其它地形因子存在南北序列上的一致性。104个外部汇流区平均水平逼近度与平均坡度相关性较好(P=0.43, a<0.001),平均垂直逼近度与面积高程积分强烈相关(P=0.75, a<0.001)。平均逼近度指标综合考量了黄土高原地区最典型的三条具有结构控制意义特征线的空间关系,对黄土地貌的发育程度有明显的指示性意义。