The Digital Belt and Road program in support of regional sustainability

The Belt and Road initiative has a significant focus on infrastructure, trade, and economic development across a vast region, and it also provides significant opportunities for sustainable development. The combined pressure of climate variability, intensified use of resources, and the fragility of ecosystems make it very challenging, however, to achieve future sustainability. To develop the path in a sustainable way, it is important to have a comprehensive understanding of these issues across nations and evaluate them in a scientific and well-informed approach. In this context, the Digital Belt and Road (DBAR) program was initiated as an international venture to share expertise, knowledge, technologies, and data to demonstrate the role of Earth observation science and technology and big Earth data applications to support large-scale development. In this paper, we identify pressing challenges, present the research priorities and foci of the DBAR program, and propose solutions where big Earth data can make significant contributions. This paper calls for further joint actions and collaboration to build a digital silk road in support of sustainable development at national, regional and global levels.     

THE TEMPORAL AND SPATIAL DISTRIBUTION OF SEA SURFACE WIND ALONG THE COAST OF GUANGDONG PROVINCE IN CHINA

Temporal and spatial distribution characteristics of sea surface wind in Guangdong''s coastal areas were analyzed with data from four offshore observational stations between 2012 and 2015. The results are shown as follows: (1) The probability distribution of wind speed was basically consistent with Gaussian distribution characteristics; winds of Beaufort force 6 or higher were observed mainly in far offshore stations from October to March. (2) The probability distribution of wind direction was represented well by Weibull distribution. The deviation of wind direction of far station was relatively small for it was mainly controlled by monsoon over the South China Sea, while the near offshore station had a relatively large diurnal variation because of the influence of local synoptic systems such as sea-land breeze. (3) There were significant seasonal differences in wind speed and direction observed by different offshore observational stations. In strong wind seasons, the deviation of wind direction was relatively small while the deviation of wind speed was relatively large, and vice versa. In contrast with Class I station, the other three stations exhibited approximately normal distribution of wind direction and wind speed deviations. (4) Wind direction diurnal variation was moderate in windy periods, while it was obvious in relatively lower speed conditions. The deviation of wind speed in windy periods was generally greater because it was influenced by mesoscale weather systems for 10-20 h, and the influence was complicated, resulting in greater local differences in wind speed.     

毫米波雷达云回波的自动分类技术研究

毫米波雷达在云探测方面比厘米波天气雷达和激光雷达具有显著优势,可获得更多的云粒子信息,是研究云特性的主要遥感探测设备。为了开展对毫米波雷达探测的云回波进行自动分类的研究,利用161次云回波的个例数据,统计得到了卷云、高层云、高积云、层云、层积云和积云6类云型的特征量和其他参量的数值范围,利用分级的多参数阈值判别方法,达到了自动分类的目标,通过与人工分类的初步验证,两种分类结果的一致性达到84%,其中,层云和积云的识别一致较低的原因在于样本数据有限,仅有6次层云和8次积云的个例样本数据。通过更多样本的处理,提取的特征参量更可靠,自动分类的准确率会得到提高,以便将基于毫米波雷达的云分类技术应用于将来的云观测自动化业务。      

2016—2017年贵州大雾时空分布及气象要素演变分析

利用2016—2017年自动站逐小时观测资料,统计分析了贵州大雾天气的时空分布特征;同时,结合天气图资料分析筛选了锋面大雾个例31 d和辐射大雾个例17 d,对比分析大雾生消过程中风、温、湿等气象要素演变特点。结果表明：(1)贵州大雾在秋末到初春较为频发;一天中夜间02—09时是大雾频发时段,07时达到峰值。(2)贵州自西向东有4个多雾区,分别为西南部区域、中部区域、东部边缘区域和北部局部区域。(3)锋面大雾主要出现在贵州中西部,范围最广时可达20个县站左右,持续时长可达10~13 h,单站可持续60 h以上。辐射大雾以贵州中东部地区出现较多,范围最广时可接近40个县站,远比锋面大雾范围广,持续时间相对较短。(4)大雾期间,10 min平均风速为0~3 m?s-1,相对湿度为97%~100%,温度露点差为0~0.5℃;辐射大雾初期或形成前气温呈下降状态,消散期升温较明显,地气温差呈现由负到正或由低到高的变化趋势,反映出近地层大气由较为稳定的逆温环境向不稳定环境变化的过程;锋面大雾初期的降温和后期的升温现象并不突出,地气温差也没有特定的变化规律,仅有部分个例与锋面大雾情况一致。     

汛期西南涡暴雨的数值模拟研究

利用西南区域数值预报模式系统SWCWARMS,结合全国汛期高空加密观测资料,对2013年6月29—30日的一次西南涡暴雨过程进行数值模拟和敏感性试验。结果表明,与控制试验相比,同化试验模拟的降雨与实况更为接近,并成功模拟出四川东部的强降雨中心,对于西南涡的模拟,同化试验西南涡出现时间更早,强度更强。并且,通过两组试验初值差异对比发现,同化试验初值在四川盆地对流层中低层表现出更强的低压,更强的涡度以及更强的旋转风扰动,四川盆地西部边坡也存在更强的上升气流,这都有利于西南涡的发生、发展。另外,同化汛期高空加密观测资料对强降雨中心单站的预报改进也较明显。因此,加强汛期加密气象观测,有利于揭示西南涡的发生、发展及其降雨天气影响,也有助于提升数值预报业务技术水平。     

一次浓雾过程的观测分析

利用DMTFM120雾滴谱仪(2-50μm)、VAISALAPWD22能见度仪和六要素自动气象站对2016年11月3日河北省中南部平原地区的一次浓雾天气进行了观测分析。这次浓雾过程主要由于夜间辐射降温形成,晴夜风速较弱,低空存在较强逆温,属于典型的辐射雾。观测表明,由于夜间长波辐射冷却作用的增强,温度迅速下降,雾滴浓度突增,导致能见度突降,出现了浓雾的爆发。这次浓雾过程的能见度最低为71m,相对湿度93%-99%;雾滴的平均浓度为89cm^-3,最小2cm^-3,最大403cm^-3;平均直径为3.9μm,最大直径13.5μm;平均含水量为0.0033gm^-3,最小含水量0.00002g·m^-3,最大含水量0.038g·m^-3。总体而言,这次过程雾滴浓度不高、含水量较低,各阶段的雾滴谱分布都偏向小滴一端,谱宽较窄,缺乏大滴,不利于向强浓雾发展。     

甘肃崆峒站新旧址对比观测资料分析

为了解甘肃崆峒国家基本气象站新旧址气象要素对比观测数据差异,选用2016年1～12月新站和旧站气温、气压、相对湿度、风向风速、降水量等要素资料进行对比分析,重点利用均值差异、相关与回归、显著性检验等统计方法分析了新旧测站气温差异及产生原因,结果表明：新址气温、气压均低于旧址,风速高于旧址,降水量、相对湿度差异大,变化无规律,其产生的主要原因是地理位置、海拔高度及观测场周边环境的不同造成;新址与旧址气温存在高度正相关,两站气温差异不显著,可以合并计算,研究结果可为资料使用者提供订正的依据。     

附有限制条件的间接平差与附有条件的条件平差的内在联系探讨

通过运用附有条件的条件平差原理解算附有限制条件的间接平差模型,以及运用附有限制条件的间接平差原理解算附有条件的条件平差模型,推证得出结论:对于同一个平差问题而言,这两种平差模型是完全等价的,都可作为各种经典平差模型的概括平差模型。     

华南农田下垫面地气交换和能量收支的观测研究

利用2004年11月至12月在广东省惠州地区进行的湍流连续观测资料,分析非均匀农田近地面层的基本气象要素特征以及水汽和CO2的浓度与通量输送规律,作为今后深入探讨地表非均匀性效应的基础.通过各辐射分量和感热、潜热与土壤热通量的特征分析,研究能量收支的基本状况,并讨论了造成显著能量"不平衡"的原因.观测的基本结果是:(1)近地面1.8 m高度处以北风为主,风速大多低于2 m/s,正午入射太阳辐射约700 W/m2;CO2浓度的日变化范围为600～900 mg/m3,水汽为5～25 g/m3.(2)各气象要素呈现明显的日变化,当地温度日较差约10℃,相对湿度始终高于50%.CO2和水汽的浓度在夜间较白天高,二者的日平均值为713.7 mg/m3和15.9 g/m3;利用涡旋相关法,测得二者的通量在白天高于夜间,日平均值为25.3 mg·m-2·s-1和-4.7×10-2mg·m-2·s.当地的日平均波文(Bowen)比仅为0.04,这主要是由于当地的高湿度造成的.(3)当地存在显著的能量"不平衡"现象,正午时的差额热通量可高达150 W/m2,这可能与平均垂直运动输送的作用、观测误差以及通量和辐射观测的"源地"不匹配等原因有关.研究结果与荒漠、城市和稻田下垫面的观测事实进行了定量比较.     

各向异性介质中扭转波分裂的实验观测

实验室可以产生两种振动模式的横波,一种是剪切振动,另一种是扭转振动,在各向同性介质中两模式的横波速度是相同的,但它们的振动特性不一样,前者表现出很强的偏振特性,后者为无偏振特性.实验测试表明无偏振特性的扭转波在各向异性介质中传播时也会出现两种速度不同的扭转波,速度值与剪切横波的快慢横波速度值一致.用扭转波换能器接收时,这快慢扭转波的波形振幅不受各向异性方位影响.通过两块均匀的各向异性样品,用实验观测揭示了各向异性介质中扭转波的一些传播特征.