地基微波辐射计与GPS无线电探空和GPS/MET的观测对比分析

利用同址GPS无线电探空和GPS气象学(GPS/MET)的观测数据,对微波辐射计反演的气象要素进行了对比分析。与GPS无线电探空结果对比,微波辐射计的温度和水汽密度廓线具有很好的正相关,而微波辐射计相对湿度廓线的正相关系数受到天气的明显影响。微波辐射计和GPS无线电探空的观测结果之间具有系统偏差,该偏差在无降水时较小,而在有降水时较大。这个系统偏差可能与两种探测设备采样方法的差异、微波辐射计反演算法以及降水影响等有关。尤其是降水时,天线罩上形成的液态水将会导致亮温测值的偏高,进而会给反演结果带来较大的系统偏差。降水的影响同样会体现在微波辐射计反演大气整层可降水量上。与GPS无线电探空结果相比,在无降水时,微波辐射计的可降水量偏小,两者的系统偏差在4 mm以内,而在有降水时,微波辐射计的可降水量明显偏大,两者的系统偏差也较大。与GPS/MET的结果相比,微波辐射计的可降水量总体上偏大,在无降水时,微波辐射计的可降水量与GPS/MET的结果具有很好的正相关,两者的系统偏差小于2 mm,而在有降水时,随着雨强的增加,微波辐射计与GPS/MET可降水量之间的相关系数会减小,同时两者的系统偏差会增大。

中国各地SARS与气象因子的关系

根据中国主要发病区北京、河北、香港、台湾及广东等地 2 0 0 3年 3～ 5月间SARS主要发病时段逐日发病数与同期、前期气象条件进行了相关性比较 ,并揭示了2 0 0 2年 1 1月～ 2 0 0 3年 5月间的气候背景 ,研究表明 :SARS的滋生和传播有一定的适宜温度范围 ( 1 4～ 2 8℃ ) ,过高过低均不利 ;在此范围内 ,发病数与气温 (平均、最高、最低气温以及气温日较差 )、降水量和相对湿度均为负相关 ,尤其是与最低温度相关性最好 ;前 7天左右的气象条件比当天的气象条件影响更大 ;各地都经历了较长时间甚至严重干旱。总之 ,2

微波辐射计与探空仪测值对比分析

利用武汉站高时空分辨力探空资料(3h,30m)与同址的MP-3000A型地基微波辐射计资料,分析了微波辐射计探测偏差的日变化及时间序列变化特征。结果表明,微波辐射计对大气要素的探测具有较高的探测准确度,但仍然存在一定的探测偏差。温度的探测偏差大值区出现在午后,相对湿度及水汽密度的探测偏差大值区则在凌晨;温度及相对湿度探测误差的时间序列表现为起伏较大,而水汽密度则相对平稳,降水,特别是强降水,会对微波辐射计的探测准确度产生较明显的影响。

基于地基微波辐射计的大气液态水及水汽特征分析

大气液态水及水汽的探测对研究灾害性天气具有重要作用,地基微波辐射计可同时获取高时空分辨力的液态水及水汽资料。利用湖北省内三个测站的微波辐射计资料,分析了三站液态水及水汽的时空分布及变化特征。对比武汉站微波辐射计与探空得到的大气可降水量(PWV,precipitable water vapor)发现,两者偏差较小且相关性较好。水汽密度(VD,vapor density)整体随高度递减,2 km以下部分高度的VD在降水时要小于阴天时。液态水含量(LWC,liquid water content)随高度先增后减,降水时其峰值高度明显高于阴天时。降水时,PWV的日变化呈现"一谷一峰"的特征,液态水总量(ILW,integrated liquid water)在白天先增后减,在午后出现峰值,在夜间变化波动较大。受地形影响,荆州液态水总量明显低于武汉、咸宁,咸宁ILW在秋冬季明显高于荆州、武汉。降水发生时,水汽主要在2 km以下积聚,之后被抬升至4 km左右高度凝结并降落。

地基GPS反演大气可降水量方法的改进

利用地基GPS反演大气可降水量(PW,precipitable water)的方法中,GPS PW的准确度依赖于天顶静力延迟(ZHD,zenith hydrostatic delay)的计算模型和转换系数П。分析Saastamoinen模型、Hopfield模型、Black模型计算的ZHD误差发现,其计算的ZHD与探空ZHD相比具有模型偏差,这些模型偏差换算成对GPS PW的影响约为4～10 mm。通过回归建模,对Saastamoinen模型、Hopfield模型和Black模型中的系数进行修正后,可明显减小这些模型偏差,且不影响这些模型的精度。转换系数П是大气加权平均温度(Tm,atmospheric weighted mean temperature)的函数,Tm与地面温度(Ts)高度相关,根据这一特性,利用9个探空站数据通过回归建模得到的Tm本地化模型可很好地拟合Tm,其模型均方差为2.8 K,对应的相对误差为1.0%。对地基GPS反演PW的方法进行改进后,求得的GPS PW的系统偏差明显减小,其中,采用改进的Hopfield模型和Tm本地化模型求得的GPS PW,与探空廓线计算的PW相比,其偏差为-1.6 mm,而与微波辐射计廓线计算的PW相比,其偏差为-1.2 mm。

降雨型滑坡联合监测及预警预报系统研究

以克服降雨型滑坡传统监测手段中可视性、自动化性、智能性不能满足工程需要为基本出发点,采用滑坡联合监测手段,在滑坡地表、地下布设传感器,将监测数据和三维GIS技术相结合,建立滑坡联合监测的信息系统,为滑坡监测数据表达和分析提供一个可视化的智能信息平台。系统针对滑坡多种诱发因子的耦合问题,主要探讨降雨对滑坡的影响机理,联合监测中硬件传感器的组成及工作原理。在应用研究的基础上,介绍监测系统的结构与功能,并对滑坡的稳定性进行智能评定分析。

地基GPS不同水汽反演方法的误差分析

利用湖北宜昌2007年观测的GPS对流层天顶延迟数据,对采用不同水汽反演方法计算的对流层可降水量PW的正确度和精密度进行对比分析。结果显示:不同天顶干延迟计算模型对GPS PW的精密度影响不大,但对其正确度有明显的影响,与探空PW相比,Hopfield模型计算的GPS PW的平均偏差最小,Saastamoinen模型的平均偏差次之,而Black模型的平均偏差最大;大气加权平均温度对GPS PW的正确度有重要影响,对其进行本地化订正可以明显减小GPS PW与探空PW的偏差,但对GPS PW的精密度影响不大;GPS PW与探空PW的相关性受大气水汽含量的影响,当大气水汽含量较低(PW≤65 mm)时,两者的相关系数可达0.92,两者的平均偏差为3.8 mm,偏差的均方差为6.4 mm,而当大气水汽含量较大时,GPS PW与探空PW的偏差会增大,两者的相关系数会变小,这可能与GPS水汽反演方法有关;GPS PW比探空PW偏小,这可能是由两种探测方法的不同所造成的系统偏差。

COSMIC掩星资料反演青藏高原大气廓线与探空观测的对比分析

利用青藏高原地区COSMIC掩星资料反演的大气湿廓线Wet Prf数据和8个站点的探空数据,分析了COSMIC反演大气廓线和可降水量与探空观测的偏差,并考查了偏差随高度的变化特征。结果显示:(1)COSMIC反演的温度、压强和水汽压廓线与探空观测具有很好的正相关;与探空观测相比,COSMIC的温度、压强和水汽压的偏差为-0.2℃、1.7 h Pa和0 h Pa,均方差为1.8℃、1.6 h Pa和0.4 h Pa;COSMIC反演大气廓线与探空观测的偏差基本上在大气低层较大,然后随高度增加而减小。(2)COSMIC反演的可降水量与探空观测正相关较好;COSMIC反演的可降水量低于探空观测,两者的偏差为-5.0 mm,均方差为5.7 mm;两者的负偏差在大气低层最明显。(3)探空观测在近地层的不稳定性和COSMIC反演方法中背景模式在青藏高原地区描述大气状态的能力有限,是造成COSMIC反演大气廓线和探空观测的偏差在近地层较大的主要原因;COSMIC观测的折射率偏小导致其反演的可降水量偏低。

降水对地基微波辐射计反演误差的影响

利用武汉站高时间(3h)、高空间垂直(30m)分辨率探空资料和MP-3000A型地基微波辐射计资料,分析了降水对地基微波辐射计反演误差的影响,并对微波辐射计和探空的要素廓线进行了对比分析。结果表明,降水对两种设备的温度廓线和水汽密度廓线的相关性无明显影响,但对相对湿度廓线的相关性有较为明显的影响,其相关性在有降水时好于无降水时;整体上,微波辐射计的廓线误差在降水时大于无降水时,其温度、相对湿度和水汽密度廓线的平均偏差均值分别在1.0～2.5℃,6%～15%和0.08～1.75g.m-3之间,对应的均方差均值分别在1.3～1.6℃,14%～17%和1.28～1.85 g.m-3之间。另外,将不同高度上同时刻微波辐射计和探空的资料进行点对点对比发现,降水会严重破坏两种资料的正相关性,导致大部分高度上的廓线呈负相关,同时也明显增加了温度和水汽密度的平均偏差和均方差。

曙光高性能计算机在数值预报模式中的应用

文中首先介绍了中国气象局武汉暴雨研究所高性能计算机应用现状和目前的模式业务系统,针对气象预报模式精细化对计算能力的更高需求,中国气象局武汉暴雨研究所采用曙光高性能计算机集群对原有集群系统进行升级,升级后的计算节点CPU可提供11.40 TFlops的双精浮点计算能力;其次,讨论了升级后的高性能计算机几个关键技术的现状并对未来进行展望;最后以WRF模式为例,对升级后的高性能计算机的性能进行了分析,得到了较好的加速比。结果表明:新升级的集群系统将大大节省区域高分辨数值预报模式运算时间,有助于提高科研成果的转化效率。

梅雨期武汉两类暴雨“配料”特征的对比分析

选取1998—2005年6—7月武汉市的17次暴雨过程,根据暴雨发生的机理,将武汉暴雨划分为两种主要类型,即由对流有效位能释放产生的浮力抬升引发的暴雨以及由大尺度动力强迫抬升引发的暴雨。分析表明:梅雨期武汉市65%的暴雨过程是由浮力抬升引起的;对流有效位能、K指数、可降水量、中高层平均相对湿度等物理量对武汉市梅雨期暴雨预报有很好的指示意义。通过两类暴雨发生前配料特征的对比分析,揭示了两类暴雨的温湿度条件、大气层结状况以及不稳定能量积聚等方面存在的异同点。

地基微波辐射计探测精度的变化特征分析

利用武汉观象台2010年6—7月及2013年6月的加密探空资料,采用两种不同方法与同期同址的MP-3000A型地基微波辐射计资料进行对比分析,讨论了地基微波辐射计探测精度的变化特征。微波辐射计与探空平均廓线对比结果表明,微波辐射计对温度及水汽密度探测精度较高,降水对微波辐射计探测有一定影响。通过对比不同时次的探空与微波辐射计探测资料发现,无降水时,微波辐射计探测的温度及相对湿度在14:00的系统误差较08:00及20:00明显偏大,14:00大气层结不稳定,气球的漂移会对对比探测产生一定的影响。温度及水汽密度在08:00的均方根误差均为最小。微波辐射计与探空的分层对比结果显示,无降水时,20:00的相对湿度均方根误差在4 km以上明显大于08:00和14:00,温度的系统误差在14:00最大,特别是3 km以上。降水时,总体而言,14:00的探测偏差大于08:00及20:00。通过对比降水条件下微波辐射计天顶与斜天顶观测的廓线发现,斜天顶观测能够有效减小降水对观测的影响,但斜天顶观测在14:00的探测偏差总体上仍大于08:00及20:00。

武汉城市强降水内涝仿真模拟系统研制

通过采集武汉市城市地理、河道地形、工程设施、气象监测、防洪调度等基础空间信息,构建完整的武汉市暴雨内涝数学模型,反映了降雨量分布、产汇流原理、地面流、河道明渠流、堰流等多种工程情况及其相互连接问题。此外,选择典型的暴雨个例作为降雨边界条件,代入模型中进行计算,将模型的计算结果和实测结果进行比较,分析两者的绝对误差及误差分布特征。结果表明:城市暴雨内涝仿真模拟系统的模拟结果基本可信,模型具有良好的适用性。

复杂网络特性及可靠性分析-以中国航空网为例

利用PAJEK软件分析绘制中国航空网络示意图;采用相应算法,在MATLAB软件中编程计算出相关数据,分析其复杂网络特征,得出中国航空网的网络特性。将复杂网络的攻击模式用在中国航空网络中并进行具体的仿真模拟,生成两种攻击模式下的评价指标曲线,通过分析这些曲线的变化情况得出航空网络完全不同的鲁棒性。研究中国航空网络模型受到这两类攻击后网络规模、全局效率以及最大连通子图相对大小变化关系并绘制相关示意图。由这些特征分析出实际空网的性能特点,为预防航空交通网络遭受恶意破坏、随机失效进而瘫痪提供科学的预防政策。

基于元数据的暴雨基础数据库系统设计与简介

针对气象数据来源多样、格式众多、时序性强的特点,从暴雨资料现状出发,结合暴雨资料共享需求,参考国内外气象科学数据共享相关技术,提出一个基于元数据的暴雨数据库系统设计及实现方法,建立一个以暴雨过程为核心的暴雨基础数据库系统。该系统融合了暴雨过程发生时间段内的各种地面、高空、雨量等常规气象要素资料和雷达卫星、暴雨数值预报资料等非常规气象要素资料,以及地基GPS/MET、微波辐射计、边界层风廓线等暴雨外场监测资料。该系统共享平台作为中国气象科学数据共享服务网的分节点,自2009年正式运行以来,效果良好。

CAPPS模型在武汉市空气质量预报中的应用与检验

为了深入了解CAPPS模型对武汉市空气质量的预报效果,使用2004年10月7日至2005年5月31日逐日武汉市有关环境监测资料和CAPPS模型的预报结果,对CAPPS模型在武汉市空气质量预报中的效果进行了检验与分析。结果表明,CAPPS模型对武汉市空气质量的预报效果总体较好,预报精确度评分平均达81.99,其中PM10 API的预报值与实测值之间相关系数达到0.72。

湘西北暴雨对鄂东南降雨影响的合成对比分析

先介绍前一天湘西北出现暴雨后,次日鄂东南出现与不出现暴雨的两个个例,然后统计2003—2006年4—9月前一天湘西北出现暴雨前提下次日鄂东南出现暴雨与否的两种情况。应用ECMWF格点分析资料,将6个鄂东南次日出现暴雨个例进行合成,同时选出6个鄂东南次日不出现暴雨个例进行合成。对比研究这两种情况在天气过程前、过程中和过程后天气要素场差别,发现次日鄂东南出现暴雨的情况500 hPa影响低槽偏深、位置偏西、东移速度偏慢;850 hPa江南有西南风急流出现,鄂东南有sθe≥345 K高能舌活动。次日鄂东南不出现暴雨,500 hPa低槽浅、位置偏东、东移较快,鄂东南地区由弱槽转为弱脊;850 hPa江南地区没有出现西南风急流,鄂东南没有sθe≥345K高能舌活动。

一种改进的PropertyGrid控件在Micaps系统中的应用

介绍了一种改进的PropertyGrid控件在气象信息综合分析处理系统(Micaps)中的应用。Micaps系统中的PropertyGrid控件主要显示对象或类型的属性,并通过改变属性的值来完成气象信息的综合处理。在以往的Micaps系统中,主要利用Microsoft.NET框架中的标准PropertyGrid控件,对于布尔类型的属性采用的是下拉列表的实现方式,由于Micaps系统中布尔类型的属性比较多且数据量比较大,因此在处理的过程中速度相对缓慢。改进中的PropertyGrid控件将下拉列表的实现方式转换成Checkbox形式,将鼠标由两次点击实现提高到一次点击实现,不仅大大提高了处理速度,还有利于操作的方便,此外,还实现了标准控件的其他基本属性显示;同时提供一个二次开发环境,以便根据不同项目的需求调整显示样式,或在该系统提供的基本功能之上开发新的功能。最后利用.NET中的反射机制实现了向Micaps系统中的移植。

湖北省风能资源评估

利用湖北省77个气象站1971-2000年气象资料以及6个野外观测点的加密观测资料，计算了有关风能参数，对湖北省风的基本特征进行了详细分析，结果表明：受地形和气候共同影响，湖北省风能资源（比较）丰富区主要分布在北部及汉江中游的主要风口、山体相对孤立的中高山区以及大型湖泊的周边地区等具有特殊地形地貌的区域。由于湖北省北部山地较为破碎，从鄂北岗地到整个江汉平原均处于冷空气南下的通道上，其许多地方风能具有开发利用的潜力。鄂西的河谷盆地及鄂东的低山丘陵风能资源贫乏。

基于人工神经网络的暴雨预报方法探讨

探讨了基于人工神经网络模型的暴雨预报方法。该方法仿预报员的暴雨预报思路,在动力模式的降水预报产品、环流形势场和暴雨落区之间通过人工神经网络建立非线性的统计预报模型,该模型的输入是动力模式的降水预报和初始环流形势场的扩展正交分解主成份分量,输出是预报区域的暴雨落区预报。2000年的汛期试验表明该客观预报方法可明显改进数值预报模式的暴雨落区预报,因此可望在业务预报中有较好的应用前景。