亚运·综合气象观测系统研究应用

亚运·综合气象观测系统高分辨率地形数据和城市街区建筑3维模型,以杭州城市(覆盖亚运会场馆)区域为载体,构建实时、高分辨率、精细美观的实况天气虚拟VR系统。系统实现亚运会重点装备质量监视、观测数据一张表、运行监控一张图、决策日报及综合观测产品展示。通过多源数据质控算法、3维组网方法、气象数据融合分析方法、人工智能同化方法及大数据识别方法等先进技术手段,实现对冰電、雷暴、大风、强降水等强天气过程的实时、精准监测预警,开展重大活动专项气象服务。

基于多源融合资料分析北京一次超强城市热岛三维结构特征

城市热岛效应是人类活动对大气系统影响的最主要体现之一。本文利用(Space and Time Multiscale Analysis System,STMAS)时空多尺度分析系统,融合了地面自动站、雷达、卫星等多源高时空分辨率观测资料,建立了城市热岛三维数据集。并在此基础上统计了2021年北京夏季的城市热岛强度变化特征,选取其中一次超强城市热岛个例(2021年6月11—12日)详细分析了其三维精细化结构特征。结果表明:(1)本个例中,夜间郊区近地面迅速降温,形成逆温层;而城市近地面降温缓慢,使得近地面城郊温差不断增大。(2)本次超强城市热岛三维温度场暖心结构在地面和990 hPa以下低空等压面清晰可见,风场距平呈现气旋性环流特征并在低空从郊区向城区辐合,引起可到达中高空的上升运动,说明城市热岛效应有增强垂直环流的作用。

基于多源校验的区域气象站降水质控方法研究

本文以全国3 km三维格点实况降水产品(PTOAS-3km)为检验对比数据,利用DBSCAN(density-based spatial clustering of applications with noise)算法实现降水产品观测一致性检验,利用反距离权重法结合特定的临近站选取策略进行临近站观测一致性检验,运用本站温度、相对湿度进行多要素趋势一致性检验,提出一种基于多源校验的区域气象站降水质控方法,利用大量区域气象站降水数据样本进行检验。检验结果表明:对检验样本中91.8%的站点进行降水质控,具有较好的适应性,尤其对0~8.0 mm以及大于32 mm的小时降水质控效果较好;诊断发现雨量计故障69次,有较强的故障判识能力;但在PTOAS-3km产品缺测较多以及临近站较少的情况下判识能力有待提高。

在华北玉米生育期观测的16m高度CO_2浓度及通量特征

利用中国气象局固城农业气象生态试验站2004年玉米生育期通量观测资料,分析了CO2浓度和通量随玉米生长的变化,并估算了玉米生育期陆地与大气CO2净交换量。结果表明:CO2浓度变化对农户活动和作物生长极其敏感;浓度在整个生育期始终有明显的日变化规律,峰值(谷值)出现在日出(日落)前后,通量仅在7月中旬至10月上旬之间出现明显的日变化特点,且位相超前于浓度,开花期通量最大;玉米播种期、苗期和成熟后地面向大气净排放碳,拔节至成熟前地面从大气净吸收碳;开花期碳吸收最强,其后依次为吐丝-乳熟期和拔节期。比较分析了目前流行的通量计算方法对碳吸收估计的影响,结果显示不同计算方法能产生高达160%的碳吸收估计偏差,应当引起重视。生态系统碳平衡分析结果表明,玉米地在生长季表现为弱碳汇(大约660 kg/hm2),但这一结果可能低估了实际的碳汇强度,低估程度有待研究。

陕北地区不同植被改善方案对环境影响的数值模拟

植被一直是地气相互作用研究的重点。数值模拟是目前研究植被对大气反馈作用的主要方法。全球和区域气候模式的网格距较大 ,以致于不能真实地描述地表植被覆盖差异 ,因而模拟结果存在一定的不确定性。目前 ,耦合陆面植被模式的中尺度气象模式已成为研究实际的植被建设方案影响天气过程的唯一有效手段。运用中尺度气象模式 MM5 ,模拟了陕北黄土高原地区一次区域性降雨过程及局地环境要素对两种不同的退耕还林方案的敏感性。模式的中心点定于 (37.8°N、1 0 8.8°E) ,模拟区域为(1 0 4 .0 2～ 1 1 3.5 8°E ,33.93～ 4 1 .4 8°N) ,水平分辨率 9km,垂直分层 2 3层 ,时间积分步长 30 s,以美国国家环境预测中心(NCEP)再分析资料作为大尺度背景场。模拟结果表明 ,陕北地区下垫面植被改善后 ,能够使区域降雨的雨带北移 ,降雨量增加 ,降雨过程延长 ,这对于改善陕北地区干旱的气候环境 ,扩展动植物的生存区域具有重要的意义。此外 ,陕北地区植被改善还能够使区域的地表径流减少 ,对于减少黄河输沙量 ,清洁黄河水源 ,保持当地水土具有积极的意义。由于下垫面的变化 ,局地的环境要素也发生了一些相应的变化 :空气湿度增加 ,土壤湿度在短时间内有一定程度的减少 ,长期有增加的趋势 ,气温和土壤温度有一定程度升高 ,

陕北生态治理对当地降水影响的数值模拟

利用中尺度模式MM5V3.5模拟了陕北地区两种植被改进方案对一次降雨过程的敏感性试验,结果表明,陕北植被改善后,能够使区域性降雨的雨带北移,平均降水量增加,降雨时间延长。另外,还分别从环流、大气稳定性、水汽条件、垂直运动等四个方面对上述变化的机理进行了分析,认为植被治理使背景环流的气旋性增强,低层大气不稳定范围向北增强扩展,高空风场辐合汇集的水汽增多,同时垂直上升运动有所增强,导致局地雨带北移、降雨量增加、降雨时间延长。模拟结果同时表明,下垫面生态治理的范围和规模越大,上述影响也越显著。

陕北地区植被治理与退化对一次区域降水过程影响的数值模拟

针对陕北地区一次区域性降雨个例 ,运用中尺度模式MM5V3 5进行了陕北地区植被治理和退化的敏感性试验。结果表明 ,植被生态治理后 ,能够使区域的平均降水量增加 ,使地表净盈余水分 7 6% ;植被退化使降水量减少 ,地表亏失水分 3 6%。植被变化对降水的影响有热力和动力两方面原因 :一方面 ,植被改善后 ,地气之间的热通量增大 ,地表对大气的增温作用增强 ,使低层大气更趋于不稳定 ;另一方面 ,植被改善增大了地表的非均一性 ,能够激发出一定强度的局地次级环流叠加于天气尺度系统上。这两种作用 ,使系统加深并发展 ,增加到达地面的降水量。植被退化则产生与上述相反的作用 ,导致局地降雨量的减小 ,使地面进一步干旱化。

一次寒潮过程的地面观测特征分析

文章从观测角度出发,利用国家地面气象观测站数据产品对2021-11-04/09寒潮过程的基本气象要素变化特征进行了分析。文章根据天气背景详细地分析了温度、极大风和降水等地面观测特征并得出结论。所得结论旨在加深对致灾性寒潮天气过程的理解,也为此类寒潮天气的准确预报、气象服务和雪灾防御工作提供参考依据。

MM5 V3.5模式对陕北地区中尺度系统的模拟能力试验

使用NCEP再分析资料作为大尺度背景场 ,在 9km网格距下 ,应用MM5V3 5对陕北地区的夏季降水和冬季降温进行了模拟试验 ,结果发现MM5V3 5对该地区夏季区域性降水分布型态、演变过程以及冬季降温过程具有很好的模拟能力 ,对局地性极强的降雨模拟能力较差 ,对降水中心的模拟存在一定的偏差 ,大范围的区域性降水模拟有虚假中心出现。

MODIS卫星反演地表覆盖对陕北地区降雨过程模拟的影响

对比了陕西省农业遥感信息中心根据MODIS卫星资料反演的2004年夏季陕北地区地表覆盖类型与中尺度气象模式MM5中使用的USGS地表类型资料,并分别用2套地表覆盖资料对同年7月的2个典型陕北区域性降雨个例进行了模拟分析,检验了模拟结果对地表资料的敏感性.与观测的降雨实况比较显示:采用MODIS卫星反演的陕北地表覆盖类型资料能够在一定程度上改进模式对区域性降水的模拟结果.

植被对环境气候影响的数值模拟研究思路综述

介绍了用数值模拟方法研究植被对环境气候影响的基本思路。气候模式中植被作用的模拟思路分为考虑植被的物理特性、生物过程和化学过程三类 ,按照三类过程分别介绍了国内外有关数值试验的进展及主要结论 ,评论了各类研究思路的不足和局限 。

对气象科技成果转化工作的思考

从工作实践出发， 归纳总结了目前气象科技成果转化的形式、途径及存在问题， 并从管理部门的作用、各方面利益兼顾、农业气象技术成果的转化途径等三方面对如何促进气象科技成果转化， 体现气象知识和技术成果价值问题进行了思考。

对陕西气象科技创新基地建设的思考

对陕西建立气象科技创新基地的必要性、建设方式、运行方式等问题进行了思考和讨论 。

试论陕西气象科技创新体系

知识经济是以知识为基础的经济，推动知识经济发展的内在动力是创新。江泽民总书记提出：“创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力”，这一伟大论断，揭示了知识经济的内涵。有学者认为，创新对经济的作用符合能量方程式：Ｅ＝ＭＣ２，其中，Ｅ代表经济效果...

用HJ-1B卫星数据反演地表温度的修正单通道算法

目前用于地表温度反演的单通道算法主要针对窄视场传感器建立.HJ-1B卫星红外相机为宽视场传感器,其热红外通道(IRS4)观测天顶角可达±33°以上,在地表温度反演时必须剔除传感器观测角度的影响.以大气辐射传输模拟为基础,建立了基于传感器观测天顶角-大气函数系数的修正单通道算法.针对HJ-1B卫星与Terra卫星过境时间接近的特点,提出将MODIS大气水汽含量产品作为单通道算法的输入参数,并建立了观测天顶角-垂直与斜程大气水汽含量转换系数查找表.基于对光谱数据的模拟,给出了适用于IRS4通道的地表发射率确定方法.验证结果表明,修正单通道算法平均反演误差在1.1K以内,比不考虑传感器观测角度的单通道算法精度提高0.1～0.7K,反演误差对于传感器观测天顶角依赖性减弱.对实际HJ-1B卫星影像的应用结果表明,修正单通道算法反演的地表温度与MODIS地表温度产品具有较好的一致性.

风观测对障碍物距离要求的定量评估

为定量评估气象站风观测对障碍物的距离要求,通过流体力学模式(Computational Fluid Dynamics,CFD)对单体建筑物进行了敏感性试验分析,并用河北沽源构筑物观测试验对模拟结果进行了验证。结果表明:(1)按照来流风速90%进行风速影响范围评估,障碍物对风速的影响距离为迎风面上3倍建筑物高度,背风面为28.5倍建筑物高度;按风向偏差10°进行风向影响范围评估时,障碍物对风向的影响距离为迎风面1.4倍建筑物高度,背风面为6.8倍建筑物高度,侧风向为2.8倍建筑物高度,垂直方向上为4倍建筑物高度。(2)对来流风速、建筑物厚度、建筑物高度、建筑物视宽角、来流风向的敏感性分析表明,10 m风速、风向测量对障碍物距高比的要求随背景风速的增大而增大;随着建筑物厚度的增大,10 m风速、风向观测对距高比的要求减小;当障碍物高度<6 m时,对10 m风速、风向观测影响不明显,当障碍物高度>6 m时,对距高比的要求随障碍物高度的增加而减小;随着建筑物视宽角的增大,10 m风速、风向观测对距高比的要求增大;来流风向与建筑物呈45°时,风速影响区域增大,风向影响区域水平方向增大、侧方向减小。

西北地区东部干旱化与天气体系演变的关系

用EOF、PDF和场相似理论相结合的方法,分析了近 20a来西北地区东部夏季代表月份干旱化与天气体系演变的关系。指出夏季代表月份东亚大气环流存在两类天气体系(WeatherRegimes),即A类和B类。A类与西北地区东部干旱环流型相对应;B类与西北地区东部偏涝环流型相联系。研究结果表明:近 20a来,西北地区东部夏季代表月份与天气体系A型(干旱型)正相似日数有逐渐增多的趋势,与天气体系B型(偏涝型)正相似日数趋于减少。

黄淮海平原地区中尺度环境对气温观测的影响

随着城市化的迅猛发展,气象台站观测环境受到不同程度影响,有些台站甚至已经处于城市中心,影响了台站观测资料的代表性和准确性。本文利用2007年黄淮海渭河区199个气象台站20 km环境调查资料以及2005—2007年气温观测资料,对比分析了居民区台站和农田区台站气温观测值的差异。结果表明:居民区台站气温平均高于农田区台站0.662℃;台站周围建筑物对最低气温观测影响最大,对最高气温观测影响最小;不同季节的影响程度从大到小依次为冬季、春季、秋季、夏季;观测场周围建筑物对不同时刻气温观测的影响程度从大到小依次为02:00,20:00,08:00,14:00;随着下垫面比例的增大,两类台站的气温差不断加大。

三维超声风速仪观测中风向角计算方法

在对三维超声风速仪观测资料处理中,风向角的计算具有一定的技巧性。根据三维超声风速仪自身观测坐标系统与地理坐标系之间的差异,推导出计算地理坐标系下风向角的一种方法,为超声风观测资料的处理和应用提供借鉴。同时利用锡林浩特国家气候观象台2008年全年通量观测资料对风向角进行了计算,并与台站统计资料进行了对比,结果表明两组数据无论从风向角分布趋势还是从相关性来看,均非常吻合(相关系数为0.97),从而证明了该方法的正确性及可应用性。