国家气候观象台多维度观测能力建设及科学研究——以深圳为例

国家气候观象台是中国国家级气象观测的重要节点,发展国家气候观象台的观测能力,并依托其开展有特色的科学研究,有助于推动我国大气科学发展。深圳国家气候观象台是我国珠三角经济圈环境综合观测区唯一的国家级气候观象台,经过20余年的持续不断建设,已具备了城市—郊区的对比监测、气象—环境的联合监测、地面—高空的立体监测和陆地—海洋的协同监测等多方面的监测能力。基于深圳国家气候观象台的观测数据,大气科学领域的学者们已在粤港澳大湾区城市气候、边界层风特性及致灾机理、大气环境与环境气象、气候资源、地闪雷电特征等多个领域开展研究并取得了丰硕的成果,进一步丰富了对这些领域的科学认识。此外,深圳国家气候观象台还支撑了深圳本地的防灾减灾、城市管理、城市规划以及生态文明建设等工作,已逐渐成为发挥气象观测社会效益的典范。

徐家汇观象台与近代气象台网在中国的建立

以档案与科学报告为依据,对徐家汇观象台在中国境内创建最早的近代意义上的气象工作以及气象台网进行历史考察。徐台凭借其在气象预报方面的能力为英法等国在华机构与船只提供了及时准确的气象服务,同时,正是通过这些相关利益方,尤其是海关的帮助,徐台得以在中国建立了最早的气象台网,并将统一的气象信号系统推行开来。这种体现在科学活动中的利益交换与共享是文章重点研究的内容。

北京降水特征及北京市观象台降水资料代表性

将北京分为城区、郊区、南部山区及北部山区4个区域,利用14个观测站1978—2010年共33年的月降水量资料,分析了不同区域降水年变化和夏季降水特征及其差异。结果表明:各区域年平均降水量存在较大差异,郊区降水量最多(620 mm),城区与南部山区降水量较少,而北部山区降水量最少(476 mm);城区与南部山区的年降水量较接近,二者与郊区和北部山区都有显著差异。4个区域的降水量都表现出减少趋势,郊区最明显(47 mm/10 a),北部山区的减少趋势最小(0.7 mm/10 a)。对4个区域夏季(6—9月)降水量分析发现,城区与南部山区具有较好的一致性,二者与郊区和北部山区具有显著差异。均方根偏差和相关系数的计算结果表明:北京市观象台与城区和南部山区的降水年变化和夏季降水特征差异均不显著,而与郊区和北部山区有显著差异,说明北京市观象台降水资料对城区和南部山区具有最优代表性,而对北部山区和郊区的代表性较差。

北京不同区域表面气温的变化特征以及北京市观象台气温的代表性

利用北京地区14个观测站1990～2007年逐日和2004～2007年逐时的2m气温观测资料,分析了北京城区、郊区、南部山区以及北部山区4个区域表面气温的年变化、季节变化以及春、夏、秋、冬4个季节的日变化特征,指出4个区域的气温变化特征具有明显的差异。在所有时间尺度上城区气温受城市热岛效应影响最大,表现为温度最高,郊区次之,南部山区较低,北部山区最低。1990～2007年4个区域的气温都表现出增温趋势,其中城区增温最明显,增温率明显大于其他区域。城区与其他区域气温的差异有明显的季节变化,城区与郊区、城区与北部山区气温的差异在冬季最大,夏季最小;城区与南部山区气温的差异在夏季最大,春季最小。在气温的日变化方面,城区气温在各个季节的日较差都是最小的,南部山区最大。通过比较作为北京代表站的北京市观象台的气温与4个区域的差异,发现观象台与城区气温在各个时间尺度上的差异都最小,与其他区域存在显著差异,北京市观象台气温主要代表了城区,对其他区域的代表性较差。

张掖国家气候观象台常规气象资料检验分析

选取2007年建成的张掖国家气候观象台梯度塔2007年9月至2008年8月5层风速、温度、湿度和水汽压观测资料,统计了这段时期内资料的缺测率,分析了张掖地区不同季节的气候要素变化特征,通过与其他观测台站资料比较,验证了资料的可靠性。

国家气候观象台建设观测环境问题

城市化对全国气象台站观测环境造成了严重影响。针对国家气候观象台建设中观测环境的评估和新选址问题进行了讨论。国家气候观象台的环境选择必须较好地反映本地较大范围的气象要素特点,避免局部地形、障碍物或者人为因素的影响。观测环境下垫面与区域地表一致有利于真实反映区域的实际情况,但在部分陆面特征中,农业生产也会对部分气象要素的观测造成影响,这些在具体观测项目中要作具体考虑。对于受城市化影响的气象台站,在新建国家气候观象台的同时保留原观测站是比较好的选择。

中国最早的观象台发掘

在山西襄汾县陶寺镇附近发掘出距今约4000年的最早观象台兼祭祀台遗址,它是由观测点、夯土柱和柱间狭缝组成,用于观测日出方位变化,确定回归年长度来制订历法。模拟观测结果表明,位于东南和东北的二狭缝可准确测定冬至和夏至日期,而此二狭缝之间有10个土柱,应象征着视太阳向北和向南每位移一个土柱为一个节气。由此推之,帝尧时的历法特征是将一岁分成20个节气的阳历,上古时的阴阳五行历即十月太阳历是源于它奠定的基础。

我国气候观象台的现状与发展思考

气候观象台作为综合观测站,具有对气候多圈层及其相互作用开展长期、连续、立体和综合观测的作用。2018年中国气象局正式将气候观象台作为区别于基准气候站等站类的一个独立站类命名,并将气候观象台定性为国家级地面综合观测站。

世界最早的天文观象台——陶寺观象台及其可能的观测年代

2005年在山西襄汾陶寺镇发现了世界上最早的天文观象台遗址——陶寺观象台,它呈扇形结构,主要由1个观测点和东侧的12条观测缝组成。为考察其作为古观象台的必要条件,借鉴现代实测方式,采用计算机系统对其在BC 3000—BC 1000年间作日切山顶的模拟观测,结论是该观象台可能的观测年代应早于BC 1500年,且最佳观测年份为BC 1956年,12条缝能观测21次,平均每缝的观测误差为0°.11,最大误差0°.7。观测日期与邻近节气的平均误差为4.5日。指出:观象台的观象目的可能是对陶寺文化中特定的时节(也许是处于萌芽状的节气)进行观测,亦或用以提供进行祭祀等重要活动的时刻。但由于该遗址的地表部分不存,已知信息有限,故难作准确推论。

陶寺观象台与考古天文学

20世纪初对英国史前遗迹"巨石阵"的研究是"考古天文学"产生的标志。国外考古天文学已有长足发展,国内考古天文学方兴未艾。近年来在山西襄汾县陶寺发现距今约4100多年的观象台遗迹,它把天然背景与人工建筑相结合,构成一个巨大的天文照准系统,通过观测日出方位确定季节,制订历法。陶寺城址在时代、地域上与传说中的尧都相合,观象台遗迹与《尧典》中保存的上古天文历法成就相符。陶寺观象台的发现对科学史研究具有重要意义,被认为是中国考古天文学的真正开端。

青岛观象台的历史沿革与贡献研究(1898—1949年)

青岛观象台(以下简称"青台")自建台以来,虽几经易手、历经沧桑,但它是观测资料保存最完整、最系统的台站,也是最早收归国人管理的台站。它是天文、海洋和气象等事业的发源地,也是中国气象学会的诞生地,对我国天文、气象、海洋和地球物理等研究领域做出了重大贡献。根据青台归属国的变更将其历史进程分为六个时期,分别是德国占据时期、日本第一次占据时期、中日共同管理时期、中国第一次管理时期、日本第二次占据时期和中国第二次管理时期,并根据史料分析出各历史时期特点,得出在中国管理青台期间注重对业务的拓宽和改进、仪器设备的更新、学术的交流以及资料的积累等结论,同时也从侧面论证了中国早期自主研发气象仪器设备的能力较弱,大多利用外国人遗留仪器或从国外订购。

从北京观象台造仪看“工程”的若干特征

17世纪,欧洲耶稣会士来华,并以传播科学助力传教。他们为明清两朝的历法制订做出贡献,并将欧洲的天文仪器技术介绍到中国。为满足制订历法的需求,耶稣会士南怀仁及其中国合作者在1669—1674年制造了赤道浑仪、黄道浑仪、地平经仪、象限仪、纪限仪和天体仪。这些仪器装备了清朝的北京观象台,完成了观象台的改造工程,满足了当时制订历法的需求。这些天文仪器的规划、设计、制造和使用表明了工程的若干特征:以需求为导向,制订系统的工程规划;追求高成功率,尽量采用可靠的技术;以有效的技术集成为工程创新奠定基础;工程团队由工程师、工匠和管理者等不同角色构成;现代工程将技术、科学与管理等知识整合并运用于人们的实践,实现更大规模的工程。

兰州观象台存放台阵汶川M_S8.0强震动记录与分析

兰州观象台存放台阵在汶川特大地震中获取了10组三分量数字强震动加速度记录。本文依据这些实际观测资料研究了黄土场地在地震发生后的自由场地面运动加速度过程及其特征。结果表明在震源、场地和震中距相同情况下,场地上不同测点记录的加速度峰值存在一定程度的差异,较明显地反映了场地地形对EW分向地面自由场加速度的影响。10个测点的峰值加速度(PGA)均显示EW向大于NS向,而垂直向最小;各测点的傅里叶谱值,尤其是在小于1Hz频段范围内,差异极小。

清朝前期观象台天文仪器的欧洲化

1669～1674年,耶稣会士南怀仁为北京观象台设计制造了六架欧洲式天文仪器,使中国天文仪器的精度达到了空前的水平。1713～1715年,纪理安为观象台添造了一架欧洲风格的地平经纬仪。1745～1754年,戴进贤、刘松龄和他们的中国合作者制造了一架玑衡抚辰仪。它遵循中国浑仪的结构旧制,采用了南怀仁用过的刻度制、零件结构和制造技术,本质上属于复古的设计。

国家气候观象台建设的发展历程与几点思考

从目前建设的24个观象台分布来看,青藏高原与天山冰川水文观测区、敦煌沙漠陆面过程观测区和海洋综合观测区3个关键区没有建设观象台,这24个观象台组成的网络仍不能完全覆盖我国气候系统关键观测区。

近代与否之辨:19世纪七八十年代欧洲人对北京古观象台的双重印象

自明初至清前期,北京古观象台上曾先后安置过郭守敬式的中国本土天文仪器,以及耶稣会士主持建造的欧洲第谷式仪器。19世纪七八十年代,这两类属性迥异的仪器同时存在于古观象台,使欧洲人对这两类仪器的历史有不同的关注点,从而形成对古观象台的不同印象。古观象台的双重印象,通过书籍、报刊以及1889年巴黎世界博览会展览得以反映,产生广泛影响。

大理国家气候观象台综合气象观测和研究

简要介绍了近十年来大理国家气候观象台开展的综合气象观测项目,系统总结了观测资料评估和质量控制技术、点苍山-洱海区域局地环流特征、大气垂直结构和边界层高度特征、地气间物质和能量交换特征、强降雨(雪)和大风等典型天气个例特征方面的研究成果,归纳了观测资料在气象预测预报、数值模拟同化试验、机场飞机颠簸中的应用情况,并展望了大理国家气候观象台未来的观测和研究方向。

寻找观象台:《山海经·大荒经》成书地理位置考

《大荒经》是由观测者站在观象台,以四周呈环形分布的山为坐标来叙事的,因此,确定了观象台的位置,便可确定《大荒经》的写作地理位置。《大荒经》对这些坐标山与河流的关系都有细微的描述,对坐标山对应方向的方国和历史事件也有很多记载,这为我们提供了诸多判断观象台位置的线索,可以此推定《大荒经》的写作应该在山东省中部山区的西南面一带,在古济水南岸不远处。

德国气象局质量管理体系及林登伯格观象台建设简介

2016年6月27—30日，中国气象局气象探测中心曹晓钟副主任、李峰和张明一行3人对位于奥芬巴赫的德国气象局（DWD：DeutscherWetterdi—enst）总部、位于林登伯格的气候观象台（MOL：Meteorological Observatory Lindenberg）以及位于波茨坦的数据质量控制部门进行了为期4天的访问。