基于DEM的复杂地形气温空间插值研究

利用江西省87个国家气象观测站点1987—2016年月平均气温资料,结合数字高程模型(DEM),建立了一个基于江西省DEM的多元线性回归空间插值模型,并与传统的反距离权重法(IDW)、普通克里金插值法(OK)和协同克里金插值法(CK)进行空间插值精度和效果对比。研究表明:基于DEM的多元线性回归空间插值方法(MLR)的误差精度和插值效果均优于其他3种传统插值方法。江西省月(年)平均气温与纬度和海拔高度呈负相关,与经度呈正相关,与坡度、坡向无明显相关性;江西省月平均气温垂直递减率约为0.35—0.65℃/(100 m),年平均气温垂直递减率约为0.49℃/(100 m)。     

地球静止卫星云图象点定位方法之比较

在假定ＧＭＳ－４地球静止卫星所发定位网格数据的精度满足要求的基础上，通过数学原理分析、改变二维插值顺序、比较插值结果与实际分布等手段，对比分析了利用线性和非线性插值方法给每一个象点定位的结果，发现非线性插值所得结果明显优于线性插值，更加符合实际情况。线性插值的误差在经度方向上较小。可以忽略，但是在纬度方向的误差，即经度误差极为明显。在星下点的左上部，误差由东南向西北迅速增大，有相当一部分地区内经度     

用C语言开发的气象常用参数和物理量计算函数库（三）

用Ｃ语言开发的气象常用参数和物理量计算函数库（三）李社宏（铜川市气象局铜川·７２７０００）用有限元插值法求三角形内的实测风涡度（ｓｃｆｗｄｙｘｙ）ｄａｔ［３］结构中为三角形三个顶点的经度、纬度。风向、风速，其中前三项为百进位角度，风速为米／秒，涡度单...     

封开县新旧站气象观测资料对比分析

基于新旧站2010年1、4、7、10月平行观测的气温、气压、相对湿度和全年风向风速资料,采用差值分析法和t检验,分析了气温、气压、相对湿度和风向风速在迁站前后的差异特征,结果表明:4个月份中,新站的定时观测气温、气压以及月平均气压、平均气温比旧站偏低;相对湿度7月份比旧站偏高,其他月份比旧站偏低;全年平均风速新站比旧站偏高,主导风向新旧站有差异;迁站前后气压和风速存在显著性差异。造成新旧站气象资料差异的主要原因可能是探测环境和海拔高度等因素发生变化。     

基于DEM的气温插值方法研究

以甘肃河东为研究区,利用河东及周边的82个气象站点1971~2004年的月平均气温数据,结合数字高程模型(DEM),在分析平均气温与经度、纬度、海拔高度、坡度、坡向地形要素相关关系基础上,提出了一种基于DEM的多元线性回归空间插值方法(MLR),并与传统的反距离平方法(IDS)、样条函数法(SPLINE)和普通克里金法(OK)进行了精度比较.精度验证结果显示:无论从误差大小还是从插值效果上,考虑了地形要素的MLR方法均优于传统的插值方法.最后,基于MLR插值方法生成84 m×84 m甘肃河东地区月平均气温栅格数据集.平均气温结果表明:河东各月平均气温大致呈现由东南向西北逐渐降低的空间格局,且平均气温的季节内波动差异较大.其中,夏季气温的波动幅度最小,波动幅度自西向东减弱;冬季次之,有自北向南减弱的趋势;春季和秋季较大,有自西南向东北降低的趋势.     

揭阳新旧站气象观测资料对比分析

利用揭阳新、旧观测站2010年观测资料,选取其中气温、气压、相对湿度、风向风速等气象要素资料,采用差值分析方法进行对比分析.结果表明:新站月平均气温、月平均最高最低气温、月平均本站气压均比旧站偏低,气温偏低的幅度不大,气压偏低的幅度较大.两站最多风向及频率不完全一致,新站月平均风速比旧站略偏大;新站相对湿度比旧站偏大.气象要素产生差异的原因主要是由新旧站址的观测环境、海拔高度、下垫面差异以及城市热岛效应造成的.     

台站温度质量控制中IDW算法改进及应用

在反距离加权插值算法的基础上,结合气象上温度随高程的变化,以及各测站垂直方向上温度场与气压场的关系,对国内地面气象观测站的温度数据进行插值算法改进。然后,从搜索半径与距离权重系数的关系,以及参与插值站点数量与距离权重系数的关系两个方面进行试验数据分析,试图找出相对最佳的算法参数和最小的插值误差。最后,将改进的算法应用到温度观测数据的质量控制中。结果表明:改进后的算法可明显改善因近地面逆温造成的插值误差,在台站分布较密集的我国中东部地区,温度质量检验的灵敏度可达到1至5摄氏度。     

洛川国家基准气候站迁站数据对比分析

利用2013年洛川国家基准气候站迁站前后气温、相对湿度、降水量、风向风速等观测资料对比分析,发现新站月平均气温、月最低气温、降水量、2min月平均风速、最大风速大于旧站,大风日多于旧站,6—8月最高气温、相对湿度小于旧站,新旧站风向有显著差异。造成迁站前后气象要素差异的原因,主要是观测场周围环境、下垫面性质改变,海拔高度变化对气象要素的影响不明显。     

高空风近似静稳的风向点绘方法

目前,我国高空测风是根据气球每分钟的仰角、方位角、水平距离(斜距),即气球每分钟的运动轨迹,用国产A型或701型测风绘图板点绘求取平均风向风速的。用绘图板求算平均风向风速,在一般情况下问题不大。但是,当风速很小近似静稳时,则前后两计算分钟的投影点几乎重合而又不重合时,风向很难点绘,每点绘一次就有一个风向,究竟那个是正确的风向,决定不了。下面介绍风速近似静稳的风向点绘方法。     

河北省太阳总辐射经验系数两种气候学计算方法的比较分析

利用河北省周边8个日射站逐月日照百分率资料和太阳总辐射资料,采用最小二乘法拟合经验系数a、b,然后分别通过纬度分区和反距离权重插值两种方法得到河北省142个测站的经验系数a、b,并据此求出河北省内四个具有辐射观测数据台站的总辐射值,对比分析了实测值与不同经验系数下总辐射估算值之间的差异。结果表明：纬度分区和反距离权重插值两种方法所建立的太阳总辐射量估算公式的模拟精度总体差别不大,但采用纬度分区法所得的经验系数,在计算太阳辐射年总量时与实际观测值更为接近,因此建议采用纬度分区法计算河北省各地太阳总辐射量。     

不同天气条件下微波辐射计和风廓线雷达探测数据误差特征分析

为探讨微波辐射计和风廓线雷达探测数据的准确性和可用性,利用天津全运会期间获取的GPS探空资料,分析不同天气条件下微波辐射计探测温湿度、风廓线雷达测风的误差特征。结果表明：晴天、云天和雨天条件下,微波辐射计反演低空温度廓线效果均较好,反演高空温度廓线误差较大,云天条件下,反演的整层温度廓线与探空实测值相关性最优;3种天气条件下,微波辐射计反演相对湿度廓线的误差均较大,与探空实测值的相关性也较差;晴天和云天条件下,风廓线雷达探测风向、风速的误差均较小,雨天风廓线雷达测风效果较差;晴天和云天条件下1750 m以上,雨天3000 m以上,风廓线雷达探测风速数据与探空实测值相关性较好,低空探测风速与探空相关性较差;3500 m以下,3种天气条件下风廓线雷达探测风向与探空实测值相关性较差,3500 m以上相关性较好,数值在0.6—1.0之间波动变化。     

营口和鞍山城市气候变化对比分析及原因探讨

利用1951—2005年辽宁省沿海轻工业城市营口和重工业城市鞍山的气温、降水、云量、相对湿度及平均风速等气候资料,采用对比分析方法,分析了近55 a来2城市的各类气候变化特征及产生的原因。结果表明:近55 a来营口和鞍山平均气温呈递增趋势,降水、总云量、平均风速和相对湿度均呈递减趋势,只有低云量变化趋势不同,其中营口呈递增趋势,鞍山呈递减趋势,鞍山平均气温递增趋势及总云量、平均风速和相对湿度递减趋势均强于营口同类气候要素变化;营口和鞍山城市平均气温、相对湿度、低云量和风力气候要素特征趋势变率较大,降水和总云量趋势变率相对较小。     

冬季高海拔复杂地形下GRAPES Meso要素预报的检验评估

利用GRAPES(Globe/Regional Assimilation and Prediction System)对2010年温哥华奥运会6个场馆气温、相对湿度、风及降水量的预报结果,采用预报准确率、平均误差、平均绝对误差、Alpha Index、TS和ETS评分等统计量对其进行了较详细的评估。结果表明:GRAPESMeso预报相对湿度的准确率最高,且随预报时效的增加,其变化趋于稳定。起初模式对相对湿度的预报偏干,之后逐渐变为预报偏湿;气温预报偏低;风速预报偏大。逐日各要素预报检验结果表明,气温的变化幅度最小;各级降水检验发现,晴雨预报的TS评分最高,且随降水增大,ETS评分逐渐接近TS。与其他模式预报结果对比发现,GRAPES-Meso对复杂地形下要素预报还存在一定的不足。本研究还发现,模式存在一定的系统误差,若能有效订正其误差,将有助于改进模式预报。     

A Deep Learning Method for Bias Correction of ECMWF 24–240 h Forecasts

Correcting the forecast bias of numerical weather prediction models is important for severe weather warnings. The refined grid forecast requires direct correction on gridded forecast products, as opposed to correcting forecast data only at individual weather stations. In this study, a deep learning method called CU-net is proposed to correct the gridded forecasts of four weather variables from the European Centre for Medium-Range Weather Forecast Integrated Forecasting System global model(ECMWF-IFS): 2-m temperature, 2-m relative humidity, 10-m wind speed, and 10-m wind direction, with a forecast lead time of 24 h to 240 h in North China. First, the forecast correction problem is transformed into an image-toimage translation problem in deep learning under the CU-net architecture, which is based on convolutional neural networks.Second, the ECMWF-IFS forecasts and ECMWF reanalysis data(ERA5) from 2005 to 2018 are used as training,validation, and testing datasets. The predictors and labels(ground truth) of the model are created using the ECMWF-IFS and ERA5, respectively. Finally, the correction performance of CU-net is compared with a conventional method, anomaly numerical correction with observations(ANO). Results show that forecasts from CU-net have lower root mean square error, bias, mean absolute error, and higher correlation coefficient than those from ANO for all forecast lead times from 24 h to 240 h. CU-net improves upon the ECMWF-IFS forecast for all four weather variables in terms of the above evaluation metrics, whereas ANO improves upon ECMWF-IFS performance only for 2-m temperature and relative humidity. For the correction of the 10-m wind direction forecast, which is often difficult to achieve, CU-net also improves the correction performance.     

基于支持向量机模式识别的大雾预报方法

选取1971～2000年11～12月大雾发生前近地面层的气象要素(气温、降水、能见度、风向风速、相对湿度、云量等9个预报因子),将支持向量机(SVM)方法应用于大雾预报.采用支持向量机方法,应用径向基函数,建立了陕西公路站点大雾24 h预报模型,并进行了大雾预报的模拟、训练,其寻优标准TS评分达到了理想的效果.     

Wind Speed and Altitude Dependent AMDAR Observational Error and Its Impacts on Data Assimilation and Forecasting

Aircraft Meteorological Data Relay (AMDAR) observations have been widely used in numerical weather prediction (NWP) because of its high spatiotemporal resolution. The observational error of AMDAR is influenced by aircraft flight altitude and atmospheric condition. In this study, the wind speed and altitude dependent observational error of AMDAR is estimated. The statistical results show that the temperature and the observational error in wind speeds slightly decrease as altitude increases, and the observational error in wind speed increases as wind speed increases. Pseudo single AMDAR observation assimilation tests demonstrate that the wind speed and altitude dependent observational error can provide more reasonable analysis increment. Furthermore, to assess the performance of wind speed and altitude dependent observational error on data assimilation and forecasting, two-month 3-hourly cycling data assimilation and forecast experiments based on the Weather Research and Forecasting Model (WRF) and its Data Assimilation system (WRFDA) are performed for the period during 1 September-31 October, 2017. The results of the two-month 3-hourly cycling experiments indicate that new observational error improves analysis and forecast of wind field and geo-potential height, and has slight improvements on temperature. The Fractions Skill Score (FSS) of the 6-h accumulated precipitation shows that new wind speed and altitude dependent observational error leads to better precipitation forecast skill than the default observational error in the WRFDA does.     

石家庄高温闷热天气气候特征与预报方法

针对近年来频繁发生的高温闷热天气，应用石家庄地区17个站近29年的气温、相对湿度和市区8个自动站气温观测资料，采用EOF方法，分析了高温、闷热日数分布特征。结果表明：石家庄地区高温、闷热分布可由气候平均场和第一、第二特征场合成而得，前两个特征场累积方差达80％以上。纬度、海拔高度、地形与高温闷热分布密切相关，城市热岛效应对高温分布的影响可以通过第一特征场反映出来。高温、闷热的第一、第二特征向量场时间系数是日际变化量，它与石家庄市单站风、气温、本区南北向和东西向气压差密切相关，可根据单站要素预报，用回归方程计算得到，据此构成高温、闷热分布预报的EOF方法。经统计检验、拟合检验及预报检验。该方法取得了较为满意的效果，并可投入业务化。     

TK 2GPS人影探空火箭与L波段探空数据差异性分析

开展TK-2GPS人影探空火箭探测数据的分析检验,对于了解试验仪器的适用性和数据可靠性及其在人影中的应用前景非常重要。利用TK-2GPS人影探空火箭和L波段探空资料,采用平均偏差、均方根误差和相关系数等分析方法,对两种探空的温度、相对湿度、风向及风速等要素的差异性和变化特征进行了对比分析,并对可能造成差异的原因进行了探讨。结果表明:探空火箭与L波段探空同要素间均呈显著的正相关,通过了0.05及以上显著性检验。温度、风速平均偏差和离散度较小,相关性最好;相对湿度的平均偏差虽大,但相关性较好;风向在各高度层的离散度较大。两种探空的温度、风速垂直廓线变化趋势一致性高;相对湿度垂直廓线变化趋势存在一定差异,前者相对湿度较后者明显偏小。随水平探测距离的增加,探空火箭探测数据相对L波段探空的偏差值有所增大。通过相关分析建立的相对湿度订正方程,能很好地对探空火箭的相对湿度进行订正。     

辽宁省乡镇天气预报业务系统

辽宁省乡镇天气预报业务系统以高分辨率中尺度数值预报和自动气象站等加密观测数据为基础,以数值预报解释应用技术为依托,应用PP方程组和相似法结合制作乡镇站点的降水预报,建立起比较完善的乡镇天气预报业务流程,开发了辽宁省乡镇天气预报网站,实现了未来24 h辽宁省952个乡镇站点的降水、最高气温和最低气温3个要素的乡镇短期基本气象要素预报产品在网页上的下发、订正、保存、上报、评分和管理等功能。同时,概述了辽宁省乡镇天气预报系统的技术方法和工作流程。     

尉犁县地表蒸发量变化及影响因子分析

分析了尉犁县小型蒸发皿（直径20cm）蒸发量1970年至2006年之间变化情况,发现其呈线性减少的态势,分析在春、夏、秋、冬四季中变化情况,同样也保持此变化规律,只是强度不同。夏季蒸发量最大且下降的幅度最明显,其次是秋季、春季,最后是冬季,年均蒸发量最少,且下降趋势最不明显。 研究这一变化规律的相关性,发现年均蒸发量与相对湿度、年平均风速在0．01显著水平上相关,与年平均最大风速在0．05显著水平上相关。这种相关性在每个季节中的表现不尽相同。春季蒸发量与相对湿度、平均风速在0．01显著水平上相关,与最大风速在0．05显著水平上相关;夏季和秋季的蒸发量与相对湿度、平均风速在0．01显著水平上相关;冬季不具有这种相关性。蒸发量与相对湿度、8成以上低空云量出现日数负相关,与年平均风速、最大风速、2成以下低空云量出现日数正相关,除研究相对湿度、风速、不同成分低空云量出现日数与蒸发量间的相关性以外,还考虑了积温、降水量和日照时数等因子,这些因子与蒸发量关系不大。