我国古代观象机构从兴起到逐渐成熟,经历了近三千年的发展过程.古代观象机构受人员、观象仪器等原因影响发展缓慢,但观象传承从未中断,为近代我国气象台站的建设和发展打下了坚实的基础.
世界气象中心是世界气象组织(WMO)全球数据处理和预报系统(GDPFS)三级体系中的顶层业务机构,通过提供全球监测预报信息产品为国际防灾减灾和可持续发展做出了突出贡献.本文系统回顾了目前世界气象中心的发展现状,重点围绕无缝隙地球系统发展的理念,介绍了无缝隙预报、人工智能、云计算等最新相关技术进展,并结合先进全球业务中心的战略计划及WMO的最新政策对未来世界气象中心的发展趋势进行了初步展望.
环境是现代经济活动的重要资源投入,污染程度体现了这种投入的社会成本.大气环境的异质性会对大气污染的实际结果产生显著影响,使其具备资源的基本特征.根据大气污染的经济后果,结合天气变化与大气污染的机理,给出基本假设,构建衡量大气环境资源多寡的指数模型,并利用2015-2020年中国地面气象观测数据和空气质量监测数据进行实证检验.结果表明,用简化的气温、风速两参数指数模型衡量大气环境资源量,时间序列上与空气质量指数的负相关性非常显著,2020年,北京、上海、广州3个城市的空气质量指数变化,大部分时候都是因为大气环境资源量下降导致.在大气环境资源相对匮乏的城市,如成都、西安、郑州、沈阳等市,空气质量指数对大气环境资源变化的反馈更敏感,其边际反应程度是广州、长沙和上海等市的1～2倍.2015-2019年151个城市的面板数据分析显示,大气环境资源的空间差异性也十分显著,边际上,大气环境资源对空气质量指数的影响大致与工业排放的50%相当.两参数大气环境资源指数模型可以从短期和长期两个维度解释气象气候与大气污染的内在联系,对利用气象资源防治大气污染具有一定的实践意义.
全球气候变化对经济系统及其各个部门产生了重要影响,定量辨识气象条件变化对经济系统的影响是研究经济系统适应气候变化的迫切需要.利用京津冀地区工业、建筑业等五个行业的生产总值、资本存量等经济数据和气象数据,采用超越对数生产函数探究京津冀地区气象条件变化对行业产出的影响,定量揭示不同行业对气象条件变化的敏感性.结果表明,采暖度日(每增加1%)对建筑业、交通运输仓储邮政业、工业、批发零售业以及农业的边际产出弹性分别为-0.1501%、0.6197%、0.9309%、0.4473%以及-0.7311%,降温度日(每增加1%)对五个经济部门的边际产出弹性分别为0.0274%、-0.0208%、-0.0709%、-0.1028%以及0.0282%,降水距平百分率对五个部门的边际影响分别为-0.1643%、-0.1365%、-0.0005%、-0.0407%以及0.0407%.气候变暖对经济系统的负面影响逐渐增强,特别是对工业、交通运输仓储邮政业和批发零售业的影响更大,短期来看对建筑业和农业有利;降水对除农业以外的其他部门都为负面影响,对建筑业和交通运输业的负面影响最大.研究结果对探究气候变化对社会经济的影响规律,增强社会经济对气候变化的适应能力具有一定的参考意义.
《英国皇家气象学会季刊》(Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society,以下简称QJ,图1)是由英国皇家气象学会在1873年创办,发表气象的研究成果.随着气象学界的不断壮大和期刊的不断发展,QJ已成为国际气象领域最重要和最具学术影响力的期刊之一.
设计开发基于多普勒天气雷达资料和改进光流法的安徽省强对流天气短时临近预警服务系统,并已在合肥铁路货运气象服务中投入业务运行.该系统实现了0～1 h的雷达回波外推和雷暴大风外推预报产品的实时生成,提供雷达回波外推和雷暴大风外推预报产品以及大风实况的展示功能,并制定了强对流天气预警方案和预警短信靶向发布策略,实现强对流天气预警短信自动发布功能.
利用2019-2021年哈尔滨太平国际机场风廓线雷达资料和观测月总薄、年总薄资料,从低空急流月变化、日变化、风向、持续时间、中心速度、中心高度及其和降水的关系几个方面对低空急流的特征进行统计分析.结果表明:哈尔滨机场的低空急流有明显的季节性变化特征,春、秋季出现的概率明显高于夏、冬季;在一天中的任何时刻均可发生,其出现时间的日变化特征是在早晨到上午出现的次数最多,从午后开始逐渐减少,到午夜次数达到最低,此后次数又逐渐增多;以西南急流为主,从低空急流持续时间变化来看,持续时间为7～12 h的天数最多,持续时间大于18 h的次之,持续时间为4～6 h的天数最少;中心高度主要集中在0～500 m,中心速度集中在20 m/s;降水与低空急流有密切关系,除此之外,还和逆温层的存在有关;低空急流中心最大速度和单日最大降水量显著相关,低空急流中心速度的增大可能导致单日最大降水量的增多.
近年来,苏州市雷电灾害频发,对苏州市雷电灾害的风险区域差异化分级可为雷电灾害防御提供参考.基于2016-2020年苏州市三维闪电定位系统资料、高程数据(DEM)和土壤电导率数据进行归一化处理形成1 km×1 km的栅格数据,选取地闪密度、地闪强度、土壤电导率、海拔高度、地形起伏度5个指标分析苏州市雷电灾害致灾因子危险性,基于标准差分级法对致灾因子危险性结果进行风险区域等级划分.结果表明:高危险集中在常熟市的东北部,太仓市西北部;次高危险分布在虎丘区东部、吴中区东部和南部;中等危险分布于姑苏区北部;次低和低危险集中在昆山市和吴江区东部以及太湖地区(吴中区西部).
人类活动导致的外强迫是气候变暖归因的重点之一,而城市化(土地利用外强迫)是人类活动外强迫中的一个重要方面.国内外城市化对气候变暖的影响研究,在过去几十年间取得了很大进展,很有必要对其进行系统性总结及梳理.本文重点梳理了国内外背景站选取的主要方法,城市化对单个城市、区域及全球/半球气温的影响,城市化对极端气温的影响,城市化对气温影响的订正5个方面的内容.总体看来,城市化对单个城市及区域尺度气温序列的影响是十分显著的,而对半球及全球尺度气温序列的影响则没有一致的结论;城市化不仅对城市及区域尺度的平均气温有较大影响,而且对与城市及区域尺度最高、最低气温有关的极端气温事件也有重要影响.合理订正气温变化中的城市化影响,是改善气候变化监测、检测和预测结果的重要问题之一,目前有关城市热岛效应的时空分布特征及其对气温变化趋势的影响已有大量研究,但对于合理订正站点气温序列中的城市化影响工作还十分欠缺,在进行未来气候变化预估时也很少考虑城市化的影响,不少针对区域气候变暖的研究也没有考虑城市化的影响,这将严重低估城市或区域未来的变暖幅度以及过高估计区域历史气温的变暖幅度.最后,对城市化影响区域气温未来的研究方向进行了探讨.
加强气象教学团队建设是培养国家气象战略科技人才的基础,更是气象教学培训实现自身高质量发展的重要举措.本文探讨了气象高质量发展下教学团队的建设内容,提出了加强教学团队建设的措施建议.
利用阳泉市分辨率到乡镇的气象灾情资料和行业调查得到的灾害隐患点资料,通过划分行业和分灾种总结出气象灾害临界气象条件指标体系;分析了阳泉市暴雨、强对流、降雨诱发地质灾害(泥石流、滑坡、崩塌)、森林火灾的灾害风险空间分布特征;以气象灾害危险度评估为基础,用易损度订正,简化影响各重点行业的各天气种类的气象灾害风险评估方法;与气象部门天气预报业务对接,在阳泉市行业气象服务业务平台中建成灾害风险评估模块,可自动定时进行未来24 h气象灾害风险预评估;以气象灾害风险预评估结果和天气预报为基础,人机交互制作或自动生成行业影响预报,用于当地气象灾害防御工作.
数值预报系统已经发展成非常复杂的系统,对如此复杂的系统进行有效和协调的诊断是必要的.数值预报诊断是"基于问题、归于理解和终于协作"来解决问题而推动数值预报系统的进展.诊断一直是欧洲中期天气预报中心(ECMWF)研究和开发的一个活跃领域.面向ECMWF发展"从此处向何处去",一个诊断战略是必不可少的.诊断是面向数值预报系统的所有环节及其组成部分.同化是数值预报的一个主要组成部件,而且它是上接观测、下连预报的一个综采工作面,因此它的诊断范围是巨大的.本文面向CMA四维变分同化系统,思考国际上先进气象业务中心的相关工作,在理解清楚"哪些是基本的"和"客观上必须做的"基础上,以程序流的全过程和业务研发的内在逻辑进行我国同化诊断系统的顶层设计,形成其总体架构,包括同化系统的"输入信息""执行过程""输出结果""参数优化"和"新种类观测资料准入"的诊断,旨在初步形成一套日常例行的同化诊断能力.最后,面向工作的现实状况,提出开启这项工作的主要优先任务和开端性思考,特别是突出了它的前端基础任务和支撑性条件:通用、共用、特别是高度灵活性的同化诊断必备数据库建设;还思考了形成诊断工作固有属性的客观共识和按照它的实际样子,开启和推动中国气象局数值预报同化诊断系统研发基于"问题导向、科学理解和团结协作"的高质量发展.
1873年创刊的《英国皇家气象学会季刊》,凭借几代编辑长期耕耘,作为一扇窗口,见证了近现代气象科学从萌芽到成熟的全过程.主编们精选出的创刊150周年虚拟《纪念文集》覆盖大气成分、气候变化、大气动力学、全球环流、辐射传输和地球观测等多个领域,整体上诠释了气象科学过去一个半世纪,特别是在20世纪走向成熟和具有独特的学科特征的过程和精彩个例.
利用2005-2021年流感样病例(ILI)资料和同期气象资料,分析近17年来宁夏流感的流行特征,在月尺度上,探讨流感发病率与气象条件的关系,并初步揭示高发年份的气候特征.结果表明:宁夏流感年平均发病率为0.20‰,高发时段为冬、春季,夏季发病率最低;当月发病率与上月气象要素的关系密切,气温、气压、风速和日照时数是影响流感发病的关键气象因子;基于GAM模型的气象因素交互项对ILI例数变化影响效应反映出ILI例数的变化受多种气象因子共同作用;结合可视化图形直观分析主要气象因子间交互作用对流感样病例(ILI)例数变化的影响特征,发现气温是影响ILI发病的主导气象因素,拉尼娜事件易引起宁夏次年频繁的冷空气入侵,使得次年流感易出现高发.此结论可为流感发病风险的预测预报提供参考依据.
湿球温度是进行暖通空调和建筑设计等工程中必需的一个重要环境参数.但由于各种原因,国内各地气象站自2000年之后已经陆续停止了湿球温度的人工观测项目.为解决工程设计中缺少这个环境参数的问题,本文设计了一种利用气温、相对湿度和气压快速计算湿球温度的算法,并给出了Python语言实现的该算法的关键部分.经过比测,计算结果与传统人工观测相差较小,大部分情形下与观测结果一致.与常用的遍历法给出的结果差别很小(＜0.01℃).此方法计算速度极快,绝大多数情况下可在3步循环内计算得到精度在0.01℃的结果,完全可以满足实际工作中湿球温度的计算需求.最后给出了宁夏地区不同年代的夏季室外计算湿球温度的统计结果,分析了计算结果误差产生的主要来源,并给出了提高计算精度的思路.
气象数据产品供给端与需求端在工程设计时期存在较为明显的脱节,导致产生"数据有供给无需求、数据有需求无供给"等问题.通过设计一套工程集约化设计方法与工具,为加快工程项目推进、统筹国省建设资金提供实现路径.
雹云发展变化的物理过程研究,对进一步认识冰雹云,总结人工防雹作业经验,提高人工防雹的作业水平具有重要意义.利用多普勒雷达资料和MICAPS常规观测资料等,从天气形势、环境条件、回波演变及效果检验等方面,对2020年7月1日发生在青海省东部农业区的一次多点联合防雹个例进行分析.结果表明:雷达图上多个对流单体的合并,有利于雹云进一步发展;作业后回波最大强度、30 dBZ回波顶高、CR≥45 dBZ回波面积等均明显减弱;作业后5 min,作业区平均雨量出现跃增现象.在雹云跃增阶段、移动方向前沿进行多点联合过量播撒作业,能起到良好的防雹效果.
基于瓦里关地区2011-2019年采集的604个降水样品,分析了降水的pH值、电导率及离子浓度特征,并应用因子分析、富集因子、相关分析及后向轨迹法,讨论了降水化学特征和离子来源.结果表明:1)瓦里关地区降水pH值变化范围为4.37～8.13,加权平均值为6.13;2)电导率变化范围为2.47～153.2 μs/cm,加权平均值为14.87 μs/cm;3)离子总浓度变化范围为21.46～2027.55 μeq/L,加权平均总浓度为232.05 μeq/L,各离子加权平均浓度大小顺序为Ca2+＞NH4+＞SO42-＞NO3-＞Cl-＞Na+＞Mg2+＞F-＞K+;Ca2+是降水中主要的阳离子,其浓度为89.73 μeq/L,对离子总浓度的贡献率为39%,SO42-为降水中主要的阴离子,其浓度为38.34 μeq/L,对离子总浓度的贡献率为17%;瓦里关地区降水中各离子浓度除NH4+外,均表现出冬春季偏高,夏春季较低的趋势;4)中和因子分析表明,Ca2+、NH4+对降水酸性的中和起主导作用;5)海盐示踪法和相关性分析显示,研究区降水离子主要来自陆源贡献,Na+与Cl-基本来源于海源,Ca2+、NO3-和SO42-基本由陆源贡献,海源和陆源对K+、Mg2+都有一定的贡献;6)后向轨迹分析显示,瓦里关地区降水离子浓度主要受西风源和局地源影响.
青海省内已建成10个高原地气交换通量观测站,其中三江源区域内7个、柴达木盆地内1个、青海湖流域内1个、祁连山国家公园内1个,观测场下垫面有温性草原、高寒草原、高寒草甸、高寒湿地、荒漠化草原和沙漠.为了保障站网运行和数据有效管理,青海省气象局开发了野外试验数据综汇管理平台.
