山西一次特大暴雪过程的数值模拟

应用常规气象观测资料和NCEP 1＆#215;1＆#176;再分析资料以及WRF模式,对发生在2009年11月9日至12日山西境内的特大暴雪过程进行不同物理参数化方案对暴雪影响的敏感试验。结果表明：集合平均预报较控制预报具有明显的改善效果,选取合理的物理方案对降水预报有重要作用,模式的积云参数化方案对模拟降水落区和量级影响较小,微物理化方案对降水极值中心位置的模拟有明显变化,模式边界层方案对降水的范围有所改变。通过检验模式集合预报能力表明,模式集合预报评分随着降水量级的增大而提高,尤其对大雪、暴雪和大暴雪的预报效果更加明显,但对极值预报仍不尽人意;集合系统可较好地模拟出此次暴雪过程,为山西暴雪过程预报模式的参数配置方案提供有价值的参考。     

青藏高原东侧易发山洪小流域监测预警技术

项目建立雷达和快速同化模式的逐时滚动5, km分辨率0～3, h定量降水融合外推技术,在短时临近降水预报准确率上比原始雷达定量降水预报和快速同化模式降水预报准确率提高了3％～5％.国内首次将5, km格点降水预报与易发山洪小流域GIS边界结合,计算小流域实况和预报面雨量,滚动制作短临和短期山洪气象风险格点预警产品,准确...     

地基GPS大气水汽监测系统研发与应用

"地基GPS大气水汽监测系统研发与应用"于2005年启动,受国家科技基础条件平台、国家自然科学基金、公益性科研院所基本科研业务费专项资金以及湖北省气象系统科技发展基金等项目支持,经费557万元.汇集中国气象局武汉暴雨研究所、湖北气象信息与技术保障中心、武汉大学等3家单位的优势科研力量,经5年研发,3年业务运行检验,在技术研究、网站建设、系统开发、推广应用等方面取得进展和成果.     

一种全球二维电离层TEC模式的预报方法

利用GPS／GLONASS地面观测站以及其它仪器的观测资料所得到的全球电离层图,计算出球系数序列。对球系数序列采用二元（太阳黑子,10．7cm的太阳辐射能量）线性回归分析、周期函数拟合、AR模型的Burg算法预报等数据处理方法进行预报,最后得到了全球电离层预报模型,并给出了精度评定的结果。     

资水中下游防洪预警系统

水患一直是湖南省的忧患，1995～1999年，五年四灾，直接损失近干亿元。特别是位于益阳市的资水中下游地区，降水分布不均。在拓桃之间，直接距离近100公里和1万平方公里的区域内山洪暴雨预报和水文水位预报，因地形复杂、探测资料奇缺，使预报的难度很大。     

三维云信息的融合方法研究与软件研制

项目将自主研发适应中国业务环境的三维云信息融合分析系统,系统可生成集多颗卫星、多部雷达、地面常规和非常规等多种观测资料优势为一体的三维云信息产品。通过攻克多种观测资料获取、质量控制和误差分析、三维云信息协同融合分析方法、以及与云分析密切相关的三维温度场、三维水汽场融合分析方法等关键技术,生成三维云信息产品,并开展三维云信息产品在数值预报模式热启动中的应用试验,以及研发三维云信息显示和分析工具软件。     

定量降水估计（QPE）和短期定量降水预报（QPF）

我国地处东亚季风区,是暴雨频发和多发地带。每年汛期,致洪暴雨引发的洪涝灾害造成国民经济与人民生命财产的巨大损失。正确的定量降水估计和短期定量降水预报（特别是暴雨监测和预报）是各级政府指挥抗洪救灾的主要科学依据之一,开展对暴雨的深入研究是国家十分紧迫的重要需求。目前我国的暴雨定量预报准确率仅有百分之十几（TS评分）,与发达国家（美国为百分之二十几）还有很大差距。同时,暴雨预报和服务水平与社会经济和人民生产生活高速发展的迫切需求间距离也越来越大,主要表现在：①定量降水估计的精度还有待于进一步提高;②对极易致灾（流域洪涝、山洪爆发、城市积涝）的特大暴雨的预报水平还很低;③对暴雨过程强降水时空结构的精细化预报能力还有待提升;（4）对突发性、频发性和持续性暴雨过程的预报能力还显不足。     

轻型感应耦合数据传输温盐链系统

海水的温度和电导率（盐度）是最基本的海洋水文参数,尤其是浅海温盐变化快,监视浅海不同深度的温盐状况,在预报和减灾上可以为海洋环境数值预报和灾害性海况遥测提供数据资料;在军事上可以提供海洋环境实测数据,用于声纳作用距离预报和潜艇航行航道保障;在海洋养殖中可以预报海水环境变化规律,控制生物较佳养殖环境。     

基于GRAPES的综合临近预报系统（雨燕GRAPES-SWIFT）

在我国,台风、暴雨、雷雨大风、雷电、龙卷风、冰雹等灾害天气及其产生的次生自然灾害连年不断,近年来全球气候变暖的加剧,导致突发气象灾害发生更加频繁。本项目研究瞄准国家防灾减灾需求和气象灾害应急响应的需要,依托中尺度数值预报模式及其快速循环更新同化系统产品,融合新一代天气雷达、卫星、闪电定位仪、GPS／MET、风廓线雷达和自动气象站等探测资料信息,     

广西地质灾害气象预报预警业务系统

“广西地质灾害气象预报预警业务系统研究”项目深入分析了广西主要地质灾害时空分布特征和降水诱发地质灾害特点，在广西率先应用GIS技术构建了广西地质灾害气象预警区划图；对暴雨诱发广西地质灾害的大气环流特征进行分类，建立了华北低槽，高原东部低槽、西南低涡、台风等四种暴雨型地质灾害模型；利用MM5中尺度数值预报模式技术结合T213数值预报产品，建立了广西地质灾害的预报模型利用现代计算机网络技术开发了广西地质灾害气象预报预警业务系统，     

强对流天气的雷电活动及其与降水和动力结构的关系研究

强对流天气不仅常产生强烈的降水、破坏性大风和冰雹等严重的天气灾害,而且还伴有强烈的雷电,造成雷击灾害,给当地的工农业生产和人民生活带来严重的损失。对冰雹、暴雨、大风等灾害性天气的闪电时空分布特征及其预报性的研究缺乏系统性,已经严重制约了雷电的监测预警预报业务。     

上海地区细菌性食物中毒预警模型研究

通过筛选分析各相关因子与感染性腹泻之间的关系,采用多元线性回归方法建立细菌性食物中毒预警模型。以上海医院肠道门诊感染性腹泻病例监测数据作为因变量,分析其与盒饭不合格率、熟食卤味不合格率、原料中副溶血性弧菌阳性率、平均气温、水汽压、降水量和平均风速的相关关系,采用逐步回归方法,分别从月和日两个时间尺度对感染性腹泻的影响因子进行筛选,建立多元线性回归模型,并利用2009年和2008年的逐日感染性腹泻指数进行拟合验证,最终建立细菌性食物中毒预警模型。得出结果,逐日感染性腹泻指数与逐日气温、逐日水汽压关系最为密切,以气温和水汽压（前1日）作为自变量,采用多元线性拟合方法建立了感染性腹泻指数预报模型,并且与实际观测值有较好的拟合效果。因此,上海地区细菌性食物中毒的发生与气温、水汽压有一定的关系,基于上述因素建立的预警模型对细菌性食物中毒的发生具有较好的预警效果。     

北京市空气质量预报技术研究

文章开展了动态统计、数值模拟、判别预报、集成预报平台开发等多种空气质量预报技术研究。建立了包含相关性分析、线性回归、判别分析、分类回归树等多种统计分析方法与技术的动态统计预报系统,在国内首次实现动态统计业务预报;将NAQPMS、CMAQ、CAMx、AQMDSS、ARfA等五个国际上先进的空气质量数值预报模型进行集成,搭建多模型空气质量数值预报系统;研发了北京市空气质量预报综合业务平台,将各类监测数据、预报资料、统计模型、多模式数值模型系统以及沙尘判别预报结果集成,丰富和提高了北京市空气质量的预报手段及能力;成功地将各类预报技术服务于2008北京奥运空气质量预警预报工作中,并对北京奥运会开幕式前夕出现不利于污染物扩散的天气形势进行了准确的预警预报,为管理部门及时采取奥运空气质量保障的应急措施提供了重要的科技支撑,为奥运空气质量保障工作做出了重要贡献。     

全球定位系统（GPS）简介

一、GPS系统及构成全球定位系统即Global Positioning System,简称为GPS,是美国国防部为军事目的而研制的导航定位授时系统,旨在彻底解决陆地、海上和空中运载工具的导航和定位问题。该系统从1973年开始设计研制,在经过了方案论证、系统试验后,于1989年开始发射工作卫星,1994年全部建成并投入使用。GPS系统的组成可分为：(1)空间卫星星座部分(2)地面监控部分(3)用户设备部分前两部分是用GPS进行定位的基础,用户只有借助于用户设备才可达到定位的目的。空间卫星星座 由均匀分布在6个轨道面内的24颗卫星组成(其中有3颗是备用卫星),每个轨道上分布有4颗卫星,轨道的平均高度约为20200km,偏心率为0.01,轨道相对地球赤道倾角约为55度,卫星运行周期为11小时58分。GPS卫星的这种空间分布使得同一观测点上每天出现的卫星分布图相同,只不过每天的时间提前约4分钟;并且每颗卫星每天约有5个小时在地平线以上,同时出现于地平线以上的卫星数目最少为4颗,多达11颗,随时间和地理位置而异;因卫星信号的传播和接收不受天气影响,故GPS是一种全球性全天侯的连续实时定位系统。从1979年开始至今已有三代GPS卫星,分别为BlockⅠ,BlockⅡ和BlockⅢ。第一代(BlockI)为GPS实验卫星,现已停用;第二代(BlockⅡ,ⅡA)为GPS工作卫星,至1994年已发射完毕;第三代(BlockⅢ,ⅡR)正在设计中。GPS卫星的主体呈圆柱形,直径为1.5m,重约774kg(包括310kg燃料),两侧设有两块双叶太阳能电磁板,它能自动对日定向,以保证卫星工作供电。每颗卫星装有4台高精度原子钟,为GPS定位提供高精度的时间标准。GPS卫星的基本功能为：(1)接收和储存由地面监控站发来的导航信息,接收并执行监控站的控制指令;(2)卫星上设有微处理机,进行部分必要的数据处理工作;(3)通过星载的高精度铷钟和铯钟提供精密的时间标准;(4)向用户发送定位信息;(5)在地面监控站的指令下,通过推进器调整卫星的姿态和启用备用卫星。地面监控部分 包括卫星监测站,主控站和信息注入站,主要由分布于全球的5个地面站构成。卫星监测站设有双频GPS接收机,高精度原子钟,计算机和环境(气象)数据传感器。该站在主控站直接控制下自动采集数据,对GPS卫星连续观测,并监控卫星工作状况。观测资料经初步处理后存储并传送给主控站,以便确定卫星的轨道。主控站设在美国的Colorado springs,除协调和管理所有地面监控系统外,其主要任务是：(1)由本站及其他监控站的所有观测资料,推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气层的修正参数等,并把这些数据传送到注入站;(2)提供全球定位系统的时间基准;(3)调整偏离轨道的卫星并使之沿预定轨道运行;(4)启用备用卫星以代替失效的工作卫星。注入站由分设在印度洋的Diego Garcia,南大西洋的Ascencion和南太平洋的Kwajalein三个站组成。其主要设备包括天线(直径3.6m),C波段发射机和计算机。注入站的作用是在主控站的控制下,将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其他控制指令等注入到相应卫星的存储系统中,并监测所注入信息的正确性。用户设备部分 用来接收GPS卫星发射的无线电信号,以获得必须的卫星轨道信息及观测量,经数据处理而得到定位结果。随着GPS应用领域的日益扩大,用户设备依用途不同而异,主要由GPS接收机硬件,数据处理软件,微处理机及其终端设备组成;硬件又分为主机、天线和电源。二、GPS定位的基本原理及系统运作方式1.GPS卫星星历及坐标系统GPS定位处理中,卫星轨道通常是已知的。卫星轨道信息用卫星星历描述,具体形式可以是卫星位置(和速度)的时间列表,也可为一组以时间为引数的轨道参数。按提供方式又可分为预报星历(广播星历)和后处理星历(精密星历)。卫星的位置(和速度),及用户定位计算的点位(未经坐标转换时)都是在协议地球坐标系(或叫地固系(ECEF))中表示的,其原点在地球质心,正z轴指向协议平均地极(CTP),正x轴指向赤道上的经度零点(格林尼治平均天文台)y轴与z轴和x轴构成右手坐标系。GPS定位中的WGS-84坐标系和ITRF坐标系均属地固系。另外GPS系统主控站维持有专门的时间系统,称为GPS时,这是一种连续且均匀的时间系统,原点为1980年1月6日0时UTC,单位同国际单位制(SI)时间的秒定义,其后GPS时不受跳秒影响。2.GPS定位的基本观测量及基本定位原理GPS卫星中采用了现代数字通讯技术,运用多级反馈移位寄存器产生伪随机噪声码(Pseudo Random Noise,PRN),这种伪随机码形成各GPS卫星的两种测距码,即C/A码和P码(或Y码);此外GPS卫星所播发的信号中还包括载波信号和数据码(或称D码)。这三种信号分量都是在10.23MHZ的基本频率控制下产生的。其中数据码包含有关卫星星历、卫星工作状态、时间、卫星钟运行状况、轨道摄动改正等导航信息。GPS卫星以L波段中的两种不同频率的电磁波为载波：L1载波频率为10.23×154MHZ=1575.42MHZ;L2载波频率为10.23×120MHZ=1227.6MHZ;P码频率为10.23MHZ;C/A码频率为10.23/10=1.023MHZ;数据码频率为10.23/10/1023/20=50HZ。GPS定位中的基本观测量包括伪距和载波相位。接收机在跟踪卫星信号时,机内同时产生被跟踪卫星的码信号的复制码。为将该复制码和进入到接收机内的卫星信号对齐(相关),码跟踪环路产生时移和多普勒频移;至两信号对齐时所需的时移乘以光速,即为所谓的伪距。其中包含了卫星和接收机时间系统的偏差,以及卫星信号在电离层和对流层中传播引起的时延,因而伪距的基本观测方程为：P=[(X_R－X_S)²＋(Y_R－Y_S)²＋(Z_R－Z_S)²]^1/2+(V_S－V_T)·C其中卫星X_S、Y_S、Z_S、V_S分别为观测时刻的卫星坐标和卫星钟差,均可由观测时间和卫星历星求出;V_T为接收机钟差。由于P中已作了电离层和对流层的延迟改正,因而上式中只包含X_R、Y_R、Z_R和V_T等4个未知数。欲通过GPS定位观测求得X_R、Y_R、Z_R,必须同时有4颗卫星的观测量P₁…P₄;由GPS定位系统中卫星的布设可知,任何时刻于任何地点均可获得至少4颗卫星的观测量,因而通过该系统的伪距观测量随时可获得空间定位结果。这种定位称为单点定位或绝对定位,其实质是测量学中的空间距离后方交会,由此可说明GPS定位的基本原理。载波相位是指接收到的具有多普勒频移的载波信号与接收机产生的参考载波信号之间的相位差。由于无法直接测定载波信号在传播路线上的相位变化的整周数,故存在整周不定性问题。另外由于观测环境等影响因素,其中还会产生整周跳变,因而与伪距观测定位相比,数据处理变得复杂,往往难以实现单次观测定位,不过由于相位观测量的精度比伪距观测值的精度高得多,它被用作相对定位,即精确地求定一点相对于另外一点的位置和精度。相对定位是指给定至少一个已知点坐标,用两台或多台GPS接收机的观测数据推求其余未知点坐标参数的定位方法。它与绝对定位一起构成了GPS定位的两种基本模式。由于绝对定位可直接实时地获取观测点的地理坐标,因而该方法被广泛地应用于飞机、船舶及车辆等运动载体的导航和调度,以及在GIS(地理信息系统)中用作点位数据的采集等。相对定位由于其精度高,因而在大地测量、地球动力学和许多其它应用场合中需要采用这种定位模式。三、 美国政府的GPS政策及用户的措施鉴于GPS定位技术在军事上的重要性,美国政府在该系统的设计及运行中均采取了一些措施来限制非经美国特许的用户利用GPS定位的精度,因此将定位服务分为精密定位服务(PPS)和标准定位服务(SPS)。前一种针对美国军事部门及其特许用户,其实时单点定位精度可达510m;后一种则针对非特许用户,实时单点定位精度则降为100m(水平)和150m(垂直),这是因为其中采取了SA技术(Selective Availability)和AS技术(AntiSpoofing)。AS包括人为降低广播星历精度和在卫星钟频信号中加入钟频抖动;AS技术则将p码与保密的W码相加形成Y码,这种码严格保密,以防敌方干扰和电子诱骗。有鉴于此,目前普通用户普遍采用差分GPS技术来消除SA技术和AS技术对GPS定位的影响。经实施差分改正后的实时定位精度可达25m或更好(水平)。使用载波相位观测时,采用RTK差分技术可得到厘米级的实时定位精度。为从根本上消除这类影响,可建立地区GPS卫星跟踪网,采用广域差分GPS(WADGPS)技术自行确定GPS卫星精密轨道和差分改正数,以达到精确定位和导航的目的。四、GPS应用概况GPS是现代空间技术,计算机技术与现代通信技术发展的结晶。这种空间定位与导航系统成为20世纪后期人类科技进步的里程碑。同时它将更广泛地渗透到地球物理学、海洋学、天文学、航空航天与遥感、交通及通信、气象科学等领域,并不断推动科学技术的发展与进步。GPS的典型应用包括：(1)大地测量,工程测量,城市规划及资源管理中的定位。(2)地壳板块运动监测,地表沉降,建筑物形变及灾害的监测和预报。(3)飞机着陆,公路、铁路车辆运行监控与管理。(4)大气电离层变化分析,大气水汽含量及变化,遥感,天气预报。(5)旅游,渔业和探险中的定位和定向。(6)授时,通信网络与电力网络等时间同步服务。(7)飞行器的轨迹及空间姿态的测定和预报。* 杜道生教授是地理信息名词审定委员会委员。     

降雨型地质灾害预报预警方法研究

本文以黄土高原为例,利用47年的降雨型地质灾害资料和相对应降雨资料,采用统计方法建立诱发地质灾害日综合雨量方程,得出崩塌和滑坡启动值、加速值、临灾值的临界日综合雨量.考虑地质灾害风险区划、降雨影响系数,日综合雨量,以高时空分辨率自动气象站降雨观测资料和定量降雨预报预警为基础,建立地质灾害逐时动态日预报和逐时预警相互衔接的精细化地质灾害预报预警模型.     

支撑沙尘暴定量遥感和模式预报技术改进的综合观测

依托已经建成的国家沙尘暴监测网络以及我国典型沙尘暴发生区域的常规气象观测站网，针对沙尘暴卫星遥感监测、沙尘暴数值预报模式方面的不确定性问题，开展大范围的野外台站观测试验和典型沙尘过程天基和地基同步强化观测试验，采集典型沙尘源区地面土壤样品以及沙尘期间的干沉降样品，     

我国新一代数值预报系统GRAPES的改进与业务化应用

1 课题总目标 在“十五”科技攻关项目“中国气象数值预报系统技术创新研究”开发与建立的以直接同化卫星遥感资料为主的三维变分同化系统与全球中期数值预报模式的基础上,整合建立完整的、具有业务运行能力的全球中期／有限区同化预报系统,并投入实时业务运行。     

短时临近预报预警系统(VIPS)的应用推广及发展趋势

本文介绍了北京市气象局短时临近预报预警系统(VIPS,Very-short-range Interactive Prediction System)在北京2008年奥运会期间的应用及其近几年在华北区域的推广应用情况.该系统以开源地理信息软件 OpenMap 为核心,将丰富的气象实况探测资料(如区域组网雷达、自动气象站、闪电定位等资料)及多种临近预报产品与精细的地理信息以图层形式进行叠加,可对强对流天气的发生、发展在短时临近时间尺度内进行综合分析,并据此实现临近天气预警产品的人机交互快速编辑、制作与快速分发,满足了北京奥运气象预警制作发布及现场服务等需求.根据近年来推广应用及国际交流情况,本文进一步阐述了未来短时临近预报预警系统的发展趋势.     

短时临近预报预系统（VIPS）的应用推广及发展趋势

本文介绍了北京市气象局短时临近预报预警系统（V1PS,Verysnort—range Interactive Prediction System）在北京2008年奥运会期间的应用及其近几年在华北区域的推广应用情况。该系统以开源地理信息软件OpenMap为核心,将丰富的气象实况探测资料（如区域组网雷达、自动气象站、闪电定位等资料）及多种临近预报产品与精细的地理信息以图层形式进行叠加,可对强对流天气的发生、发展在短时临近时间尺度内进行综合分析,并据此实现,临近天气预警产品的人机交互快速编辑、制作与快速分发,满足了北京奥运气象预警制作发布及现场服务等需求。根据近年来推广应用及国际交流情况,本文进一步阐述了未来短时临近预报预警系统的发展趋势。     

基于克立格算法的区域四维电离层电子密度并行反演

1 项目概述 电离层电子密度分布是无线电测量技术进行电离层介质改正和研究电离层、太阳活动以及与其它各圈层活动关系（如地球磁层、大气层、地壳剧烈运动等）的关键。最近十年来,全球导航卫星系统（GNSS）特别是星载和地基全球定位系统（GPS）的发展使得GNSS成为快速监测电离层的有效手段,为此我们提出了一种新方法,以国际参考电离层IRI为背景和初值,利用多种GNSS测量,根据电离层电子密度分布的空间相关特性,应用地学统计学内插算法中的克立格算法,进行了电离层总电子含量TEC的反演和基于三次样条基函数的四维电离层电子密度反演,并针对GNSS数据量庞大的特点,采用OpenMP并行计算模型来精确快速解算电离层总电子含量和电离层电子密度分布。