气象科技管理信息系统

气象科技管理信息系统

当前位置:首页 / 科技成果 / 成果展示 / 正文阅读

行业专项成果综述-多源土壤湿度业务数据的融合技术研究

发布者:张岳   来源:   发布时间:2021/1/8 16:35:22   标签:   浏览次数:1104

项目编号GYHY201306045

研究周期2013年1月-2015年12月

国拨经费264万元(压减至252万元)

项目负责人】师春香

项目骨干成员师春香、姜立鹏、梁晓、张涛、徐宾、贾炳浩、吕厚荃、吴东丽、韩帅、孙帅、朱智、张蕾

项目承担单位国家气象信息中心

项目协作单位国家气象中心、中国气象局气象探测中心、中科院大气所

主要研究成果

1、研究建成CMA陆面数据同化业务系统第一版本(CLDAS-v1.0

基于多重网格三维变分技术(STMAS),将NCEP/GFS数值模式分析/预报产品作为背景场与地面观测数据融合,开展近地面温压湿风融合技术研究,研制完成高质量的气温、气压、湿度、风速等大气驱动数据。针对地面入射太阳辐射要素,优化了太阳辐射卫星反演技术、发展了太阳辐射站点观测模拟技术和太阳辐射融合技术。利用高质量的大气驱动数据,驱动陆面模式CLM3.5模拟,建立CMA陆面数据同化业务系统第一版本(CLDAS-v1.0)。CLDAS-v1.0系统于20137月投入业务试运行,实时和近实时输出东亚区域(0 o-60 o N70 o -150 o E)、垂直6层(0-50-1010-2020-4040-8080-200 cm)、0.0625 o1小时土壤湿度业务产品和气温、气压、湿度、风速、辐射等大气驱动产品(如图1),产品通过CMACast全国下发,目前已在国家气候中心、青海、内蒙、吉林、广西、云南、湖南等多家单位和多省/自治区得到推广应用。

2、升级建成CMA陆面数据同化业务系统第二版本(CLDAS-v2.0

针对降水要素,开展基于中国风云静止与极轨卫星以及近10颗国际极轨卫星微波降水信息的多卫星降水集成技术和多源降水数据融合技术研究,并重点针对冬季固态降水观测存在问题研发了人工观测日降水时间降尺度技术和降水相态识别方法。针对近地面温压湿风气象要素,发展了基于变分分析的近地面气象要素观测时间降尺度技术。针对地表温度、土壤温湿度等陆面要素,发展了CLM3.5Noah-MPCoLM等多陆面模式模拟与集成技术,201511月技术方案通过专家论证。基于高性能并行计算、业务系统自动化调度等技术实现了上述研究成果向业务转化, 201612月系统从基于单模式的CLDAS-V1.0升级到基于多模式集合模拟技术的CLDAS-V2.0,实现中国气象局业务化运行。CLDAS-v2.0实时和近实时输出亚洲区域(0 o -65 o N60 o -160 o E)、垂直5层(0-50-1010-4040-100100-200 cm)、0.0625 o1小时的土壤湿度业务产品和气温、气压、湿度、风速、辐射等大气驱动产品,业务产品通过CMACast系统、国家气象业务内网以及中国气象数据网实时分发,在智能网格预报、精细化气象服务、生态水文、灾害监测、重大活动气象保障等业务科研领域得到广泛应用,科技贡献突出,产生了重大社会和经济效益。

3、建成CLDAS-V3.0土壤湿度同化原型系统

CLDAS-V2.0多陆面模式模拟的基础上,开展土壤湿度同化的研究,并基于ecFlow建成了CLDAS-V3.0土壤湿度同化原型系统,能够实时输出东亚区域(0 o -65 o N60 o -160 o E)、空间分辨率0.0625°、时间分辨率1h的土壤湿度站点同化结果。该原型系统目前已通过专家论证。

4、完成人工观测土壤湿度数据整理与质控,形成数据集

通过对全国247个人工土壤观测站历史数据集,利用土壤水文常数和土壤湿度极值理论,研发了人工观测土壤湿度数据质量控制方法,基于C++编译环境开发土壤湿度数据整理分析工具软件,完成了经过严格质量控制的土壤湿度数据集。利用该技术特点研发数据处理软件,使得土壤湿度数据异常值的检测具有可视化、方便、高效的特点。针对AB887个站点土壤湿度人工观测数据,进行数据筛选和剔除,经过判定后,通过土壤容重、田间持水量与相对湿度转换关系,共生成三套土壤湿度数据集。基于严格质量控制后的土壤湿度数据,根据中国气候特点,将中国划分为12个气候区域:东北、内蒙古、华北、黄淮、新疆、西北地区中东部、江淮、江汉、江南、华南、西南和青藏高原地区,分析了不同气候区域0~50cm逐层的土壤湿度时空分布规律,结合采用趋势分析和Cramér-von MisesCVM)方法探究了土壤湿度的变化趋势及突变性。

5、完成自动观测土壤湿度数据质量控制,形成质控后数据集

依托本项目,在中国气象局气象探测中心建立了一套数据质量控制方法,形成了一系列业务可用性评估体系,研制了一套标有质控码的自动土壤水分数据集;研究了自动土壤水分自动与人工对比观测结果,概括了中国自动土壤水分观测质量特点,编制了提高自动土壤水分观测质量的实施方案。项目成果也应用到探测中心业务中,项目研制了土壤水分质控算法1.0版和2.0版,在探测中心“天衡”系统中应用,2.0版改进了突变检测算法, 新增温度一致性、降水一致性和断点检测等3种质控算法,进一步提升了自动土壤水分网数据质量。

成果应用情况

基于本项目建立的中国气象局陆面数据同化业务系统(CLDAS),第一版本于20137月投入业务试运行,升级后的第二版本于201612月投入业务运行。产品通过CMACast系统、国家气象业务内网以及中国气象数据网实时分发,在智能网格预报、精细化气象服务、生态水文、灾害监测、重大活动气象保障等业务科研领域得到广泛应用,科技贡献突出,产生了重大社会和经济效益。例如,CLDAS有力支撑了中国气象局智能网格预报业务改革,基于CLDAS实况格点分析产品建成的全格点快速滚动建模预报系统已在青海、西藏、新疆等多个地区实现本地化应用;在水文监测方面,CLDAS支撑水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心、河海大学等建成了旱情监测预警系统和陆地水文极端事件模拟监测系统,在辽西北、云南、长江中下游等地区发生的区域性干旱事件监测中发挥了重要作用;在一带一路建设方面,CLDAS有力支撑了“一带一路”沿线国家高温预警和干旱监测业务;在内蒙古生态与农业气象中心等多个省市气象局,CLDAS作为重要数据支持了当地干旱监测、高温监测、台风监测等重要气象业务工作;在精细化气象服务方面,CLDAS产品应用于中国气象局官方手机决策气象服务客户端“中国气象”,服务用户30万次。

基于本项目研制的经过严格质量控制的全国人工土壤水分观测数据集,为各种陆面模式的验证与改进提供了可靠的数据支持,已在项目组内部得到应用。

基于本项目建立的自动观测土壤湿度数据质量控制方法,自201411日在中国气象局气象探测中心业务试运行,201661日起在国家级、省级正式业务化运行以来,质控算法运行稳定,能够满足目前国家级和省级考核对自动土壤水分设备运行监控以及业务评估的要求,能够实时、准确的判断自动土壤水分设备在线运行状态、数据质量情况等,为维护维修和实时保障等提供了科学的方式和方法。在每个月的《综合气象观测系统运行监控质量分析报告》中基于该算法,评估自动土壤水分观测仪业务可用性,给管理和业务部门提供参考依据。


设为首页 | 加为收藏 | 网站介绍 | 联系我们
版权所有:中国气象局  网站维护:中国气象局气象干部培训学院
业务咨询:010-68406632 技术支持:010-68406578/68409227
地址:北京市海淀区中关村南大街46号 邮编:100081 EMAIL:kjgl@cma.gov.cn 京ICP备 15008089号-2
访问次数[53044044] 当前在线[0]