NRSM短期气候模式对温州台汛期预测能力检验(Ⅰ):月和季降水检验

利用NRSM短期气候模式对台风重灾区浙江省温州市的台汛期(7-9月)的短期气候的要素──月和季降水量进行预测。结果发现,模式形势场的预报与实况场有很好的对应,形势场有很高的利用价值;模式对极端天气预报效果好,模式对预报的第1个月特涝准确率较高,对涝的预测能力较强;对第2、3月的特旱预报准确率较高,对旱的预测能力强;模式对各地7～9月份台汛期旱涝趋势准确率可达50%～70%;但模式还存在一些不足有待改进。     

我国动力气候模式预测系统的研制及应用

动力气候模式是目前国际上开展气候预测的主要工具。经过8年多的研制和发展,国家气候中心已建立起第一代动力气候模式预测业务系统,并以此为平台,形成了一套包括月、季节到年际时间尺度的模式预测业务。20年历史回报试验和1年多的试验性业务运行结果表明,该系统对东亚区域的季节预测具有较好的预测能力,其预测结果巳经成为我国短期气候预测业务的重要参考信息。     

短期区域气候预测系统及回报试验

为了提高短期区域气候预测准确率,针对我国大陆区域及周边海域,通过国家气候中心全球海气耦合模式嵌套一个区域大气-海洋耦合模式,建立了一套短期区域气候预测系统。利用该预测系统对2006-2011年逐年7月的气候特征进行了回报试验,对比分析了区域模式相对于全球模式预测高空形势场的差异,评估了预测系统对地面温度和降水的预测能力。试验表明:同化后,初估场质量显著提高;区域模式在预测高空形势场方面优于全球模式;相对于单独的大气模式,海气耦合模式在预测中低空的温度和湿度方面有一定的改善;系统对地面气温和降水均具有一定的预报能力,其中降水预测稍好。     

赣东主汛期模式降水预报检验分析

基于ECMWF模式形势场预报资料及JAPANFAX、GFS、EC-THIN、JMA、T639、NCEP等11家模式降水预报资料,从面雨量、极值降雨量2个方面对2015年江西省抚州市主汛期(6月上旬至7月上旬)区域性暴雨的降水预报结果进行了短期主观检验,对比分析了11种数值模式对江西省抚州市区域性暴雨系统预报的效果。结果表明:1)在面雨量预报方面,EC集合预报、T639模式预报、GFS预报在主汛期的降水预报准确率较好; 2)在极值降雨量的预报方面,EC-THIN、T639模式预报在主汛期的降水预报准确率更好; 3)得到本地化预报准确的模式,再对2016-2017年的强降水天气过程的面雨量和极值降水量进行了预报验证,找出这2个要素的预报思路及指标,为今后主汛期降水起到较好的参考指导意义。     

短期气候预测中基于预报因子的误差订正方法研究

依据动力-统计相结合进行短期气候预测的基本思想,为了将统计经验运用于动力预报中,提出了基于预报因子的误差订正新方法(PREC).分析表明,该方法能够有效利用预报因子与模式预报误差之间的显著相关关系,并通过建立统计预报模型对预报误差进行估算和订正.进一步利用国家气候中心CGCM的季节回报数据,并选用表征气候系统年际变率最主要模态ENSO循环的特征量(即Nio3区海温指数)作为物理预报因子,将PREC应用于动力季节预测试验.相比于传统的系统误差订正,利用前期预报因子信息的PREC对夏季平均环流和降水量预报结果均有不同程度改善,从而为利用统计经验改进短期气候预测提供了新途径.     

揭开汛期降水变化的奥秘:厄尔尼诺回响曲

 20世纪中国长江流域3次特大洪涝均发生在厄尔尼诺次年夏季。介绍了短期气候预测的科学原理,回顾了人们对气候变化机理的探索历程,总结了汛期降水预测取得的最新进展和面临的挑战;最后分析2015年发生的超强厄尔尼诺事件给2016年中国汛期降水带来的影响。     

气候场主成分回归预测模型在海南岛汛期降水预测中的研究应用

计算与分析了海南岛汛期降水量场的主成分分布及分型特征,选取北半球500hPa高度场、北半球海平面气压场、太平洋海温场3个影响海南岛汛期降水的高影响因子,提取其前25个主成分作为预测因子,通过相关性筛选及逐步回归检验方法,确立降水场与筛选预测因子关系,建立相关高影响因子对主成分的预测方程,通过对高相关因子所构成气候场的主成分预测,最终实现海南岛汛期降水量场的预测.将2016年海南岛汛期降水实况、现有多模式集合预报(MODES)汛期降水预测值及回归预测模型降水预测值进行比对,发现该模型对海南岛汛期降水及极值分布有较好的预测模拟能力,在实际业务中有一定的应用价值.     

长江中下游汛期降水GA-BP预测模型

为分析遗传算子选择方案对遗传算法优化神经网络(GA-BP)方法的影响,建立了长江中下游汛期降水短期气候预测GA-BP模型。以最大适应度函数值为指标,比较遗传算法在不同选择、交叉、变异和整体策略方案组合中的差别,在周期特征分析的基础上讨论了不同因子组合对GA-BP模型预测效果的影响。结果表明,用竞争选择法、自适应交叉、变异和精英策略法组合构成的遗传算子方案获得的最大适应度函数值为1.35,高于其他遗传算子选择方案获得的最大适应度。利用GA-BP模型对2003-2012年汛期的降水量进行预测试验,结果表明,同时考虑环流、海温等物理影响和预测量自身周期特征的因子选择方案,模型预测值与观测值的均方根误差为129.65mm、相关系数为0.772,优于其他因子筛选方案。     

气候模式 数据聚焦分析

气候模式指依据已知的气候资料,如大气运动、表面洋流、温盐环流、大气化学、植被及土壤的变化、以及大气-陆地-海洋交互作用等设计出来的数理模式。气候模式可用于气候的模拟、预测或预报,是研究气候变化最有效的工具之一。目前所用的气候模式,尽管已经非常复杂,但仍无法包含所有可能影响气候的机制。一般而言,空间尺度越大,气候模式模拟气候现象的能力越高,     

基于区域气候模式与作物干旱模式嵌套技术的华北农业干旱监测预测

2002年和2003年在山东农业大学布置相关农学实验,利用便携式光合作用测定仪Licor-6400测定了冬小麦叶片光合作用速率等大量作物生理生态参数,建立了作物干旱模式,并连接区域气候模式相似文献   

弹性圆拱在非平稳水平随机地震作用下的伽辽金法

应用虚拟激励法与伽辽金法相结合,分析弹性圆拱在非平稳水平随机地震作用下的随机响应问题.在建立圆拱动力平衡微分方程的基础上,通过选取适当的试函数,将动力平衡方程转化为线性常微分方程组.通过设定虚拟荷载,按确定性方法求解响应量的时变功率谱密度的近似解,并进一步求出响应的方差和各阶谱矩.由于采用较少的试函数就能获得较高的精度,大大提高了计算效率.     

高速电梯水平振动模型的建立与仿真

为了研究电梯的水平振动,基于刚体动力学理论,建立了电梯轿厢水平振动的空间动力学模型,把电梯轿厢的运动分解为平动和绕质心的转动,根据牛顿运动定律和欧拉方程给出了微分方程.以实测导轨激励作为输入信号对模型进行了仿真,仿真所得振动加速度响应及其功率谱密度与实测结果吻合程度较高,证明了该模型的建立是成功的.     

地形起伏变化下的边界层参数化台风风场模型

对于登陆台风来说,采用平坦下垫面和单一的地表粗糙长度假设并不能与实际情况相吻合.为了更准确地模拟台风近地面风场,基于现有参数化台风风场模型,采用随地形变化的坐标系建模方法和高精度地形与土地覆盖资料,考虑了台风登陆过程中地形起伏和土地覆盖变化的影响.针对历史上影响广东省的3个台风案例,利用大量观测数据对比和验证了改进后的台风风场模型.对比结果表明:改进后的参数化台风风场模型对风速的模拟并没有表现出明显的系统偏差,并且能较好地模拟出台风登陆过程中风速风向的时程变化.     

Chebyshev配置点法解Volterra型积分微分方程

采用Chebyshev配点法求解Volterra型积分微分方程,首先将Volterra型积分微分方程重新写成一个第二类的线性积分方程组,然后将方程组中的被积函数用Lagrange基函数展开,再将Lagrange基函数用Chebyshev多项式展开,在L_∞范数下作误差分析,最后用数值算例来证明该方法的可行性.     

数值天气预报全球谱模式的数值计算过程

研究了基于谱方法的数值天气预报的全球预报谱模式的数值计算过程. 该数值计算过程基于欧拉U- V 模型, 在垂直方向上将大气分成NLEV 层, 这些层通过两层之间半层的压强来表示. 预测变量在垂直方向的离散就是基于这种表示, 在水平方向采用谱方法进行离散, 在时间上的离散使用半隐式修正项.     

一类具扩散两种群互惠模型解的稳定性

研究一类两种群互惠模型,我们考虑具时滞和齐次Neumann边界条件的反应扩散方程组.首先利用比较原理讨论了抛物问题解的正性及有界性,然后运用上下解方法给出问题全局解的存在性和惟一性.对相应的线性化算子进行谱分析,给出了正平衡点的局部渐近稳定性.     

三北防护林体系区域环境效应的数值模拟(Ⅰ) 区域环境模式简介和检验

研究工作以中尺度模式MM5为基本框架,在模式的下边界详细考虑了植被的动力、热力作用,以全球谱T106同化资料作为驱动场,延长积分时间形成了一个包含植被效应的区域环境模式。进一步以1998年5月为例对植物生长季节模式区域环境者了数值模拟,并从区域月平均状况和逐日变化等方面将模拟结果和观测进行了对比分析。分析表明,区域环境模式能比较准确地模拟区域环境状态及其变化,为研究三北地区防护林体系植被对环境的影响提供了合适的模式。     

南京夏季城郊湍流特征对比分析

利用2010年南京夏季城市热岛三维观测试验资料,对比分析了南京夏季城市和郊区下垫面的湍流特征。结果表明:①郊区大气层结呈现规律性的日变化特征,而城市大气几乎全天处于不稳定层结状态;②不稳定层结下,城市、郊区三个方向无量纲风速标准差与稳定度参数均呈1/3幂次关系;城市无量纲水平风速标准差小于郊区,而在垂直方向无明显差异,郊区略小于城市;③城、郊下垫面归一化风速谱曲线在高频段随无因次频率满足-2/3幂次律;低频段谱曲线集中在相对狭窄范围内;郊区风速谱曲线要比城市开阔且平缓;城市风速谱有明显拐点,水平风速谱和垂直风速谱拐点对应的无因次频率分别为0.007和0.01;④南京城、郊的垂直风速脉动含能涡区的特征尺度均小于水平风速脉动含能涡区,湍流动能在垂直方向上主要分布于小尺度湍涡。     

介质目标瞬态散射分析的时域积分方程方法与并行计算

推导了用于分析三维均匀介质目标瞬态散射问题的时域积分方程方法公式,采用时域的PMCHW积分方程组,空间基函数和时间基函数分别为RWG矢量三角函数和二阶B样条函数,讨论了基于MPI的并行计算方法。数值例子表明,使用该方法可以获得稳定和精确的结果,与解析解和频域矩量法结果非常吻合。