电离层TEC预报中同化编辑器的设计

通过对GPS观测及导航数据的分析,给出了用于电离层TEC预报的同化数据格式,并在此基础上用VC++实现了TEC同化编辑器.     

利用单站电离层测高仪与GPS数据的同化反演试验

利用测高仪和GPS观测数据进行了单站电离层电子密度廓线的同化反演实验,实验中设计了一套基于Kalman滤波的电离层数据同化系统,采用了水平和垂直方向可分离的高斯型误差协方差矩阵,利用IRI2000模式作为同化反演的背景场,分别使用了测高仪数据和GPS数据进行了单独同化反演和联合同化反演实验,结果显示：在各类同化参数不改变的情况下,单独利用GPS数据反演结果较好,不仅可以得到较为准确的TEC,电子密度廓线结果也有较好的提升;单独使用测高仪反演的结果较差,在峰高以下电子密度廓线和观测较一致,但峰高以上电子密度廓线和观测比较的结果较差,并且TEC结果和观测也有一定误差;而利用GPS和测高仪数据联合反演的结果最好,无论是反演的电子密度廓线还是TEC值都和观测最为接近.     

利用单站电离层测高仪与GPS数据的同化反演试验

利用测高仪和GPS观测数据进行了单站电离层电子密度廓线的同化反演实验,实验中设计了一套基于Kalman滤波的电离层数据同化系统,采用了水平和垂直方向可分离的高斯型误差协方差矩阵,利用IRI2000模式作为同化反演的背景场,分别使用了测高仪数据和GPS数据进行了单独同化反演和联合同化反演实验,结果显示:在各类同化参数不改变的情况下,单独利用GPS数据反演结果较好,不仅可以得到较为准确的TEC,电子密度廓线结果也有较好的提升;单独使用测高仪反演的结果较差,在峰高以下电子密度廓线和观测较一致,但峰高以上电子密度廓线和观测比较的结果较差,并且TEC结果和观测也有一定误差;而利用GPS和测高仪数据联合反演的结果最好,无论是反演的电子密度廓线还是TEC值都和观测最为接近.     

数据同化--一种集成多源地理空间数据的新思路

陆面数据同化是一种集成多源地理空间数据的新思路。介绍了陆面数据同化系统的概念和组成，其核心思想是把不同来源、不同分辨率、直接和间接的观测数据与模型拟结果集成为具有时间一致性、空间一致性和物理一致性的各种地表状态的数据集。介绍了国际上目前正在发展的几个陆面数据同化系统，包括NASA发展的全球化和北美陆面数据同化系统、欧洲陆面数据同化系统和中国西部陆面数据同化系统。认为在陆面数据化系统基础上发展起来的陆地信息系统将可望成为未来GIS中的重要工具。     

"98·7"武汉暴雨模拟中的三维变分资料同化研究

1998年7月20～21日,在湖北省武汉市发生了一场特大暴雨,24h降水量达286mm.利用一个三维变分资料同化系统及常规探空和地面观测资料,对这次特大暴雨进行了同化模拟研究.该系统有效地同化了温、湿、风观测资料,所得最优分析结果十分有利于强降水的产生.与第五代PSU/NCAR中尺度模式的控制试验模拟的24h2.5mm的降水量相比,新方案模拟的24h降水量达109mm,而且模拟的降水落区和降水起始时间也都有较大的改进.     

电离层TEC预报中同化编辑器的设计

通过对GPS观测及导航数据的分析．给出了用于电离层TEC预报的同化数据格式，并在此基础上用VC 实现了TEC同化编辑器．     

基于EnKF法的径流数据同化对SWAT模型参数优化效果评估

基于集合卡尔曼滤波(EnKF)法,在合理量化模型模拟和径流观测误差、有效处理模型参数演变及过拟合问题的基础上,以淮河上游淮滨水文站以上流域为研究区,构建了基于径流数据同化的SWAT分布式水文模型参数优化方案,就站点实测径流数据同化对模型参数的优化效果进行了评估.结果显示,数据同化过程中,被更新的模型参数集合逐渐收敛并趋...     

集合转换卡尔曼滤波同化的一种分析方案

集合转换卡尔曼滤波在处理非线性观测资料的同化时,通常对非线性观测算子做简单的线性化处理,这会带来较大的舍入误差,降低同化效果。通过对状态变量和观测变量的转换,将观测算子视为预报算子的一部分,对传统的同化算法进行改进,减小了同化中的误差。以典型的Lorenz-96预报模型来验证算法,对于较大模型误差或较强非线性观测算子的情形,结果好于传统的方法。     

基于局域化集合卡尔曼滤波的含水层弥散度场识别研究

溶质运移模型对下水污染物运移预测有重要意义,但是准确获取模型参数具有一定难度.集合卡尔曼滤波(EnKF)方法可以融合多来源观测数据对同化系统进行优化修正,从而得到与真实情况接近的参数.将二维承压含水层理想算例的溶质观测数据应用于局域化集合卡尔曼滤波同化系统,估计含水层的弥散度场,并探讨了模型实现数目、初始猜想场的统计特征、观测点数目及时空分布、观测误差对参数估计结果的影响.结果表明,通过同化浓度观测资料可较好地估计溶质运移模型的弥散度场;对于所用模型,实现数目在100~700时,参数估计结果最好;初始猜想场与实际场越接近、观测数据误差越小,越能快速获得较好的估计结果.     

对地观测传感网一体化数据融合与同化方法2011-2013年度报告

为了综合有效地利用对地观测传感网环境下的空天地多源海量观测数据,融合互补信息并消除数据冗余,需要实现对多源传感器数据在时间、空间和光谱域的高精度同化,发展对地观测传感网数据与陆面模式的多参数联合同化方法,充分研究多源数据智能化处理与分析模型,并进行多层次信息融合。重点研究内容包括:离群点分布模型与高精度亚像素配准方法、多时-空-谱影像序列的一体化融合方法、传感网环境下空天地观测数据的同化方法、传感网数据与陆面模式的多参数联合同化方法四个方向开展研究。根据2010年制定的计划任务书,该研究在2011—2013年度收集大量航空航天遥感影像数据、基础地理数据和气象观测数据和地面数据,重点从自动化配准、遥感影像融合、数据同化等方面的理论方法研究。研究工作按计划有条不紊的进行,在观测数据收集与分析、理论与方法研究方面开展了大量工作。     

基于温湿廓线反演的风云三号D星微波探测仪云区资料同化试验

为了探究云区卫星微波资料的同化应用,利用中国风云三号D星(Fengyun-3D,FY-3D)微波温度计二型(microwave temperature sounder-2,MWTS2)和微波湿度计二型(microwave humidity sounder-2, MWHS2)资料,基于人工神经网络算法研制了云区温湿廓线反演模型,建立了云区资料的间接同化方案。于2019年6月开展晴空和云区同化试验,评估加入云区MWTS2和MWHS2资料对区域模式预报的影响。试验结果表明：MWTS2和MWHS2资料的同化对温湿度预报场有改善,主要体现在模式中高层均方根误差和平均偏差的减小,云区同化的改善幅度比晴空同化更大;同化MWTS2和MWHS2资料对于提高降水预报技巧有积极影响,云区同化对降水预报的改善主要体现在同化后的12～24 h,较晴空同化更明显。针对强降水个例分析表明,MWTS2和MWHS2资料对温度场、湿度场、水汽通量散度场的调整有利于降水预报的改善,而云区同化能够直接对天气系统的初始场进行调整,降水的位置与强度预报效果更好。     

掩星折射率和弯角同化对台风预报影响的对比

为研究无线电掩星探测(GPS RO)弯角和折射率同化对数值预报的影响,以2012年17号台风"杰拉华"为例,利用美国国家环境预报中心(NCEP)的业务同化系统(GSI),以NCEP预报场资料为初始场,分别使用一维弯角观测算子和一维折射率观测算子同化弯角和折射率数据,并与观测数据对比,分析比较了同化掩星弯角和折射率资料对台风路径、强度及大气状态变量的影响。结果表明,在完成掩星弯角和折射率资料同化后,台风路径的预报水平得到明显改进,其中同化弯角资料可以使路径误差减少32%,而同化折射率资料只能减少13%,同化2种掩星资料对台风强度预报也有一定的影响,其中同化弯角资料后在前2天预报的台风中心气压更接近于实际情况,而同化折射率资料对预报有负影响。     

动态多流形投影算法在统计过程监测中的应用

为了解决工业数据的序列相关性以及数据的全局和局部结构在某些异常状态下的变化问题,通过"时滞偏移"方法将动态行为纳入多流形投影(multi-manifold projections,MMP)模型,提出一种动态多流形投影算法(dynamic multi-manifold projections,DMMP)在统计过程监测中的...     

STMAS中雷达反射率数据三维变分同化方案

介绍了在时空多尺度分析系统(STMAS)中以雨水含量作为控制变量,利用Z-qr关系,实现对区域中多部雷达回波强度资料三维变分同化方案,和水汽惩罚项模块方案。方案避免了利用Z-qr关系直接以回波强度或雨水混合比为控制变量会造成一阶导数不连续的问题。实例分析同化后初始场表明,从同化后的雨水混合比反算出来的回波强度与观测结果保持了较好的一致性。以2009年8月的MORAKOT台风个例为例,设计实验来分析本文提出的雷达回波强度资料同化和水汽惩罚项方案效果。结果表明:雷达回波强度资料的同化方案(STMAS方案),提高了降水位置和强度预报的准确性; 加入惩罚项和对雷达回波强度资料的同化模块后(HYDRO方案),削弱了水汽影响并加强了其他物理量的变化,相对STMAS方案,台风总降水增强了,但在强降水区域的降水强度减弱; 相对控制试验,2种方案均改善了降水位置和强度的预报。     

海洋变分同化背景场误差协方差矩阵构造技术

为改进背景场误差协方差矩阵构造技术,提高海洋资料变分同化效果,首先将背景场误差协方差矩阵分解为背景误差标准偏差矩阵、非平衡变量空间相关算子以及多变量间平衡算子3部分,然后利用广义扩散方程模拟空间相关算子,联合引入温盐约束关系、线性状态方程、海表高度诊断方程、静力平衡、地转平衡关系模拟多变量平衡,最后给出了一种适用于海洋资料变分同化的背景场误差协方差矩阵构造方案。单点海表温度观测模拟同化试验表明,该方案可实现观测信息在三维空间、多变量间的传播,充分体现了背景场误差协方差矩阵在同化中的作用。     

耦合遗传算法的数据同化系统误差处理方法

针对数据同化系统中的误差估计与处理问题,介绍了集合滤波数据同化系统中各种误差来源及特征;侧重于在集合数据同化中为防止滤波发散的乘数放大法、附加放大法和松弛先验法等模型误差处理方案,利用经典的非线性模型-Lorenz模型开展了数值试验.在此基础上,提出了一种耦合遗传寻优算法的数据同化系统,来解决以往的误差调节因子由反复实...     

水文模型模拟预报的多源数据同化方法及应用研究进展

介绍了水文遥感数据同化中常用的数据同化方法,总结了变分和顺序两类数据同化常用方法的优势与不足;以土壤湿度与径流两个水文变量的数据同化研究为重点,探讨了土壤湿度、径流、降水、蒸散发、积雪等多源数据在水文模型模拟预报中的同化研究进展及其在同化应用中存在的问题;最后,从数据同化方法、多源数据同化应用方面总结了水文遥感数据同化的未来发展方向,提出遥感、地面等多源数据的同化在改进水文模型模拟预报方面的应用潜力将会随着遥感观测技术与反演方法的改进、水文模型结构的完善以及数据同化方法的优化而不断增大,多源数据在水文模型模拟预报中的综合应用将是水文遥感数据同化发展的必然趋势。     

Untraceable partially blind signature based on DLOG problem

This paper proposes a new untraceable Partially Blind Signature scheme which is a cross between the traditional signature scheme and the blind signature scheme. In this proposed scheme, the message M that the signer signed can be divided into two parts. The first part can be known to the signer (like that in the traditional signature scheme) while the other part cannot be known to the signer (like that in the blind signature scheme). After having signed M, the signer cannot determine if he has made the signature of M except through the part that he knows. We draw ideas from Brands‘ “Restricted Blind Signature“ to solve the Untraceable Partially Blind Signature problem. Our scheme is a probabilistic signature scheme and the security of our Untraceable Partially Blind Signature scheme relies on the difficulty of computing discrete logarithm.     

北京地区一次强降水过程的多种观测资料四维变分同化试验

采用MM5非静力预报模式及其伴随模式系统,对2005年汛期北京地区的一次局地强对流降水过程进行了包括地面每3小时一次的湿度观测资料、北京地区自动站逐小时降水资料、北京地区逐30分钟GPS可降水量观测在内的多种观测资料的四维变分同化试验。结果表明,采用四维变分方法同化多种非常规中尺度观测资料后,模式成功地模拟出此次降水过程,不仅很好地修正了变分同化窗内的降水预报,同时也使同化窗口以后的降水预报获得了较为明显的改善,并且发现同化了多种观测资料后获得的最优初始场较原模式初始场对流不稳定能量显著增加,具有更利于降水形成的动力及热力条件。另外还对各种观测资料在四维变分同化中的相对重要性进行了分析。