基于江西省站点资料对智能网格实况分析产品的检验评估

利用江西省2019年3月～2020年2月气象站观测资料,在小时尺度上,对中国气象局下发的智能网格实况的2 m气温、湿度、风速、降水等多个气象要素产品进行检验评估.研究分析各类产品的数据误差及其时空变化规律,验证该产品在研究区的适用性.研究结果表明:2 m气温、相对湿度产品与站点观测较为一致,其相关系数均可达0.9以上,2 m气温均方根误差在1.0 ℃左右,准确率可达80%以上,相对湿度均方根误差小于10%,准确率可达90%以上.风速产品的数据精度较低,相比站点观测风速明显偏弱,70%站点的风向准确率小于50%,风向准确率仅为40%左右.降水产品能准确反映年内逐小时变化趋势,但存在一定程度低估,相关系数基本在0.8以上,平均误差为-0.1～0.1 mm·h^-1,平均绝对误差小于0.2 mm·h^-1.与站点观测相比,降水产品对强降水明显偏弱.地形对实况网格产品准确性有较大影响,产品误差在地形复杂山区中比在平原地区中明显偏大.总体上,2 m气温、相对湿度产品质量较高,基本可满足业务服务需求.风速产品及降水产品在大降水量级下的误差较大,与业务服务需求有一定差距.     

四种融合降水产品在广西适用性评估

基于2022年汛期广西陆面的降水资料,对国家气象信息中心的中国区域多源融合实况分析产品(RT1、RT2和NRT)和广西壮族自治区气象信息中心的二源融合降水产品(GXPAS)等四种融合降水产品进行适用性评估,评估指标为统计误差和技巧评分.非独立检验结果表明,融合降水产品与自动站点吻合度高,在观测或估测有降水的情况下,表现最优的NRT产品有89.73%样本实况值等于观测值.独立检验结果表明,GXPAS综合表现稍优,特别是小时雨强[10,20)mm·h^-1区间.用最近邻法分析自动站与其邻近自动站的统计误差,分析得出在广西区域,水平距离自动站超过0.01°的位置,融合降水产品优于使用附近自动站观测数据.融合降水产品适用在无观测站区域或自动站数据未能及时上传时,作为降水的“真值”开展业务服务.     

四种气温空间插值方法适用性分析

探讨不同地貌类型区各种气温空间插值方法的精度及其适用性,为环境科学、生态学和地理学等区域性研究提供气象要素空间插值方法选择依据。基于地面气象站点实测气温数据,采用Kriging、IDW、Spline和TPS四种空间插值方法对三江源区、横断山区、内蒙古草原和松嫩平原等热点研究区域进行气温空间插值精度对比分析。结果表明:①TPS插值法引入高程作为协变量提高了插值精度,适用于如青藏高原东南缘地形起伏较大、地域范围较广的区域,但在干热河谷等特殊地理环境中,插值精度有所下降且存在低估现象;②Kriging插值精度高于IDW和Spline,适用于地势平坦的松嫩平原等区域;③IDW和Spline插值法对气象站点分布和密度要求较高,适用于气象站点密度大且地形起伏较小的区域。4种气温插值方法中,TPS插值法精度最高,其次为Kriging插值法,IDW和Spline插值法精度相当。     

WASS电离层网格算法在低纬地区的误差分析

对不同纬度的8个GPS观测台站得到的数据,采用广域增强系统(WASS)电离层网格算法计算了斜向电离层时延,并将计算结果同实际观测值之间的差别进行了统计分析.结果表明:在中高纬地区,WASS电离层网格算法的精度很高,但是在纬度较低的地区存在着较大的误差,产生这种误差的原因是由于低纬电离层中的电子浓度较大并且存在较大的经向梯度变化.为了减少这种误差,可以在低纬地区增加广域基准站的数量、缩小电离层单元网格的尺度等方法.     

基于遥感和GIS的日最高最低气温估算

气温是气象要素的重要组成部分,广泛用于全球气候变化、资源环境分析及灾害预警等多个领域.随着卫星遥感技术的发展,气温的估算趋向于遥感或遥感和GIS结合的方法.本文以浙江省为研究区域,利用了36个站点2013年逐日每10min一次的自动气象站气温观测数据和MODIS地表温度及其他参数产品,选用多元线性回归(自变量为地表温度、归一化植被指数、地表反照率、经度、纬度和高程)、温度植被指数以及多元线性回归插值方法进行气温估算,建立了研究区日最高气温最低气温估算模型,并比较了几种气温估算方法在研究区的适用性.结果表明:3种方法最高气温估算的决定系数(R~2)分别为0.96、0.91、0.97,均方根误差(R_(MSE))分别为1.84、2.75、1.49℃;多元线性回归和多元线性回归插值法最低气温估算的R~2分别为0.87、0.91,R_(MSE)分别为3.33、2.93℃,两者均为多元线性回归插值法得到的结果最好.空间分布结果显示,多元线性回归插值法能很好地反映由地形不同所带来的细节差异.     

西双版纳地区土地利用/覆盖变化对气温的影响

 应用标准化均方根误差和相关性,分析3种再分析资料在西双版纳地区的适用性.通过相减法(Observation minus Reanalysis,简称OMR)探讨西双版纳土地利用/覆盖变化对气温的影响,结果表明:NCEP-1、NECP-2和ERA-40数据及其距平值和实际观测气温的相关性均达到极显著水平(P＜0.01),均方根误差总体小于1,ERA-40的可信度最高.研究区4个气象站(勐海、景洪、勐仑和勐腊)月平均气温和再分析气温均呈上升趋势.剧烈的土地利用变化显著影响了平均气温变化,对景洪站、勐腊站、勐仑站和勐海站平均气温变化贡献值分别为0.08、0.07、0.01、0.05 ℃/10 a.景洪气象站气温变化受土地利用变化影响最明显.不同年代观测气温和再分析资料差值得到,20世纪80年代土地利用变化对气温影响最大,贡献值为 0.09 ℃.有林地、灌木林地、水田面积的减少,橡胶园和建设用地面积的增加影响了气温变化.     

基于天津市全城气象观测数据的高分辨率实况分析产品质量评估

基于天津市254个地面观测站数据,通过计算多种统计指标评估了高分辨率多源气象数据融合产品对2020年9月份2 m气温和10 m风速的同化结果.结果表明,就天津市全域来看,产品对2 m气温和10 m风速的同化结果与观测具有较高的一致性,但也存在区域差异,误差较大的区域主要集中在北部蓟州山区和城区.这说明在实际预报业务与应...     

延安市1980—2010年气温和降水的年际变化特征

选取延安市及周边14个气象站点1980—2010年逐月气象资料,利用自然邻点插值法对气象站点数据进行空间插值,得到延安市的年均气温和降水量,利用趋势分析、小波分析和极端变化分析方法,研究延安市气温和降水量的变化规律。结果表明:1980—2010年间,延安市气候变暖,年际气温持续升高,每10 a递增0.71 ℃,幅度较大; 降水量呈小幅减少趋势,但年际波动较大。研究区气温和降水长周期变化规律存在很大的相似性,但5～10 a短周期变化差异明显,且震荡规律性减弱,相比而言,气温变化较降水量变化的稳定性强,变化规律更有序。     

江津地区精细化气温预报模型研究

利用T639和欧洲中心细网格的气温数值模式预报产品及相应时段内研究区各镇街站点的实况气温建立动态预报方程,对江津地区各镇街24~72h日最高气温、日最低气温进行预报,为方便该模型投入业务运行使用,编制了基于数值预报模式产品的精细化气温预报软件,并在实际业务运行中取得了初步效果.对软件的初期试运行发现,软件预报较主观预报在业务评分方面有较明显的提升,对预报员主观预报有一定的指导意义.     

任意位置天气实况服务设计与应用

针对天气实况数据的应用服务,以国家气象信息中心1 km分辨率多源融合实况分析产品(ART＿1 km)为格点背景场,通过插值获得任意坐标点的气象要素值。采用FastAPI高性能Web框架和OAuth2.0开放授权标准,设计并实现了基于任意位置的天气实况服务(Weather-LBS)。经部署测试,结果表明：该服务响应速度快、安全性高、使用便捷,并按照气象数据统一服务接口(meteorological unified service interface community, MUSIC)标准进行发布,可供第三方应用程序调用,以实现用户对任意位置天气实况信息的即时查询。该服务已应用于第十四届全国运动会气象数据接入、天气微信小程序等系统,取得良好服务效果。     

天津一体化平台气象要素预报在宁河秋季的检验评估

基于2017年秋季自动站观测资料,对天津一体化综合气象业务平台在宁河区7个代表站的逐时气温、相对湿度、风向、风速等要素的格点预报质量进行了检验评估,结果表明:一体化平台格点预报与实况有一致的变化趋势,但对各要素的预报性能存在差异;在秋季气温的预报整体偏低,尤其是在日出到午后时段;相对湿度在下午段的预报值与实况最接近,准确率可达到80%～90%;风速的预报总体比实况偏高1～2 m/s。对宁河区东部到南部地区的预报性能相对较好,而对西部到北部地区的预报性能相对较差。总体上一体化平台预报准确率较高,可为预报员进行本区要素预报提供很好的参考。     

基于Angstrom-Prescott模型和空间插值的山东省月太阳辐射再估算

基于Angstrom-Prescott模型和空间插值法构建了山东省各地的月太阳辐射估算方法,并利用山东省3个国家站（济南、莒县和福山）和菏泽、聊城、淄博及青岛的辐射观测数据验证了估算方法的准确性。首先利用山东省3个国家站1992年—2015年的辐射与日照百分率观测数据,采用最小二乘法拟合得到不同月份Angstrom-Prescott模型系数并以2016年观测数据验证。其次,分别使用不同空间插值法对菏泽、聊城、淄博和青岛进行太阳辐射估算并根据结果选择最优空间插值法。最后,将该方法与其他文献方法进行对比分析。2016年国家站的月太阳辐射估算结果显示其月平均σMRE约为3.5%,σ_RMSE在17 MJ/m²~24 MJ/m²,因此该A-P系数具有较高的准确性。在菏泽、聊城、淄博及青岛4站的估算中选定误差最小(σ_MRE约为7.22%,σ_RMSE约16 MJ/m²~69 MJ/m²)的最小曲率法作为最优空间插值法。与其他文献方法对比的结果表明,基于Angstrom-Prescott模型和空间插值法估算月太阳辐射准确度较高,可应用于其他区域月太阳辐射的估算。     

基于Angstrom-Prescott模型和空间插值的山东省月太阳辐射再估算

基于Angstrom-Prescott模型和空间插值法构建了山东省各地的月太阳辐射估算方法,并利用山东省3个国家站（济南、莒县和福山）和菏泽、聊城、淄博及青岛的辐射观测数据验证了估算方法的准确性。首先利用山东省3个国家站1992年—2015年的辐射与日照百分率观测数据,采用最小二乘法拟合得到不同月份Angstrom-Prescott模型系数并以2016年观测数据验证。其次,分别使用不同空间插值法对菏泽、聊城、淄博和青岛进行太阳辐射估算并根据结果选择最优空间插值法。最后,将该方法与其他文献方法进行对比分析。2016年国家站的月太阳辐射估算结果显示其月平均σMRE约为3.5%,σ_RMSE在17 MJ/m²~24 MJ/m²,因此该A-P系数具有较高的准确性。在菏泽、聊城、淄博及青岛4站的估算中选定误差最小(σ_MRE约为7.22%,σ_RMSE约16 MJ/m²~69 MJ/m²)的最小曲率法作为最优空间插值法。与其他文献方法对比的结果表明,基于Angstrom-Prescott模型和空间插值法估算月太阳辐射准确度较高,可应用于其他区域月太阳辐射的估算。     

集合Kalman滤波同化方法在福建沿岸潮汐数值模拟和预报中的应用研究

为了提高潮汐数值模拟和预报的准确度,利用《2009潮汐表》,建立了含集合Kalman滤波同化模块的潮汐数值预报模型,对集合Kalman滤波同化模块中的参数进行确定,并对同化效果进行了检验.为了确定集合Kalman滤波同化模块中的参数(主要是集合数和截断半径),考虑了42种参数组合,在这些组合中,以模拟准确度和计算相同时段的潮汐值所需时间为标准,存在最优的参数组合:其中,东山、厦门、娘宫、崇武4个站最优的截断半径为35 km,三沙站最优截断半径为30 km,5个站的最优集合数均为20.实验结果表明:将集合Kalman滤波同化方法用于潮汐数值预报模拟中是可行的,同化验潮站的潮汐表上的潮位数据对验潮站本身及其邻近网格点的潮汐模拟改进最大;当5个站不同化调和数据进去的时候,东山、厦门、娘宫、崇武4个站的模拟准确度,在未来12 h仍然有所提高.     

QPE产品的误差评估和订正检验——以伊宁县为例

以新疆伊宁县为研究区,运用2013-2017年定量降水估测(Quantitative Precipitation Estimetion, QPE)小时产品以及区域自动站小时降水数据,通过相关分析法和多元线性回归模型对QPE数据进行误差订正,并从不同降水量级、高程以及空间分布对订正前后的QPE小时产品进行误差评估.经误差分析得出,订正前QPE小时产品大多存在低估现象,随着降水量级的增加,误差依次增大,空间误差分布四周低,且东北方向的误差要大于西南方向;利用海拔、经度、距雷达距离3个对研究区降水影响较大的要素,建立多元线性回归订正模型,订正后的QPE小时产品在不同降水量级、不同高程以及空间分布上的估测能力较订正前均有不同程度的提升.     

求解反应动力学参数的一类方法

反应动力学实验中得到的数据误差较大,且分布不均匀.因此,在处理反应动力学数据时,采用插值法拟合要求通过每个数据点,因数据误差较大,必然会引起震荡;而采用多项式拟合要求提前选定拟合函数,当所选函数与实际函数存在较大误差时,甚至会导致对实际化学意义的违反.针对这一问题,本文提出了一种采用自然三次样条插值求解反应动力学参数的方法.这种方法充分利用所得数据和化学反应方程组自身隐含的数学性质,不但保证了对原始数据的逼近,而且保证了所得函数为二阶光滑,避免了震荡的出现,取得了较好的拟合效果;并且为Runge-Kutta迭代方法提供了一个较好的初值,加快了算法的收敛.该方法特别适用于实验数据误差较大且数据点较少的情况.     

利用拉格朗日插值法解决传热过程中的导热系数

化学工程手册中通常给出的导热系数是离散数据 ,而此数据误差较大 .为了减小导热系数的误差 ,我们可采用拉格朗日插值法求得准确度较高的导热系数     

基于甘肃省的气温空间分布模拟插值方法讨论

甘肃省地处中国西部,常年气候干燥,温度、降水等气候因素成为甘肃省农牧业发展和生态环境建设的主要威胁。为了研究甘肃省境内气温空间分布,选用1980年-2000年每个月的各个气象站点数据来模拟整个甘肃省的气温。基于地理信息系统和地统计学,采用反距离插值法、趋势面插值法、克里金插值法、样条函数插值法等空间插值和空间统计的方法对甘肃省多年平均气温进行空间分布模拟。研究结果表明:利用空间统计的方法对气温空间分布模拟的结果优于空间插值的方法模拟的气温。四种空间插值的方法中,克里金插值法模拟的气温优于其他插值方法。研究气温的空间分布特征,对甘肃省的生态环境建设起到重大作用,我们将寻求更优的气温空间分布模拟的方法,为甘肃省的生态建设出策出力。     

大视场CMOS相机图像的畸变校正

由于光学成像系统存在着非线性误差,大视场CMOS成像相机获取的图像会产生较严重的几何畸变.为了改善其图像质量,必须对其进行畸变校正.分析了畸变校正的思路,建立了畸变校正的模型,并通过对标准正方形网格成像的办法进行曲线拟合得到所需的校正系数,然后利用最近邻点法和双线性插值法分别对失真的网格进行校正.对比其校正效果,可以看出采用双线性插值法时,网格的直线形状保持较好,图像质量比最近邻点法时有所改善.最后对CMOS获取的图像进行校正,获得了较好的校正效果.     

宝坻区气温特殊性分析及最高、最低气温预报方法研究

以宝坻区气象局观测站及区域自动站和周边区县站多年自动站逐日最高、最低气温为基础,研究其相关性,分析宝坻区最高、最低气温特性,并结合宝坻区气象局观测站5年内的逐日地面观测资料(天空状况、风),计算各气象要素对该区域气温变化的平均贡献值,并基于850,hpa 20时欧洲温度预报、欧洲细网格2,m气温预报、WRF气温预报等常用的预报资料,分析其相关性,综合探讨了宝坻区最高、最低气温预报方法。