基于数值天气预报产品的气象水文耦合径流预报

以福建金溪池潭水库流域为例,采用TIGGE数据中心的ECMWF、UKMO、NCEP等7种模式控制预报产品驱动新安江模型,开展径流集合预报。通过集合挑选、多模式集成前处理以及基于BMA模型的后处理等过程,探讨不同处理方案和初始集合质量对气象水文耦合径流预报精度及不确定性的影响。结果表明,不同的处理方案均能有效提高径流预报的精度和稳定性,同时进行前处理和后处理能从降低误差输入和控制误差输出两方面减小预报误差,相对于其他方案表现更好。初始集合质量对气象水文耦合径流集合预报有一定影响,但前处理或后处理对预报误差的有效控制使得该影响并不显著。总体而言,前处理和后处理过程是提高气象水文耦合径流预报准确性和可靠性必不可少的环节,应予以重视。     

基于多模式降水集成的陆气耦合洪水预报

针对基于单模式陆气耦合模型在洪水预报中存在的不确定性问题,利用三种数值天气预报模式MC2、GEM与T213开展基于多模式降水集成的陆气耦合洪水预报研究。通过淮河流域2007～2009年3场暴雨洪水验证表明:基于多模式降水集成的陆气耦合洪水预报可以有效地减小不确定性、提高精度和稳定性;但基于多模式降水集成的陆气耦合洪水预报对小尺度局地强降水仍存在较大的不确定性,今后需对此展开进一步的研究,以给出更加稳定、可靠的洪水预报结果。     

陆气耦合模型在实时暴雨洪水预报中的应用

采用加拿大区域性中尺度大气模式MC2(Canadian Mesoscale Compressible Community)和新安江模型单向耦合模型系统,对2005年7月4～15日发生在淮河流域的一场暴雨洪水,进行了实时预报.采用王家坝以上流域的实测降水和王家坝断面的实测洪水资料,对MC2预报降水的时空分布和陆气耦合模型预报的洪水过程进行了分析.结果表明,MC2对该场强降水过程具有很好的预报能力,陆气耦合模型有效地增长了洪水预报的预见期,具有很好的应用前景.     

资料同化在空气质量预报中的应用

随着数值模式的不断完善和观测技术的不断提高，资料同化逐渐成为能够进一步提高数值预报水平的一种有效方法。20世纪70年代，资料同化开始引入空气质量预报领域，成为当前大气环境科学研究的一个新方向。简要介绍了资料同化的含义，较详细地介绍了Kalman滤波法、四维变分同化法、牛顿松弛法的基本思想和优缺点，重点阐述了国内外资料同化在空气质量预报中的研究应用情况，最后指出资料同化应用于空气质量预报时存在的问题和今后的研究方向。     

三峡库区陆气耦合研究及应用

以延长洪水预见期、提高预报精度为目标,研究气象水文耦合机制,利用数值天气预报模式WRF(Weather Research and Forecasting)驱动分布式VIC(Variable Infiltration Capacity)水文模型,构建三峡库区陆气耦合洪水预报系统,并对2007~2008年期间四场暴雨洪水进行日滚动预报试验。结果表明,WRF模式在三峡库区内有着良好的短期降水预报精度,基于数值天气预报模式和分布式水文模型的陆气耦合洪水预报系统能有效延长三峡入库洪水预见期、提高洪水预报精度,具有较大的应用潜力。     

双校正模式下的大清河流域陆气耦合洪水预报研究

基于数值大气模式WRF、三维变分数据同化WRF-3DVar、河北雨洪模型以及实时校正模型ARMA,在北方半湿润半干旱地区的大清河流域构建了陆气耦合洪水预报系统,并利用2012、2013年发生的3场降雨洪水,对系统的降雨洪水预报结果进行分析。结果表明:雷达反射率与GTS数据的同时同化,可有效改善数值大气模式对中小尺度流域的降雨预报效果,从而降低系统的洪水预报误差,ARMA模型的应用,能够进一步提升系统的洪水预报精度,随着预见期的延长,系统的预报精度下降,但系统在6h预见期内仍表现出较好的应用效果。因此,在数据同化和实时校正的"双校正"模式下,陆气耦合洪水预报系统在延长洪水预报预见期的同时,具有较高的洪水预报精度,具有一定的应用前景。     

全球业务化海洋预报系统进展

全球业务化海洋预报系统可为海洋防灾减灾、航行安全、生态系统保护和海上搜救等提供预报服务。海面风是驱动海浪的源,因此提供海浪业务预报服务的国家/机构一般与数值天气预报结合在一起开展。详细介绍了基于WAVEWATCH III?和WAM模式构造的全球海浪业务预报系统的参数配置。重点介绍了基于混合坐标海洋模式、欧洲海洋核心模式和模块化海洋模式开发的全球海洋环流业务预报系统的组成和参数配置。概述了基于社区海冰代码和新鲁汶海冰模式构造以及与海洋环流预报系统耦合在一起的海冰业务预报系统。最后对全球业务化海洋预报系统的发展方向进行了展望。     

土壤侵蚀引起的农业非点源污染研究进展

土壤侵蚀引起的农业非点源污染是造成水体污染的主要污染源。详细介绍了近20年来土壤侵蚀引起的农业非点源污染的研究进展,包括污染物迁移过程、影响因素、预报模型以及防治措施等;提出了我国开展农业非点源污染的研究重点,包括侵蚀过程对非点源污染物运移和水质的影响,污染物运移的预测预报模型,全国统一的不同污染物危险性评价指标体系制定等。     

渤海海冰和海洋的动力相互作用模拟试验

利用冰-海洋动力耦合模式, 对渤海海冰和海洋之间的相互作用进行了研究和模拟试验.耦合模式中的海洋模式采用普林斯顿海洋模式(POM), 冰模式采用国家海洋局海洋环境预报中心(NMEFC)的渤海海冰业务化数值预报模式.通过模拟研究, 分析了M2分潮对海冰质点运动轨迹、冰外缘线位置、瞬时冰速和冰厚分布的影响; 同时探讨了海冰对冰下海洋的动力作用.     

大气水文模式耦合研究综述

首先阐明大气水文模式耦合的必要性，总结作为二者耦合的共同界面——陆面模式的发展过程。在此基础上，从耦合研究方法和目的出发，分4个类别详细论述当前国内外大气水文模式耦合研究的现状。指出了单向耦合不足和进行双向耦合所面临的几个关键问题包括：尺度问题、次网格分布非均匀性、降水模拟等。未来要求充分利用“3S”、四维变分同化等新技术和新方法，加强多学科的联合研究，深入开展大气水文模式的双向耦合试验和敏感性分析，研究大气—植被—土壤—水文系统的交互影响，从根本上提高大气和水文模式的模拟和预报水平。     

降水临近预报及其在水文预报中的应用研究进展

随着全球气候变化、自然变迁及陆表生境改变，极端天气频发且呈现出多尺度时空变异特征，对其进行预报和预警一直是气象水文领域关注的焦点。临近预报可较准确地预报未来短时间天气显著变化，是当前预报强降水等极端事件的主要手段。从基于天气雷达0~3 h外推临近预报、融合数值模式0~6 h临近预报的发展历程梳理了临近预报的研究进展，阐述了雷达外推算法的发展进程、雷达外推预报与数值模式预报融合技术进展，指出"取长补短"的0~6 h融合预报在提高降水预报精度、延长降水预见期等多方面有较大的发展潜力，进一步探寻及提升融合技术是未来融合预报发展的核心。将临近预报以气象水文耦合的方式引入水文预报是从源头提高水文预报精度、保障水文预报效果的主要途径，总结了现阶段主流耦合方式、空间尺度匹配技术、水文模型不确定等陆气耦合中的关键问题，阐述了外推临近预报、融合临近预报作为水文预报输入的研究进展，明确了融合临近预报在延长洪水预见期、提高洪水预报精度中存在优势，并讨论了未来的研究重点及发展方向。     

辽河福—铁区间洪水预报模型的建立与应用

根据辽河福德店～铁岭区间（水库以下）集水面积产、汇流以及干流各预报站资料,建立多种模型结构、多种预报方法比较、综合滚动式实时的洪水预报模式,利用这些模型对流域自上而下在预报和预警条件下实现对各站点多种预报方案所得的结果进行比较和优选,结果表明,该预报模型在实时状态下能够对全流域各种条件、各种调度手段及其组合快速地生成多个可行的调度方案。     

构建式流域实时水文预报系统关键技术研究

目前的水文预报模型很多,但都缺乏统一的模式。通过对水文预报模型的高度抽象,定义了水文预报模型的标准化接口,统一了各类水文预报模型的输入、输出、参数、状态,以及运行过程;在此基础上,实现了水文预报方案的标准化"构建"模式,即通过标准化水文预报模型的相互组合实现流域水文预报方案的标准化创建。基于以上关键技术,成功开发了构建式流域实时水文预报系统,并取得了良好的应用效果。     

典型中尺度数值预报模式参数化方案的综述与展望

中尺度天气现象对人类的生产生活有重要影响,中尺度数值预报模式是进行数值天气预报的主要工具。受模式分辨率和对天气现象物理机制认识不足的限制,许多复杂天气过程只能用参数化方案来隐式表达,对参数化方案进行研究有助于推动中尺度数值预报模式的模拟和预报效果的不断优化。在探讨国内外典型中尺度数值预报模式特性的基础上,综述了积云对流参数化方案、云微物理参数化方案、边界层参数化方案、陆面过程参数化方案和辐射传输过程参数化方案的研究进展,比较了代表性参数化方案的理论基础和应用场景,发现对独立或组合参数化方案效果的对比试验和改进试验是该领域主要的研究范式。认为参数化方案未来将走向深入探讨各种天气现象的影响因素和物理机制,多要素、多尺度和多方案耦合,更加重视对“灰色区域”的模拟,应用选择更加多元化,并与机器学习技术融合的发展模式。     

区域海气耦合模式研究进展

区域海气耦合模式是进行区域尺度气候模拟和预估的重要工具,近年来得到快速发展。在阐述区域海气耦合过程重要性的基础上,对当今国内外主要的区域海气耦合模式研究进展进行总结,归纳区域海气耦合模拟所关注的核心科学问题,介绍区域海气耦合模式的技术特点。发展基于耦合器且无通量订正的区域海气耦合模式是区域海气耦合模式发展的主流方向。当前国际上区域海气耦合模拟所关注的主要科学问题,包括区域海气耦合模式对区域海洋过程的模拟、区域海气耦合模式对区域大气过程的模拟、亚洲—西北太平洋季风模拟及其耦合模拟海表面温度(SST)冷偏差问题、热带海气相互作用过程模拟,以及区域海气耦合模式对未来气候变化的预估研究等。对上述5个方面科学问题的研究思路和主要科学结论进行总结,重点关注针对亚洲—西北太平洋季风区的区域海气耦合模拟研究,对区域海气耦合过程改进亚洲—西北太平洋地区降水模拟的物理机制,及在该区域模拟SST冷偏差的成因亦进行相关归纳和总结。最后提出当前区域海气耦合模拟亟待解决的关键科学问题。     

柘溪水电站入库洪水实时预报模型研究

从柘溪水库流域的实际出发,提出了区间流域洪水实时预报耦合模型以及实时跟踪模型动态参数算法,并进行洪水实时预报,取得了令人较为满意的预报效果。     

典型城市环境空气中总悬浮颗粒物源项分析实例研究

采用回归分析和假设检验结合的方法,分采暖期和非采暖期对吉林省4个典型城市环境空气中总悬浮颗粒物和各类污染源中的无机组分进行了研究。结果表明:受体与污染源具有同源性。在采暖期,吉林市、白城市、通化市和四平市大气污染的主要来源是道路尘和土壤风沙尘,而建筑尘和煤灰对空气质量的影响较小;在非采暖期,4个城市的主要污染源分别是道路尘、土壤风沙尘和扬尘,而煤灰和建筑尘对4个城市空气质量的污染较小。研究结果有利于制定相应的大气颗粒物污染防治规划,以便提高污染防治的针对性、科学性和有效性,为大气污染防治规划提供科学依据。     

枯溪水电站入库洪水实时预报模型研究

从枯溪水库流域的实际出发,提出了区间流域洪不实时预报耦合模型以及实时跟踪模型的动态参数算法,并进行洪水实时预报,取得了令人较为满意的预报效果。     

水库群供调水系统实时调度研究

以大连市复杂水库群供、调水系统为背景,在对系统特性分析的基础上,提出了系统实时调度框架及二层耦合结构模式,设计了以"总量控制、耦合嵌套、多维决策、滚动修正"为核心的实时调度流程。在径流预报方面,提出了基于超越概率的水库群供、调水系统长期入库径流预报方法,结合中期GFS(Global Forecasting System)数值预报技术对不同时段入库径流进行滚动预报。在调度模型方面,采用基于动态规划的建模求解新方法和常规调度方法,为调度决策提供参考。实例研究表明,建立的实时调度系统实现了滚动预报和滚动调度,具备了实时性;实现了宏观总控与局部调整相结合的调度目标,具备了调度决策不同时间尺度耦合嵌套特性,证明了系统的适用性。研究成果对于同类系统实时调度具有重要参考价值。     

短期气候预测的可预报性与不确定性

分析总结了近年来国内外短期气候预测业务、预测试验研究及可预报性研究的成果。指出无论用大气环流模式（AGAM）还是用统计方法，月平均环流预报与观测实况的相关系数均在0.2～0.3之间。用统计方法所作的气温预报水平与之相当，降水预报水平还要略低一些。季度预报大多依靠统计方法。近年来我国汛期降水预报水平有明显提高，但也只相当于相关系数0.2～0.3。用耦合环流模式（CGCM）积分作季度预报仅仅才开始试验。用各种模式作ENSO预报时表现出一定技巧，预报时效可达半年以上，但仍有春季预报障碍等问题。短期内气候预测业务可能仍然以统计方法为主。但必须大力开展气候系统机理的研究，并建立相应的模式。不了解气候变率形成的物理机制, 短期气候预测水平不可能有显著提高。