气候模式模拟中海量数据的并行抽取与可视化分析诊断

在地球动力学和气候模拟等领域, 数值模拟产生的数据规模达到Tb至Pb量级。 实现这些海量数据的实时可视化和实时诊断分析面临很大的困难, 时空多尺度数据抽取可以解决这一瓶颈。 高精度数据的可视化结果展示需要高分辨率的显示设备, 并行的大屏幕显示技术是解决这一问题的有效手段。 地球科学数值模拟、 并行数据抽取和高分辨率显示都需要搭建高性能计算机集群。 本文在基于Lagrange插值的多维度、 多尺度、 多分辨率并行数据抽取算法的同时, 利用并行计算节点及LCD显示器, 基于Rocks cluster系统搭建起一个176核, 4×10×1024×1280分辨率的高性能计算模拟、 数据抽取和并行显示输出的集成平台, 并将该平台成功应用到气候模式模拟产生的海量数据的并行抽取和并行显示。     

高氯酸盐在硝酸盐还原条件下的厌氧生物降解

利用厌氧微生物降解法, 以醋酸根为碳源, 考察了高氯酸盐在不同浓度的硝酸盐还原环境下的生物降解能力, 分析硝酸盐对高氯酸盐生物降解的影响.实验结果表明, 10mg/L的高氯酸盐在不同浓度硝酸盐环境下均可被富集培养物降解.20mg/L硝酸盐还原环境中, 高氯酸盐的降解未受到抑制; 在碳源充足的条件下, 100mg/L、200mg/L及500mg/L的硝酸盐环境中, 高氯酸盐降解出现滞后期, 分别为7d、13d和38d.反应初期, 高氯酸盐降解滞后是由于硝酸盐为优先级别较高的电子受体, 更易于被微生物利用.随着硝酸盐快速降解和亚硝酸盐的累积, 高氯酸盐降解停滞可能是由于电子竞争和较高浓度的亚硝酸盐对高氯酸盐降解菌酶活性产生毒性抑制这两方面共同作用的结果.      

2009年秋季河南一次连阴雨天气成因分析

采用合成分析和动力诊断分析及统计方法,利用NCEP资料和常规气象观测资料对造成2009年9月6-20日河南省北中部地区15 d连阴雨天气成因进行分析.结果表明:200 hPa高空急流的出现并且维持,南亚高压的偏东偏北,副热带高压的偏西略偏北,以及边界层的东北风(或偏东风),是造成此次长连阴雨天气的主要影响因素;200 ...     

广东“18.8”季风槽极端降水事件对流尺度集合预报分析

受季风槽影响,2018年8月30—31日华南地区出现一次极端暴雨过程,单日站点累计降水量达1?056.7 mm,刷新了广东有历史纪录以来新的极值。对于此次极端降水事件,常用的业务模式包括欧洲中期天气预报中心全球模式（ECMWF）、日本气象厅谱模式（JMA）和中国气象局广东快速更新同化数值预报系统（CMA-GD）,都低估了降水强度。利用深圳市气象局业务对流尺度集合预报系统分析了此次特大暴雨过程,结果表明：对流尺度集合预报系统对本次特大暴雨过程具有比较好的预报能力,概率匹配平均最大雨量达348.7 mm·(24 h)-1,集合平均的强降水中心和观测基本一致,观测极值附近区域发生大暴雨（≥150 mm）概率最大值达到80%。选取了较“好”和较“差”集合成员预报进行对比分析,发现较“好”成员预报的强降水中心位置和观测基本一致,而较“差”成员预报的降水中心位置则偏向福建地区。较 “好”成员预报出莲花山南侧地面中尺度辐合线较长时间的维持和缓慢移动,导致强降水雨团在莲花山脉附近不断地触发和维持,同时地形的阻挡作用使得对流系统在地形附近区域持续维持,造成了罕见的特大暴雨;而较“差”成员辐合区位于莲花山以北,对流形成后向东、向北移动,最终导致强降水预报位置偏向福建地区。     

2000年汛期河南持续暴雨的天气形势和水汽分析

通过对2000年6月23日－7月15日河南省出现的3次连续3天以上的暴雨，大暴雨过程的降水特征－背景形势，影响系统和水汽条件等方面的分析，揭示了有利于连续性暴雨产生的水汽条件和两种环流背景场。     

河南省沙尘暴时空分布特征及影响因子分析

对河南省沙尘暴时空分布特征及影响因子分析发现河南省沙尘暴在东部平原地区发生频率高于西部山区,在驻马店以北,年沙尘暴日数为1的等值线基本上与地势海拔100m地形等高线相吻合;沙尘暴的多发地区,沙尘暴日数年际变化在多数年份较为剧烈;河南省沙尘暴沙源并非全部来自省外,省内下垫面沙尘对沙尘暴的发生起了一定的促进作用;沙尘暴的发生与降水量关系极不明确,但在部分年份与月最长无降水日数和日照时数之间存在着一定的对应关系.     

长江流域月降水的时空变化及其与AO/NAO的时滞相关分析

运用旋转经验正交函数(REOF)和交叉小波变换方法,分析了长江流域1960—2012年月降水的时空分布特征及其与AO/NAO的时滞相关关系。结果表明:(1)长江流域月降水异常分布的局域特征明显,可划分为4个主要的空间异常型:两湖平原型、东南丘陵型、西南型及北方型;(2) 4个主要的空间异常模态的累计贡献率达45. 8%,其中REOF1(18. 9%)的正异常区位于巫山及两湖平原地区;东南丘陵一带为REOF2(12. 3%)的正值中心,REOF3(8. 9%)突出了云贵高原北部和四川盆地南部的正异常区; REOF4(5. 7%)的负值中心处于四川盆地北部及其以北地区。这4个模态的时间系数(RPCk)的变化幅度较大,且其位相均呈不规则的正负交替,表明各降水异常区具有复杂的时间演变特征;(3) 4个主要异常模态与AO、NAO在特定时间尺度皆存在显著相关的现象,巫山及两湖平原地区、四川盆地北部及其以北地区的月降水均对AO表现出及时响应;东南丘陵一带的月降水对AO、NAO的最佳滞后响应时间都较长。     

六边形格网的快速傅里叶变换

全球离散格网系统是支持多源地球空间数据融合处理的新型数据模型,傅里叶变换是联系其空域与频域的纽带,对以格网系统为框架的遥感图像的增强具有重要意义。根据三孔六边形格网剖分方案,设计了一种规则六边形格网单元组合结构,并将该结构空间域的二维离散傅里叶变换转化为可以用蝶形算法加速的标准一维变换。采用遥感影像进行实验验证,结果表明本文提出的快速傅里叶变换算法正确、高效,其复杂度为N log2N。随着数据量增大,效率以指数函数形式提高。     

APPLICATIONS OF THE CLOUDSAT TROPICAL CYCLONE PRODUCT IN ANALYZING THE VERTICAL STRUCTURE OF TROPICAL CYCLONES OVER THE WESTERN PACIFIC

Cloud profiling radar (CPR) onboard CloudSat allows for deep penetration into dense clouds/precipitation. In this study, tropical cyclones (TCs) are classified into three stages as developing, mature, and decaying. The circular TC area with the radius of 500 km is divided into five regions. The vertical structure characteristics of 94 Western Pacific TCs at different stages in different regions from June 2006 to February 2014 are statistically quantified using the CloudSat tropical cyclone overpass product (the CSTC Product). Contoured frequency by altitude diagrams (CFADs) of radar reflectivity show an arc-like feature and exhibit opposite distributions with a boundary at 5 km. Bright bands are found at this altitude, indicating melting layers. Deep convective (DC) clouds have the largest occurrence probability in the inner region, while Ci clouds occur more frequently in the outer region at 10-15 km. As clouds have the second largest vertical scale after DC clouds. Distributions of Ac, Cu, and Ns clouds at different stages have few distinctions. As the altitude increases, the ice effective radius and the distribution width parameter decrease while the particle number concentration increases. Moist static energy (MSE), cloud thickness (CT), liquid water path (LWP), ice water path (IWP), water vapor (WV), and rain rate (RR) all diminish along the radial direction and are significantly larger at the mature stage. The average value of MSE at the developing stage is larger than that at the decaying stage.     

基于A-Train卫星编队资料的热带气旋强度估算

准确估算热带气旋(TC)强度,对于预测TC发展、减少财产损失具有重要的意义。前人将TC看作满足静力平衡和梯度风平衡的轴对称涡旋系统,基于云顶高度、云顶温度、海表面气压等物理量建立了TC强度估算模型,该模型未考虑环境垂直风切变对TC强度的影响。本文提出一种修正模型,通过统计拟合手段将垂直风切变加入原模型中。从2006—2015年的Cloud Sat资料中筛选出穿心个例共63个。针对云雷达(CPR)数据特点,提出根据反射率因子的垂直分布确定眼墙和外围边界位置的方法。分别用原模型与修正模型对这63个TC个例进行强度估算。与最佳路径数据相比,原模型结果总体偏大,尤其对风切变较大、强度较小的个例估算效果不佳。修正模型对于风切变大于5 m·s~(-1)的个例误差明显减小,平均绝对误差MAE、均方根误差RMSE和平均绝对误差百分比MAPE分别从5.8 m·s~(-1)、7.7 m·s~(-1)和19.5%变为3.5 m·s~(-1)、4.9 m·s~(-1)和11.5%。在一定强度范围内,修正模型估算效果随着强度的增强而提升。修正模型对于成熟阶段的个例效果更好,北半球的估算精度高于南半球,纬度越高,估算误差越小。试验结果表明,用该修正模型估算TC强度是可行的,可以对现有的技术进行辅助和补充。