GRAPES区域集合预报系统模式不确定性的随机扰动技术研究

为进一步描述GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)区域集合预报系统(GRAPES Me—soscale Ensemble Prediction System,GRAPES—MEPS)中GRAPES—Meso模式的不确定性特征,本研究在GRAPES—MEPS系统中引人了模式物理参数化倾向随机扰动方案(Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies,SPPT),随机扰动型的产生是基于-阶马尔科夫链,其具有时间相关性特征,并服从正态分布,另外经过谱展开随机场具有空间结构特征,在水平结构上较平滑和连续。本文开展了基于SPPT方案的GRAPES—MEPS集合预报试验,针对SPPT方案中随机场的扰动幅度和时间相关尺度参数开展了一系列敏感性试验,并对试验结果进行了较全面的集合预报客观检验,此外,针对一次强降水过程,分析了SPPT方案对降水预报的影响。试验结果表明,引入SPPT方案能在一定程度上提高GRAPES—MEPS系统的预报技巧,降低系统的漏报率;且能显著改进预报后期大雨量级降水的预报技巧。通过敏感性试验发现,对于GRAPES—MEPS系统,SPPT方案的效果与随机扰动场幅度的范围,及扰动场的时间相关尺度选择相关,需经过敏感性试验确定出较适合的参数。     

一种有效的多尺度时间段剖分方法与整数编码计算

围绕现有时间段编码存在的问题与现状,提出了一种时间段剖分编码方法:多尺度时间段的整数编码(multi-scale time segment integer coding,MTSIC)。该方法通过整数间形成的树状结构和大小排序,体现了不同尺度时间段间的先后、包含/被包含、相交等时间关系,最终实现了对多种尺度时间的统一整数编码化处理。在此基础上,还研究了MTSIC的时间关系的计算方法,用以支持基于时间段剖分的高效计算与查询,并初步探讨了MTSIC的应用方法与前景。试验表明,MTSIC的实现方便可靠,与传统方法转换便捷,在查询计算等方面具有很高的效率     

末次冰期Heinrich事件研究进展

随着全球变化问题研究的深入,末次冰期一系列数百至数千年时间尺度的气候突变事件逐步进入人们的视野并快速引起了广泛重视,对300ka特别是近130ka以来气候波动事件的研究成为近年来古气候研究的热点,也是进展最快的研究主题之一,例如     

1998年南海夏季风环流与动能 收支的多尺度特征

利用1998年NCEP/NCAR日平均资料研究南海夏季风环流及动能收支的多尺度变化。 结果表明1998年南海夏季风环流在对流层高层以季节变化为主，在低空以季节内变化为主；但在整个对流层，动能收支各项的变化均表现为短周期变化过程较强，而季节变化则较弱。在夏季风爆发前后，动能收支主要取决于120d和30～60d变化，爆发阶段突出了准两周与天气尺度变化的重要作用。     

分布式水文模型和GIS及遥感集成研究

阐述了在分布式水文模型的研究中,地理信息系统在气象和地理要素空间内插、流域数字地形分析和水文模拟单元的划分和遥感科学在降水、土地利用和地表分类、叶面积指数、反照率和地表热通量以及地表一些间接水文参数反演等方面的应用,并提供了一个集成GIS和遥感的全分布式水文模型的建模框架.指出了应用中存在的DEM空间最佳分辨率选择、空间尺度和时间尺度、遥感反演精度和资料不确定性等问题,并对今后分布式水文模型研究做了展望.     

遥感反演蒸散发的日尺度扩展方法研究进展

遥感技术能够提供卫星过境时刻地表参量的瞬时值,进而通过模型构建可反演得到瞬时蒸散发。相对于瞬时蒸散发,日尺度蒸散发在实际生产生活中具有更重要的应用价值。本文系统地总结分析了遥感反演瞬时蒸散发的代表性日尺度扩展方法,包括蒸发比不变法、解耦因子不变法、辐射能量比不变法、参考蒸发比不变法、地表阻抗不变法和数据同化法,并对各方法的基本原理、估算精度、适用性等进行了对比分析。在此基础上,进一步综述了日尺度扩展方法存在的不确定性和主要问题,包括扩展方法本身误差、云覆盖、气象数据获取、夜间蒸散发估算、遥感反演同扩展误差累积及真实性检验等,并指出今后应从加强有云天及夜间蒸散发扩展机理和方法等方面的研究来提升瞬时蒸散发日尺度扩展精度。     

东海黑潮PN和TK断面流量的多时间尺度变化特征

根据日本海洋数据中心提供的1972—2017年PN断面共181个航次和1987—2010年TK断面共92个航次的CTD调查资料,利用动力高度法估算了这2个断面的流量,分析了其季节、年际和长期变化特征。主要结果表明,PN断面流量季节变化为冬、春和夏季大而秋季小,TK断面流量季节变化为冬、夏季大而春、秋季小,二者共同点为最大(小)流量均出现在夏(秋)季。PN断面年平均流量的年际变化不明显,但冬季和夏季流量分别具有准3 a和准2 a的显著变化周期;TK断面年平均流量具有准4 a和准6 a的显著变化周期,冬季流量具有准4 a和准7 a的显著变化周期,但夏季流量无显著变化周期。此外,PN断面流量在1976年附近出现了一次较大幅度的增加。PN断面流量具有较大的长期增加趋势,增长率约为0.3 Sv/a,在1972—2017年增加了约13 Sv,结合NCEP海面风应力资料,结果显示,北太平洋更高纬度带(35°N和40°N)的风应力旋度对PN断面流量的影响更强。     

降水数据空间插值的时间尺度效应

介绍了克里金插值法的前提条件和基本原理,进行了对降水数据的插值试验,发现了时间尺度的改变比变异函数模型的改变对降水数据插值结果精度的影响更大。     

南海周边越赤道气流的多时间尺度变化特征及其与环流和降水的联系

利用NCAR/NCEP-1再分析资料、NOAA的OLR资料以及GPCP降水资料等,通过功率谱分析、超前滞后回归等方法,对夏季南海周边105 °E、125 °E以及150 °E三支越赤道气流进行了多尺度特征分析,重点探讨三支越赤道气流季节内振荡与热带大气环流异常及南海周边降水的联系。结果表明,在季节内时间尺度上,105 °E与125 °E越赤道气流均具有10~20 d以及30~60 d低频振荡显著周期,而150 °E越赤道气流则以10~20 d周期为主。在年际尺度上,105 °E、125 °E、150 °E越赤道气流分别具有2~4年、2~3年、2~6年振荡周期。无论是季内还是年际变化,皆以105 °E与125 °E这两支越赤道气流之间关系较密切。南亚-南海-西太平洋地区对流层低层10~20 d振荡的气旋(对流加强)和反气旋(对流减弱)的环流活动变化,决定着105 °E及125 °E越赤道气流的10~20 d振荡的演变。这两支越赤道气流之30~60 d振荡所伴随的异常变化与热带夏季季节内振荡(BSISO)的演变过程非常相似,而150 °E越赤道气流之30~60 d振荡所伴随的异常低频环流则与南半球热带辐合带关系密切。105 °E及125 °E越赤道气流的季节内振荡及年际异常均与南海周边降水异常密切相关。      

多时间尺度SPI在安徽省气象干旱监测中的适用性研究

基于安徽省81个气象站1961—2017年逐日降水数据及土壤墒情和干旱灾情资料,从诊断干旱日数年际变化、季节演变、空间分布、频率分布、典型干旱过程演变及与土壤墒情、干旱灾情的相关性等方面,研究6种时间尺度SPI在安徽省气象干旱监测效果。结果表明:不同时间尺度SPI在干旱监测中差异明显,6种时间尺度SPI对于干旱日数年际变化、不同等级干旱频率分布具有较好的监测效果,但对于干旱日数季节演变和空间差异性诊断与实况存在偏差;从典型干旱过程诊断来看,时间尺度越短,降水权重越大(例如SPI30、SPI60),SPI监测曲线对降水的响应越敏感,而SPI150、SPI180等时间尺度长的SPI对降水的响应又过于"迟钝";从与土壤墒情的相关性来看,时间尺度短的SPI30与10 cm表层土壤墒情相关性最好,相关系数达0.91,时间尺度长的SPI180与50 cm深层土壤墒情相关性较好;在各时间尺度SPI与年降水量的负相关及与干旱灾情的正相关方面,相关系数随着时间尺度的增长均先增后减,时间尺度适中的SPI120相关性最好。总体来看,不同时间尺度SPI代表不同含义,针对不同时间尺度的气象干旱应采用不同时间尺度的SPI进行监测评估。