北京地面O3的集合预报试验

基于蒙特卡罗集合预报方法建立了一个北京地面臭氧的集合预报系统,该系统对包括排放源、气象场在内的154个模式输入和参数进行了扰动,共包含了50个集合成员。利用该集合预报系统模拟了北京奥运会期间一次臭氧过程(2008年8月11日～8月13日),分析了集合预报系统在概率预报,最优集合子集预报以及表征预报可靠性方面的特点。结果表明:与原确定性预报相比,集合预报能为用户提供更加丰富的预报信息,通过概率预报可以提供不同事件发生的概率,对臭氧事件的预报准确率更高。采用最优集合子集预报方式时的臭氧预报均方根误差比原确定性预报低了10%以上。     

蒙特卡罗方法在降水评估中的应用研究

预报检验重点关注预报与观测间的综合统计特征用以探讨模式预报性能,而统计显著性检验方法是衡量评估结论的重要指标,是判断预报效果改进与否的有效手段.当前诸多重要检验指标如降水技巧评分等由于不满足正态分布特征均难以采用简单的计算方式获得置信区间以衡量检验指标的误差特征,因此难以正确判断通过统计检验所获得的评估差异是真实反映模式预报效果差异或是由检验样本的不确定性所造成.蒙特卡罗方法可通过样本重构获取正态分布的统计样本从而有效地解决这一问题.采用2015年8月的T639模式及GRAPES全球预报模式24 h降水预报产品,使用中国区域2400站日降水资料作为实况,重点研究蒙特卡罗方法在统计显著性检验中的应用特征,分析不同蒙特卡罗重构次数对检验结果的收敛性.结果表明10 000次蒙特卡罗重构后统计指标可满足正态分布,而通过显著性检验分析后可明显区分预报系统间降水评分差异的统计特征.     

可降水量资料反演及在暴雨数值模拟中的初步应用

通过同化可降水资料改善模式初始湿度场从而提高暴雨模拟与预报效果。首先应用适时回归方法反演大气可降水量资料，然后以1998年6月18—19日暴雨模拟为例，采用变分同化方法研究了可降水量资料在暴雨数值模拟中的作用。数值模拟结果表明：1)MM5模式中同化可降水量资料后，对于雨带位置的模拟效果起到很大的改善；亦可改进暴雨降水强度的模拟效果，改进程度与降水参数化方案有关。2)同化可降水量资料后，明显改善初始湿度场，在一定程度上缓解旋转加强(spin up)问题，从而有效地提高降水模拟效果。3)降水模拟对参数化方案的选取同样敏感，改进初始湿度场的同时应该选择相应的降水参数化方案。     

三维指数型迎风格式以及在环境数值模拟中的初步应用

为了适应大气、海洋的环境数值模拟需要,在前人工作基础上提出了三维随流格式和指数型迎风格式.随流格式能使方程对流项中的对流速度误差明显减小.三维指数型迎风格式能有效抑制对流占优问题的数值振荡,并用简单的七点差分格式获得O(h2)精度的三维模式数值结果.因此,所建的模式具有格式简单,计算稳定性良好和计算精度较高的优点.初步计算表明,这个模式能有效应用于强迫-耗散型大气、海洋运动和环境问题的数值模拟.     

我国气象经济敏感性分析Ⅱ应用生产函数法建模和初步模拟结果分析

本文应用经典的柯布-道格拉斯生产函数法,将气候因子作为新的生产要素加入其中构建了一个关于气象-经济敏感性的模型,根据建模结果进行了相应的气象-经济敏感性评估。本研究中,有18个省（区、市）成功建模,并对这18省的气象-经济敏感性进行了初步排名。     

新一代天气雷达资料在2003年淮河流域暴雨模拟中的初步应用:模拟降水和风场的对比

利用时间尺度密集的长沙、常德、合肥、南昌、南京、武汉和宜昌共7个站的新一代天气雷达（CINRAD-SA雷达）观测反演资料、TBB资料、常规的探空和地面观测资料、NCEP分析资料，与中尺度MM5模式相结合，以NCEP格点资料作为大尺度背静场，加入12 h间隔的探空、3 h间隔的常规地面观测资料及1 h间隔的雷达反演风廓线资料，进行全程四维同化模拟，考察中尺度数值模式MM5对2003年梅雨期间发生在湖南、安徽和江苏的暴雨过程（7月8～9日）的模拟能力。分析表明:除了模拟降水与实况接近以外（雨量和雨区），MM5模式输出的风廓线和从雷达观测反演得到的风廓线结果有很好的相似性，加入雷达反演风廓线资料后对模拟结果有一定改进，为进一步利用模式输出结果研究造成2003年江淮流域暴雨洪涝的中尺度对流系统的结构和机理提供了可能。     

基于云分析的数值模拟在复杂地形中的应用试验

利用区域中尺度模式ARPS(Advanced Regional Prediction System)模拟了华北西部复杂地形条件下发生在2010年9月18-22日的降水过程,并针对云分析方法对降水和温度预报的影响开展了敏感性试验.结果表明:①模式在复杂地形下有很好的适用性.24 h和48 h模拟结果,降水的起止时间、落区以及强降水中心的位置均和实况一致.24 h模拟降水的量级和实况接近,48 h的比实况偏大;②模式能准确模拟温度的变化,插值得到的5天内6个台站温度预报的平均绝对误差只有2.69℃;③云分析能显著提高模式初值的质量,特别是其中水物质的含量,从而可显著改善48 h强降水中心降水量偏大的状况,使模拟的降水场更接近于实况.但云分析对温度模拟结果的影响不明显.     

3种光温指标在模拟设施黄瓜生长发育中的应用与比较

2011年9～12月间,以黄瓜“津优1号”（ Cucumis sativus linn. cv. Jingyoul ） 为试材,在南京信息工程大学试验温室进行分批栽培试验,测定温室气象要素和作物数据,分别用活动积温（AAT,Ac-tive accumulated temperature ）、有效积温（ EAT, Effective accumulated temperature） 和辐热积（TEP,Thermal effectiveness and photosynthesis active radiation）3种光温指标模拟温室黄瓜植株叶面积、株高和生育期,并利用独立试验数据对各个模型进行验证。结果表明：用辐热积指标分别模拟黄瓜各生育期（出苗期、开花期、坐果期、果实膨大期、成熟期）距播种日期的天数,其相对标准误差（RMSE）分别为0d,3d,4d,5d,4d,小于活动积温法（1d,6d,8d,11d,11d）和有效积温法（0d,4d,3d,8d,10d）。利用辐热积指标模拟叶面积和株高的相对标准误差（RMSE）分别为43．0cm^2和4．3cm,决定系数（R^2）分别为0．98和0．98,而用活动积温和有效积温指标模拟黄瓜单株叶面积的相对标准误差（RMSE）分别为61．3cm^2和54．6cm^2,模拟株高的相对标准误差（RMSE）分别为9．8cm和7．5cm。比较结果显示利用辐热积指标模拟温室黄瓜生育期、株高和叶面积的精度明显高于活动积温和有效积温,该研究为温室黄瓜生长指标和各生育期的预测以及环境调控提供参考。     

小波分析在雷击大气电场波形去噪分析中的应用

雷击时大气电场信号中混杂的噪声信号影响对真实大气电场信号的分析、提取和使用。文中通过计算仿真信号和去噪前后真实电场信号的均方误差,分析选取不同的小波函数、阈值法和小波分解层数对去噪效果产生的影响。考虑雷击时大气电场信号的信噪比,选用sym5小波和db5小波与minimaxi和rigrsure阈值法结合,且对小波的分解层数选用6~7层,进行大气电场波形的去噪处理,其去噪效果比较理想。最后,将该方法用于实际雷击大气电场波形数据的去噪处理,对雷击时电场波形的突变性检测中,在20个样本中有14个在首次雷击前1.5~2 h具有突变过程,占70%,这为将大气电场仪资料引入其他气象参数预报模型提供了切入点。     

Comparison of Monte Carlo simulation methods for the calculation of the nucleation barrier of argon

We compare two molecular Monte Carlo simulation methods, the discrete summation method and the growth/decay method, which calculate the vapor-liquid nucleation free energy barrier by simulating isolated clusters of fixed size without the surrounding vapor. The methods are applied to calculations of nucleation barriers of Lennard–Jones argon at 60 K and 80 K. Both of these methods are computationally efficient, as only isolated clusters without the surrounding vapor are simulated, and the methods can be applied with any given cluster definition. They give equivalent results to other methods where the vapor phase is also included. The discrete summation method is based on the calculation of the difference in free energies between two systems containing an n-cluster and an (n − 1)-cluster plus one non-interacting (free) molecule. We show that the configurational space is not equivalent in the two systems. Hence, there has to be an additional term in the free energy calculation that accounts for several kT in magnitude. In contrast to previous studies we also show that it is not correct to prevent the overlap of the non-interacting molecule and another molecule by a zero or an arbitrarily small repulsive potential, but with a small excluded space around the free molecule.     

合成风场的统计检验和蒙特卡洛检验

提出了二维风场的F检验及二维风场的蒙特卡洛检验方法.将方法用于长江流域夏季降水与印度夏季风的研究中,表明方法是有效的.     

金融领域的随机建模与基于软件R的Monte Carlo模拟(5):Black-Scholes的世界

主要研究了Black-Scholes模型.与Black-Scholes期权定价公式相比,将再次强调和证实利用R软件Monte Carlo模拟的强大作用.     

金融领域的随机建模与基于软件R的Monte Carlo模拟(4):随机微分方程模型

主要研究线性随机微分方程模型,为此定义Itô随机微积分,建立Itô公式.鉴于研究的重点是利用R软件进行数值模拟,所以详细讨论了过去10多年来随机微分方程数值解的研究.     

Monte Carlo多源模式在广东核电站大气环境评价中的应用

发展了ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ多源模式并用于模拟广东核电站排放的放射性污染物浓度分布和干湿沉积量。数值实验和六氟化硫（ＳＦ６）示踪实验表明,模式能很好地反映复杂地形和生态下垫面对污染物的输送、扩散和干湿沉积的影响;与观测值相比,浓度计算值的准确率大于等于５０％的概率为５８４％。     

基于蒙特卡罗方法的广州港航行风险评估

为了解不同等级能见度下的广州港航行风险特征,将不同能见度下定性的广州港航行风险定量化,以期增强广州港航行事故风险控制能力,提高广州港资源利用率.通过分析不同能见度下广州港船舶出现事故的频率以及造成后果的严重性,对二者进行概率统计后,分别对3种等级能见度下的事故数据进行蒙特卡罗仿真,有效增加了广州港航行事故的数据样本,得...     

Large-Eddy Simulation Of A Nocturnal Stratocumulus-Topped Marine Atmospheric Boundary Layer: An Uncertainty Analysis

A large-eddy simulation (LES) model has been used to study a nocturnalstratocumulus-topped marine atmospheric boundary layer. The main objectivesof our study have been first to investigate the statistical significance of LES-derived data products. Second, to test the sensitivity of our LES results with respect to the representation of subgrid-scale mixing and microphysical processes, and third to evaluate and to quantify the parametric uncertainty arising from the incomplete knowledge of the environmental parameters that are required to specify the initial and boundary conditions of a particular case study. Model simulations were compared with observations obtained in solid stratocumulus during the third flight of the first 'Lagrangian' experiment of the Atlantic Stratocumulus Transition Experiment (ASTEX). Based on these simulations the following conclusions could be drawn. Resolution(50 × 50 × 25 m³) and domain size (3.2 × 3.2 × 1.5 km³) of the LES calculations were adequate from a numerical point of view to represent the essential features of the stratocumulus-topped boundary layer. However, the ensemble runs performed in our study to investigate the statistical significance of LES-derived data products demonstrate that the area-time averaging procedure for the second-order moments produces only a low degree of statistical reliability in the model results. This illustratesthe necessity of having LES model results that are not only of adequate resolution but also of sufficiently large domain. The impact of different subgrid schemes was small, but the primary effects of drizzle were found to influence the boundary-layer structure in a climatologically significant way. The parametric uncertainty analysis revealed that the largest contribution to the variance of the LES-derived data products is due to theuncertainties in the cloud-top jump of total water mixing ratio and the net radiative forcing. The differences between the model and measurements for most of the simulated quantities were within the modelling uncertainties, but the calculated precipitation rate was found to differ significantly from that derived in the observations.     

2008年北京奥运会期间大气气溶胶物理特征分析

应用MODIS卫星的气溶胶产品资料和地面的光学粒子计数器的资料,对比分析了北京地区2006、2007、2008年7～9月的气溶胶光学厚度、细粒子光学厚度、Angstrom指数、气溶胶粒子数浓度谱及体积谱,发现2008年北京奥运会期间(7月20日～9月20日)的气溶胶光学厚度比2006、2007年同期明显降低,气溶胶细模态光学厚度占总光学厚度的比上升,Angstrom指数上升,气溶胶细粒子数浓度没有明显相对变化,而粗粒子数浓度则减少约50%.利用大气标高,将MODIS反演的气溶胶柱的质量浓度转化为地面气溶胶质量浓度.用粒子计数器得到的体积谱,在假定气溶胶粒子密度的情况下,计算出其质量浓度.将这两种方法得到的气溶胶质量浓度与国家环境保护部公布的空气质量指数换算得到的可吸入颗粒物(PM10)质量浓度进行比较.结果表明:北京奥运期间空气质量总体达到了国家二级空气质量标准;与2006、2007年同期相比,2008年气溶胶PM10质量浓度明显下降,而这主要是由气溶胶粗粒子的减少引起的.