基于集合卡尔曼变换的区域集合预报初步研究

为了深入研究集合卡尔曼变换(Ensemble Transform Kalman Filter,ETKF)初值扰动方法,提高集合预报质量,从全球大集合预报资料中提取初始扰动场,建立区域模式的ETKF初值扰动方案,对2008年7月22日发生在中国东部的一次暴雨过程进行集合预报试验,并分析ETKF方案构造的扰动场特征和集合预报效果。结果表明,由ETKF初始扰动方案产生的扰动场大小与分布合理,能够反映观测站点的空间分布,能够保持所有正交、不相关方向的误差方差。集合预报降水落区相对控制预报有所改善,集合平均小雨和中雨TS评分和BS评分总体优于控制预报。24h集合预报的Talagrand分布优于36h预报。试验结果揭示了ETKF初值扰动方案的基本性质及利用ETKF方法进行区域集合预报的可行性。     

地形对台风影响的数值模拟研究——以台风“泰利”为例

为研究台湾岛地形对台风移动路径及结构的影响,利用高分辨率中尺度MM5V3模式,设计3组敏感性试验,对“0513”号台风“泰利”在2005年8月31日00：06到9月1日18：00（世界时）影响台湾岛的过程进行数值模拟研究。主要就台湾岛地形对台风移动路径、气压场、散度场、涡度场和降水场进行分析。试验结果表明：台湾岛地形对台风“泰利”的移动路径和中心气压的影响不显著;地形的强迫作用对台风涡度场的中心强度和非对称结构有明显的影响;台湾岛地形是形成迎风坡诱生低压和背风坡诱生高压的主要因子;地形是台风外围降水加强的主要原因。     

涡旋系统运动可预报性的一种简单动力学分析

运用简单的动力学方程，考察了旋转运动和辐合运动的初值问题，由此探讨了天气系统（尤其是涡旋系统）运动的可预报时限。对于天气尺度系统，确定性可预报时限约２～５天；对于１０７ｍ量级天气系统，可预报时限约１０多天；对于中小尺度天气系统，可预报时限约１天。其结果同Ｓｍａｇｏｒｉｎｓｋｙ等、Ｆｒａｅｄｒｉｃｈ等的结论基本一致。讨论还发现，在不同外部参数条件下，涡旋运动可预报性是有差异的     

复杂地形下冰雹预报的数值试验研究

充分考虑贵州低纬、高原山区特色,首先模拟由于下垫面的热力和动力不均匀造成的强对流云的初始扰动.在此初始扰动的基础上,用完全弹性三维冰雹云数值模式,模拟雹云的发生发展过程,对冰雹进行数值预报研究.通过现场试验和个例分析,发现模式能反映雹云的发生、发展等变化规律,并能对冰雹天气作预报,预报概括率为81%.     

FY-3双星MWHS资料对江西暴雨的循环同化试验

为了提高卫星资料在同化系统中使用率及验证同化卫星资料的预报效果,采用循环同化方案并通过江西2012年5月11~14日的暴雨个例进行验证。试验设计了风三卫星MWHS资料的循环同化双星资料方案和单时次同化单星资料方案,并对方案的运行结果进行了分析。结果表明,使用MWHS资料可以改进湿度场和涡度场。相比单时次同化单星MWHS资料,循环同化双星MWHS资料方案能更好地改善湿度场和动力场,模拟的降水落区和强度更接近实况,其TS评分最优。单时次同化单星MWHS资料,选用降水期间探测的卫星资料同化效果更优。     

基于后向递推与扩展指数的球谐域高斯滤波系数高精度计算方法北大核心CSCD

针对滤波半径较大、参考球面半径较小、球谐阶数较高时,传统高斯滤波球谐系数计算存在不稳定性的问题,将扩展指数法应用于高斯滤波球谐系数的后向递推计算。数值计算和实际应用均表明,该方法基本可实现在任何半径大小球面上、任意滤波半径的超高阶高斯滤波高精度计算。     

基于Voronoi邻近的物流车辆路径快速优化算法

 现代物流业需要快速高效并智能化制定物流运输方案。传统路径优化方法适合处理中小规模的车辆路径问题,计算时间较长,方案质量较低,故需发展短时间内能提供高质量路径方案的启发式算法。针对大规模物流车辆路径优化,本文提出了一种Voronoi邻近的快速优化方法。该方法先创建初始解,而后进行迭代优化。初始解创建利用Voronoi邻近关系,顾及车辆容量约束,自底向上进行客户点空间聚类,将问题降维;采用最廉价插入算法安排聚类内部路径,生成性质良好的初始解。迭代优化在客户点Voronoi邻近内进行有效的局部搜索,利用模拟退火机制接受较差解,从而跳出局部最优,不断提高解的质量。本文利用模拟生成的北京市大规模车辆路径问题进行实验,结果表明:本文算法能够在4500s内优化客户点高达12 000个物流车辆路径问题,计算时间较短,解的质量优良,算法性能稳定。本文与其他算法比较,能在较短时间内提供高质量车辆路径方案,适用于大规模物流车辆路径的优化。     

基于结构性及各向异性的软黏土变形性状试验

针对结构性和各向异性两大要素对天然软黏土变形性状的影响,对上海天然沉积软黏土进行一维固结试验、K0固结试验以及三轴不排水剪切试验。结果表明:上海天然沉积软黏土具有明显的结构性及各向异性特征;压缩特性在结构屈服破坏前后存在显著差别,具有结构性软黏土所特有的分段特征;不同初始固结应力下的等压及偏压固结不排水应力路径曲线最终都趋近于同一临界状态;在初始有效固结应力低于软黏土的结构屈服应力时,应力-应变曲线呈应变软化型,随着初始有效固结应力的增加,当其超过结构屈服应力后,应力-应变曲线逐渐呈现硬化型特征;在初始有效固结应力相同且低于结构屈服应力的前提下,偏压固结模式所对应的不排水剪切峰值强度高于等压固结模式,且屈服后的应变软化程度相较于等压固结模式更高;在不排水剪切强度达到峰值后,等压和偏压固结模式下的应力-应变曲线逐渐趋于重合;在初始有效固结应力相等的情况下,等压固结模式下产生的孔隙水压力较偏压模式下要高。     

GRAPES-Meso模式动力框架与物理过程对预报误差影响研究

为了研究GRAPES-Meso区域中尺度模式误差特点,评估模式动力框架和物理过程对预报误差的影响重要性,为GRAPES区域集合预报系统方案设计提供参考,基于GRAPES中尺度模式设计了4组对比试验,每组试验对2008年3个不同类型天气过程进行了数值模拟,获得如下结论:(1)GRAPES-Meso模式存在较为显著的系统性误差,系统性误差水平和垂直分布特征主要由GRAPES模式动力框架产生,物理过程对系统性误差影响相对较小;(2)在模式层底和模式层顶,GRAPES模式层与等压面层转换方案中,预报存在较为明显的垂直插值误差;(3)边界层方案对GRAPES模式低层动力场预报误差有重要影响,可以显著减少模式低层动力场预报误差。结果表明减少动力框架预报误差是改进GRAPES-Meso模式的重点,在GRAPES-Meso集合预报系统的设计中,需要重点考虑动力框架引起的模式不确定性。     

埋深对恐龙化石的影响效果研究

已发现的恐龙化石大多数埋藏在不同深度的地层中,不同埋深化石所受风化破坏程度不尽相同。为深入研究恐龙化石的风化机理,探究恐龙化石的保护措施和方法,重点分析埋深产生的侧向压力对恐龙化石强度和破坏特性的影响。通过有限差分软件FLAC3D进行数值模拟,揭示埋深因素对恐龙化石保存的影响程度。试验结果表明:围岩对恐龙化石施加的侧向压力是影响恐龙化石变形和强度特性的一个重要因素。在弹性变形阶段,恐龙化石的初始强度、峰值强度随侧向压力的增大而不断增大。当应力超过了恐龙化石极限强度后进入塑性变形,其初始强度、峰值强度逐渐减小,最终达到残余强度。     

地下水均衡过程的数值模拟

利用电子计算机对地下水的均衡过程进行数值模拟,这是提高以均衡法评价地下水资源精度的有效途径之一。论证地下水的均衡过程应以足够多的地下水位系列观察资料为基础,这也是获得的地下渗流过程的最主要的信息。数值模拟过程包括数学模型建立、参数调整(系统识别)和模型运转(水位预报)。本文着重论述参数调整(初始流场确定和参数调整)和模型运转(预报未来水位、论证和对比开采方案),基于上述工作要求,以有限差分法为基础用 ALGOL 语言编成一套计算用的序列程序——初始流场调整程序、参数调整程序和开采方案下的水位预报程序。这些程序已多次应用在 DJS—6机上,完成了大量的计算工作。     

东海近海热带气旋及天气数值预报系统

以ＭＭ４模式为框架,研制并建立了东海近海热带气旋及天气数值预报系统,将对热带气旋的预报和一般天气的预报统一在一个模式中,并实现了业务自动化控制,自１９９４年台风季节起投入了业务试验和准业务的运行。结果表明：该系统对东海近海热带气旋路径、风场、降水及江淮梅雨降水具有较好的预报能力     

民航京沪穗数值预报系统在广州的本地化试验

为了调整优化基于WRF模式的民航京沪穗数值预报系统在广州本地的预报效果,使用3组不同的物理参数化方案和资料同化方案组合,对发生在2011年10月13日~14日广东地区的暴雨过程进行模拟。降水预报结果显示不同物理参数化方案和资料同化方案对降水预报有较大的影响,使用香港城市大学大气研究实验室实时预报系统推荐的参数化方案的降水预报好于加拿大温哥华地区业务运行的参数化方案,使用香港的方案,不同化自动站资料的预报效果好于同化自动站资料。而环流形势场、相对湿度场、水汽通量场和CAPE指数场对不同参数化方案的敏感性要小于降水场,另外还分析了系统连续15天预报结果。最终结果表明,不论是降水场还是形势场,使用香港城市大学的方案并且不同化自动站资料的评分优于其他2种方案,可以作为广州本地业务方案使用。     

一个可投入业务使用的正压原始方程模式

本模式是为“重庆雾客”课题而设计的,能够通报“雾害”形成的500hPa背景形势场的正压原始方程模式。它从转报、客观分析到数值预报完全自动化。可以投入业务使用。模式提供500hPa环流形势的24小时预报。预报域覆盖整个东亚地区。模式的差分方案采用准拉格朗日平流格式。时间步长取为半小时。通过1990年11月～12月60天的预报试验表明:该模式能够较准确地预报500hPa环流形势。     

基于MapReduce的网格化优化CURE算法的实现

针对CURE算法处理大量数据时聚类速度较慢的问题,一方面采用网格聚类方法对初始聚类对象进行网格预聚类处理,缩短初始化族聚类时间;另一方面采用MapReduce框架对算法进行并行性扩展,使其能够充分利用集群的计算和存储能力,从而加速海量数据的处理。以联合程序开发网站的数据集和MATLAB人工数据集作为测试数据集,对改进算法Grid-CURE进行实验分析。实验结果表明:方法可有效提升处理大数据的效率以及提升其抗噪声能力。     

对流参数主分量旋转法在西昌地区雷暴预报中的应用

为研究对流参数主分量旋转方案对西昌地区雷暴预报的影响,利用2006~2008年雨季(6~9月)T213模式输出产品,采用F-分值法和主分量旋转法,分别初选和精选因子,并结合二元Logistic回归分析,建立了西昌北郊某站的雷暴释用预报的模型,并对该站2010年雨季雷暴进行预报试验。试验结果表明:精选因子的KMO检验值在0.65~0.85,且Bartlett球形度检验显著,说明该站的雷暴对流参数适用于因子分析;极大方差旋转能够较好地分离因子载荷,对雷暴信息的提取能力较强;试报的TS评分在0.3左右,24小时预报的Hedike评分可达0.337,模型的预报准确率较高,持续性较好。综上所述,采用主分量旋转法对雷暴的MOS预报有一定的改善效果。     

海面温度对南海台风强度的影响

【目的】分析海面温度(sea surface temperature,SST)对南海台风强度的影响。【方法】以南海为研究区域,以中国气象局热带气旋资料中心热带气旋最佳路径数据集为基础,利用Savitzky-Golay卷积平滑算法和多项式插值算法将台风数据进行插值,对强化值和SST值在南海区域的网格单元进行平均,建立模型并对其做回归分析,分析台风强度强化程度与SST模型之间的关系,以及检验模型残差的分布。通过数据提供的台风轨迹的增强率,来检验SST对台风强度变化的影响。【结果】建立台风强化值与SST之间的回归模式,平均而言,平均SST每增加1℃,台风强度强化度增加12.5%。该模型具有统计学意义,即台风高强度强化值与高海温值相关。【结论】本研究建立的统计模型对南海台风强度的预报有较好的指示效果。     

台风路径预报的定量分析

针对传统预报台风路径方法不够准确的缺陷,采用动力学方法,定量分析了作用在台风上的地转偏向力、内力、气压梯度力对台风转向所起作用的程度,指出了判定台风转向的动力学和天气学条件,证明了台风强度移速和气压场变化是台风转向的原因.     

基于最短折减路径法的边坡安全系数研究

使用双参数折减方法分析边坡稳定性的研究较多,如何把两个折减系数定义为单一的综合安全系数是目前研究的一项重要内容。Isakov提出的最短折减路径法能够保证在不同工况下得到最小安全系数,但是该方法的缺点在于计算复杂,不适合工程应用。通过有限元数值模拟,利用最短折减路径方法计算不同强度黏土构成的不同坡度均质土坡的最小安全系数和对应的折减系数,探索了最小安全系数与土的初始黏聚力、内摩擦角以及边坡坡度的关系,分析了初始强度对折减系数的影响。结果表明,相同坡度下不同强度的黏土边坡在失稳时,最小安全系数对应的临界破坏强度相同。临界破坏强度与坡度近似成线性正相关关系。由此基于最短折减路径法提出了一种新的计算最小安全系数的方法,该方法得到的安全系数与目前常用的极限平衡方法所得结果相近,并且计算简单,因此可以用于边坡稳定性分析。     

正压波和斜压波的三波共振与低频振荡

通过引进δ＝Ｈ＿１／Ｈ＿２参数，对两层模式中的正压波和斜压波（考虑了层结作用）的三波共振进行了研究，结果表明：δ叁数对三波共振条件有很大的影响；并进一步讨论了在一定初始振幅的条件下，δ参数和非线性强度对三波共振周期的影响；指出：在一定的初始振佰、δ参戮和非线性强度的条件下，大气中可以形成６０天以上的甚低频振荡及３０～６０天和准两周的低须振荡。