两种VAD算法的比较及其应用

针对多普勒雷达速度资料非全方位均匀采样情况，选取了两种速度方位显示（VAD）算法：函数展开的Thomas算法和复数展开的Rabin算法。对于含有二阶谐波的线性风场，Thomas算法较为适用；对于不含二阶谐波的线性风场，Rabin算法对采样范围要求更小，适用性更强。实际应用中，针对不同情况，各算法得到的平均风向风速值与全方位资料结果的相对误差不超过10％。     

一种快速预处理算法及其在浅水波方程中的应用

为了提高数值求解大气方程的计算速度,我们研究了稀疏逼近逆预处理方法及其在数值求解浅水波方程中的应用,这是一种求解大型线性方程组的快速算法,该算法的核心内容是稀疏逼近逆非零元模式的选取。首先导出了一种稀疏逼近逆的非零元模式及其确定方法,然后以浅水方程的差分格式为例,借助于GMRES迭代算法,对这种预处理快速算法应用前后的计算速度进行了比较,发现该快速算法能大幅度提高运算速度。另外,该预处理快速算法简单、易于并行,是一种值得在大气方程中推广应用的方法。     

雷达产品算法及其在预报中的应用

本文主要介绍雷达产品的基本算法,包括风暴单体识别与跟踪算法、冰雹指数算法、风廓线算法以及降水算法,同时指出了根据这些算法得到的产品在天气预报中的应用。     

两种基于雷达的临近预报算法在赣江流域的应用

将多尺度雷达回波跟踪(MTREC:Muti-scale Tracking radar echoes by correlation)算法和基于降水栅格数据的网格追踪临近预报外推(PBN:Pixel-Based Nowcasting)算法应用在赣江流域,对这两种临近预报算法在1~3 h预见期的临近预报降水数据进行评估,总结两种临近预报算法在赣江流域的预报性能和预报特点。结果表明:(1)随着预见期的增加,MTREC方法的预报性能变化较为平缓。PBN方法的预报性能明显变差。(2)MTREC方法预报降水偏弱,且对于低值降水预报较为准确,而PBN方法预报降水偏强,且预报高值降水较为准确。(3)MTREC方法预报的降水高值区的范围偏小而低值降水区范围偏大,PBN方法预报的高值降水区的范围偏大而低值降水区范围偏小。(4)随着预见期的增加,MTREC方法的降水概率预报变化较为平稳,而PBN方法预报高值降水(0.4 mm·h~(-1))的概率偏高,预报低值降水(0.4 mm·h~(-1))的概率偏低。     

两种非常规探测资料在天气预报中的应用

分析了GPS水汽和中尺度自动气象站两种非常规探测资料在天气预报中的作用,结果表明:非常规探测资料可以弥补常规探测资料在时间和空间上密度的缺陷,GPS水汽资料的时间演变特征与强降水有较好的对应关系,不同天气系统、不同降水类型和不同季节有着不同的分布特征,在降水过程分析及短时临近预报预警中有重要的参考意义;自动站资料可以分析中小尺度天气系统的强度、范围、维持时间和演变特征,对于局地性强降水的预报预警有重要的作用。     

两种特征图表在中长期预报中的应用

我们在1991年设计了“单站全年各月逐日“多要素天气图”和“天文周期计算全年各月逐日多要素预报图”作中长期预报，经过几年的实践，摸索到一些经验、取得一些效果，认为这两种天气图有实用意义，值得继续探讨和完善。It法与分析我们采用25X35cm的计算纸，在其25cm的边上作某年l～12月的横向排序，35cm的边上作l～31天的纵向排序，纵横相交的每个格点表示1天。把某日的平均气压（P）、日平均气温（T）、日平均对湿度（Z）、日平均低云量（NL）、日最大风的风向风速（XXX、ddd）和田雨量（R）等多个要素值按有关填图规则境手相应的格…     

两种模式在风电场风速预测应用中的对比

利用2011年12月至2012年11月贺兰山风电场测风塔实测资料和同期WRF、BJ-RUC模式预测结果,对2种模式在风速预测中的应用进行对比分析。结果发现,月尺度上,2种模式预测的风速月均值普遍较实测值高,且WRF较BJ-RUC更接近实测值;WRF预测的月平均风速标准差普遍较实测低,而BJ-RUC普遍比实测大;春季WRF预测效果整体上较BJ-RUC好,其它季节WRF预测的月平均风速均方根误差较BJ-RUC的小,但与实测风速的相关性较BJ-RUC与实测风速相关性差。日尺度上,凌晨至中午前后和傍晚至前半夜2个时段,2种模式预测风速普遍比实测值大,而中午至傍晚时分正相反,预测值普遍较实测小。2种模式对〉12 m·s^-1风速预测的均方根误差最小,其次是3~12 m·s^-1,〈3 m·s^-1风速预测的均方根误差最大,但BJ-RUC对3~12 m·s^-1范围风速的变化趋势把握能力较好。WRF和BJ-RUC都普遍低估了1~4 m·s^-1风速段的频次,对5~10 m·s^-1范围频次普遍明显高估,对10 m·s^-1以上风速,WRF预测频次较实测低,而BJ-RUC预测频次则较实测高。BJ-RUC对该区风向的预测能力较WRF好。     

两种模糊综合评判算法在气候舒适度评判中的差异分析

利用辽宁省10个代表地区多年夏季温、湿、风月平均资料,对极大-极小和加权平均两种模糊综合评判算法的气候舒适度评判结果进行了对比.结果表明:(1)模糊综合评判两种算法得出的评判结果相差较大;(2)各研究区用极大-极小算法计算得出的舒适情况一致,而用加权平均算法计算得到的舒适情况变幅较大;(3)除了处于特殊地理位置的蚰岩和营口.其它各研究区中的内陆地区用极大-极小算法计算得到的夏季舒适比例低于加权平均算法计算得到的舒适比例,沿海地区相反.     

两种土壤温度算法的对比分析

为了定量理解黄土高原土壤的物理特性和过程, 为进一步提高陆面模式对该地区地表能量平衡模拟能力奠定基础, 本文利用2005年黄土高原陆面过程试验中7月22～26日期间裸土地表观测站土壤温度观测资料, 采用热传导（结合数学拟合法)、热传导－对流两种方法分别计算了该地区土壤热扩散率。本文还利用热传导－对流方法计算0.05～0.1 m浅薄土壤层的热扩散率垂直梯度与水通量密度之和, 其值介于0.80×10-6～2.43×10-6m/s之间。在此基础之上, 以0.05 m深度的土壤层为上边界, 分别利用上述两种方法模拟0.10 m深度的土壤层温度, 结果表明: 由于忽略土壤的垂直不均匀性和水分的垂直运动而只考虑热传导过程, 热传导方法不仅高估了土壤温度振幅, 而且高估了位相的延迟。而热传导－对流方法对温度振幅和位相的模拟值与实际观测值吻合较好, 白天 (北京时间08:00～20:00) 的温度模拟值相对测量值的平均误差、 标准差和归一化标准差分别为0.19 K、0.18 K和0.08%。     

改进的多边形合并算法及其在天气预报业务中的应用

本文根据国家气象中心分类强对流预报业务需求,基于当前比较成熟的多边形裁剪算法(Weiler-Ather-ton算法)的思路,开发了一种改进的多边形合并算法(PM算法)。该算法的优点是无需考虑输入序列的方向性、设计思路简单,运行高效,更符合天气预报业务的需求。此外,该算法也可用于多边形裁剪。2013年4—9月的业务试运行表明该算法准确、运算速度快且性能稳定。该算法在灾害性天气预报,环境气象预报、专业气象预报等天气预报业务领域具有较好的应用前景。     

数值天气预报中的两类反问题及一种数值解法──理想试验

针对数值预报中产生误差的两个来源提出了数值预报中存在着两类反问题。并在一维的非线性平流扩散方程上，用共轭方程的解法对提出的两类反问题作出了理想场的数值试验。试验结果表明，这种解反问题的方法非常有效。它利用＂观测资料＂所包含的时间演变的信息确定出了方程的初值或方程中误差订正项的空间分布状况。而且无论对＂观测资料＂的超定还是欠定都能得出较有意义的结果。因而有很大的利用前景。     

两类强对流天气过程的模式模拟及其比较

基于雷达探测数据和地面天气现象,应用MM5模式对冰雹大风和龙卷两类强对流天气过程进行数值模拟,分析模式模拟回波和雷达实际回波,研究模拟的微物理和动力特征,探讨两类强对流天气微物理和动力特征差异之间的可能原因。结果表明:(1)在雷达回波的模拟方面,两类强对流天气过程的模拟效果较好,模拟的雷达回波具有一定的可靠性。(2)冰雹大风过程的微物理模拟说明,雪晶位于0℃层以上;与雨水情况相对应的回波带等值线较为密集;云水含量主要分布在0℃层以下,呈分散分布形态;雨水含量在0℃层上下皆有分布。由龙卷过程的微物理模拟可知,云水含量主要分布在0℃层以下,基本连片分布;雨水含量在0℃层以下有所分布,但主要分布在0℃层以上,且数值大,等值线密集;云冰含量也是呈现零星分布。(3)从动力特征的模拟来看,强对流天气过程对应于强的上升运动,但是较强的上升运动区域并不分布在回波带的固定位置。     

两种干旱指标在乌海地区干旱分析中的应用比较研究

本文对降水量距平百分率、M 指数两种干旱指标进行了分析、比较,发现降水量距平百分率是适合乌海地区的干旱指标,并以此为乌海地区的干旱指标,根据乌海实际干旱情况,将干旱等级标准按不同时间尺度进行了调整,根据调整后的等级标准,对乌海地区的干旱情况进行了分析.     

二次Logistic判别分析及其气象应用

在线性Logistic判别中,各母体的相关结构是相同的,但对理论研究和实际应用都很重要的是各母体的相关结构不相同的情况,这样就引出了二次Logistic判别的问题。若变量维数p不太小,如P>4,则在完全Logistic判别中将出现太多的要计算的参数。利用拟牛顿迭代法解出由最大似然估计所得到的关于Logistic参数的超越方程组。并作出华北地区夏季旱涝预报的二次Logistic判别分析,以及北京7月上旬内最高气温大于35℃的日数不少于2d与少于2d的二次Logistic判别分析的实例。最后,还提出了在某些特殊情况下的近似方法。     

两种类型中尺度涡旋Rossby波的相速度及其物理机制

本文使用正压浅水方程组以及纬向切变基流下二维中尺度横波型扰动的Bouss-inesq近似方程组,分析了这种沿着基本气流方向传播的中尺度扰动的波动传播物理过程。研究结果表明,中尺度涡旋Rossby波划分为两种类型。由于纬向基本气流的方向的二阶水平切变或者基本气流的垂直涡度在南北方向的变化(β*因子)所导致的涡旋Rossby波称之为第一类涡旋Rossby波(正压涡旋Rossby波),它产生的根本原因是β*因子的作用。这种第一类涡旋Rossby波相对于基本气流-U0是单向传播的,其传播方向则与β*因子的正负符号有关。基本气流在垂直方向上的风速切变对于中尺度横波型的扰动起着不稳定的作用。如果考虑基流的二次垂直切变时,可以得到第二类涡旋Rossby波(斜压涡旋Rossby波)的相速度表达式,第二类涡旋Rossby波产生的物理根源是基本流场的风速-U的二次垂直切变或者基本流场y方向的平均涡度在空间z方向上的不均匀性(亦即β**因子)。第二类涡旋Rossby波相对于基本气流-U0也是单向传播的,其相速度与纬向波数k有关,能量是频散的,在纬向x方向存在群速度。在基本流场的风速-U存在二次垂直切变时,横波型不稳定可能是混合的涡旋Rossby-重力波的不稳定;而当基本流场的风速-U仅仅存在线性切变,不存在二次垂直切变时,此时根本不存在涡旋Rossby波,横波型扰动的不稳定则仅仅是重力惯性波的不稳定。最后利用横波型扰动的总涡度守恒方程对第二类涡旋Rossby波形成的物理机制做出了解释。     

我国东南沿海两次沙尘的化学特征及其源地探讨

通过对１９９２年４月１０￣１４日中常州和１９９８年４月１４￣１７日在西安及南京两次沙尘和天气过程的分析,叙述了沙尘和非沙尘总悬浮颗粒物化学特性的差异。通过与各类土壤化学特性比较以及沙尘发生期的天气背景分析,指出了两次沙尘的可能源地和利用化学元素平衡法定量地求现西北土壤源在沙尘中的贡献率。     

两种变时间步长的显式差分算法

针对一类大气、海洋问题，从算子方程出发，在显式完全平方守恒差分格式的基础上提出两种变时间步长的差分算法，使数值计算更加有效。在人工调节时间步长法中，通过人为控制方程中算子能量变化的办法调整时间步长；在自动调节时间步长法中，通过数值试验自动比较出所构造差分格式稳定性的好坏，将它与泰勒展开法及分解算法进行混合应用，验明了自动调节时间步长法具有综合判断差分格式好坏的功能，并得出一些有意义的结论。     

气候场的主分量逐步回归预测模型及应用

提出一种气候场的主分量逐步回归预测模型,该模型将气候场的预测变成对该场主分量的预测。提取对气候场变化有重要影响的500 hPa高度、太平洋及印度洋海温和全球海平面气压等含不同区域不同季节的因子场的前若干个含高信息量的优质主分量因子。通过相关筛选和双重检验逐步回归,建立气候场的主分量的预测方程,由此就建立气候场与多个因子场之间的联系,但是模型却仍然保持着两个场相关的特点。根据气候场的特征向量的近似不变性,将其与主分量配合进行反算,从而得到气候场的预测。以广东汛期降水预测作为试验例子,计算了它的主分量,分析了它的时空分布特征及分类,对2003—2005年的分布作预测并与实测分布作比较及进行误差检测,发现预测效能显著。有关预测的年限、区域范围、要素和因子的物理背景等问题有待进一步研究。     

初夏华南两类季风槽的对比研究——1.诊断分析

本文采用多层非线性平衡模式及动能平衡和能量转换方程对华南两类季风槽进行了对比研究。研究表明,陆上类风的无辐散部分引起的垂直运动是基本的,而大尺度凝结加热和积云对流加热引起的垂直运动有很大的增幅作用,海上类垂直运动场主要靠弱积云对流维持。两类季风槽内辐散风的动能制造及次网格尺度效应都是主要的动能源,而无辐散风则引起负的动能产生。两类季风槽内都有一致的正斜压转换。      

风廓线仪研究现状与应用初探

风廓线仪是新一代大气遥感测风系统。简述了风廓线仪的工作原理,介绍了其应用研究现状,采用澳门和香港风廓线仪资料分析了热带风暴“圆规”影响时的特征,表明在热带风暴的影响下,风向转变非常快,并且在其登陆前后风向发生了明显的转变。从澳门和香港风廓线仪资料的对比及香港风廓线仪资料与探空资料的对比分析可见,风廓线仪测量的数据有较好的一致性,在珠江三角洲地区应用的前景是很广阔的。