物理量曲面拟合的实用系统

本文以华东地区为例,引用一种新的有限区域曲面拟合法(NMOCSF)计算多项物理量,可以得到区域内任意点值和网格点值。该系统精度高、速度快、自动化程度高。此外它对硬件环境要求低,适用于基层台站。     

1961-2014年新疆降水极值概率特征及拟合不确定性分析

本文采用多种函数初步探讨了1961—2014 年新疆地区日降水极值概率拟合分析中的不确定性。结果表明：新疆气候在暖干向暖湿转变背景下,更易出现极端强降水事件,由此影响极端降水拟合的不确定性;在统计函数选择以及重现期极值拟合中存在不确定性,因此建议在进行新疆区域降水极值分析时选择整体表现较好的GEV、Gen.Logistic、Log-Pearson 3、Pearson 6 和Wakeby 函数进行合成分析,在进行单站分析时给出具有界限范围的降水极值综合曲线图,以此减少来自函数方面的不确定性。     

均生函数模型在高原汛期降水预报中的应用

以均生函数为基函数,建立了正交化、主成分和最优子集回归三类预测模型。对云南昆明、滇中（包括昆明、玉溪和楚雄）及西藏林芝的汛期（６￣８）降水进行了模拟和预测、其拟合效果,特别是对极值的拟合十分理想。结果表明：在高原地区,均生函数模型预报降水具有较高的精度,拟合报准率和实际报准率分别为９７％￣１００％和６０％￣８０％,且具有多步预测能力。     

基于迭代重加权最小二乘法的雨滴谱函数拟合研究北大核心

传统的雨滴谱函数的拟合方法在不同的降水类型和不同分布函数下,可能存在拟合出来的雨滴谱函数与实际数据差异过大的情况,基于此问题,本文提出一种基于迭代重加权最小二乘法(Iterative Reweighed Least Square,IRLS)的雨滴谱函数拟合方法。利用Parsivel激光雨滴谱仪2019年7—10月在海南安定获得的225组层状云降水样本和110组对流云降水样本数据进行实验,通过不断更新权值,迭代计算,从而求出待估计参数。模拟结果表明了该方法应用在不同降水类型和不同分布函数下,对比阶矩法和最小二乘法得到的拟合优度都是最接近1的。     

中国日降水量与其占有面积的函数关系

根据中国近40年逐日降水观测资料,分析了大范围空间域上不同等级日降水量与其占有面积的函数关系。研究表明,几乎每一年任何一天中国区域的不同等级日降水量场的统计分布都呈明显的左偏态型。利用负指数分布和Weibull分布的概率密度函数(PDF)拟合实测降水资料的结果表明,后者拟合效果优于前者。负指数分布型可能仅适用于同一天气系统控制下的一次降水过程或较小的区域范围,在更大的区域内(如中国区域),由于构成降水的多种天气系统在同一日相互叠加,可能用Weibull分布更适合。     

2014—2016年南京地区降雪微物理特征

利用OTT激光雨滴谱仪观测的南京地区2014—2016年共六场降雪粒子谱资料,按仪器记录的降水类型将资料分为雨夹雪、小雪、中雪,利用Gamma和M—P函数对粒子的尺度谱进行拟合,拟合参量由阶矩法求出。线性拟合得出降雪粒子末速度的V—D曲线,并与经验曲线进行对比分析;μ、λ关系由拟合所得二项式表示。结果表明：南京地区降雪尺度谱分布更接近于Gamma分布;小雪、中雪粒子的下落末速度同粒子直径变化无较大关联,降雪粒子以湿雪为主;雨夹雪很好地满足μ、λ二项式关系,小雪和中雪的μ、λ二项式关系相对更差,利用此关系简化Gamma函数进行遥感反演降水参量时,对于不同凝结状态的降雪需采取不同的μ、λ函数关系来表示。     

由平均风速和其标准差估算Weibull参数的近似公式及其精度

在风资源的研究工作中,理论计算结果往往与对样本进行统计处理的结果不一致,原因是多方面的,主要和下列因素有关:1)样本(包括测试仪器的精度、测试方法和数据处理等),2)拟合理论(用什么样的概率分布函数拟合实际观察值分布),3)估算拟合理论中参数的方法和近似公式。本文不涉及前两个问题。 若采用双参数Weibull概率分布函数拟合实际观察值分布时,Justus等人给出了五种估算参数的方法,本文只讨论其中的第三个方法。     

安宁河谷雨季层状云和对流云降水的雨滴谱特征

利用2017年8—10月安宁河谷的激光雨滴谱仪观测数据,对层状云和对流云降水粒子谱的微物理参量、Gamma函数拟合、Z-I拟合关系、降水粒子对数浓度和降水强度贡献率进行了分析。结果表明：层状云雨滴谱较对流云窄,对流云降水粒子总数浓度、降水强度、液态水含量和雷达反射率因子等均显著高于层状云。Gamma函数可以较好地拟合雨滴谱的分布情况,层状云的函数曲线较对流云更加平滑。层状云、对流云降水的Z-I拟合关系均较好,分别为Z=181.90I^1.54和Z=175.59I^1.54。层状云降水强度贡献率的80%集中在直径不超过2 mm的粒子,而对流云的90%集中在直径超过1 mm的粒子,表明降水粒子尺度较浓度对降水强度的影响更大,大尺度降水粒子对降水强度贡献更大。     

运用经验正交分析试作六月份旬降水趋势预报

用数学分解的方法处理原始资料数据的方法很多,如幂级数分解,三角级数分解,球函数分解,经验正交函数分解等。 经验正交函数分解与其他数学分解比较有如下优点:①用经验正交逼近时,网格是任意的,能够在任意选定的有限区域内进行分解,研究各种空间尺度的气象要素场是比     

雨滴谱分布函数的选择:M-P和Gamma分布的对比研究

M-P分布和Gamma分布是常用的两种雨滴谱分布函数。利用PMS GBPP-100型雨滴谱仪2003年7-8月在沈阳观测的雨滴谱资料,采用阶矩法对两种分布函数进行拟合,对比分析两种分布函数对谱及数浓度、雨强和雷达反射率因子的拟合效果。结果表明,在降水较弱、小滴偏少时Gamma分布会低估小滴,而M-P分布会高估小滴;降水强时,两种分布均低估小滴。M-P和Gamma分布对数浓度、雨强和雷达反射率因子这些特征量的拟合效果,在降水较强时差异很小,在降水较弱时差异较大。Gamma分布的代表性更好。此外,还讨论了两种分布的参数和雨强的关系。     

物理量曲面拟合的实用系统

本文以华东地区为例，引用一种新的有限区域曲面拟合法（ＮＭＯＣＳＦ）计算多项物理量，可以得到区域内任意点值和网格点值，该系统精度高、速度快、自动化程度高。此外它对硬件环境要求低，适用于基层台站。     

1999年杭嘉湖平原一次连续暴雨过程诊断分析

用新的曲面拟合法(NMOCSF)对江淮和杭嘉湖平原一次连续暴雨过程作物理诊断，结合天气形势讨论了准静止华北高压的形成及其对江淮和杭嘉湖平原连续暴雨的贡献。指出，当江淮和杭嘉湖平原处在梅雨期时，应特别注意华北高压的强度和位置，一旦构成阻塞形势，就极可能发生大范围、持续性的强降水过程。     

物理量图形在暴雨分析中的应用

通过“面拟合物理蛳诊断和三维图形显示系统”获得适合华东区域使用的多种物理量咕维图形，摸索用立体图形制作天然气预报的着眼点，初步分析表明物理量立体图是有非常广阔应用前景的工具之一。     

AN INTEGRATION METHOD WITH FITTING CUBIC SPLINE FUNCTIONS TO A NUMERICAL MODEL OF 2ND-ORDER SPACE-TIME DIFFERENTIAL REMAINDER——FOR AN IDEAL GLOBAL SIMULATION CASE WITH PRIMITIVE ATMOSPHERIC EQUATIONS

In this paper,the forecasting equations of a 2nd-order space-time differential remainder are deduced from the Navier-Stokes primitive equations and Eulerian operator by Taylor-series expansion.Here we introduce a cubic spline numerical model(Spline Model for short),which is with a quasi-Lagrangian time-split integration scheme of fitting cubic spline/bicubic surface to all physical variable fields in the atmospheric equations on spherical discrete latitude-longitude mesh.A new algorithm of"fitting cubic spline—time step integration—fitting cubic spline—……"is developed to determine their first-and2nd-order derivatives and their upstream points for time discrete integral to the governing equations in Spline Model.And the cubic spline function and its mathematical polarities are also discussed to understand the Spline Model’s mathematical foundation of numerical analysis.It is pointed out that the Spline Model has mathematical laws of"convergence"of the cubic spline functions contracting to the original functions as well as its 1st-order and 2nd-order derivatives.The"optimality"of the 2nd-order derivative of the cubic spline functions is optimal approximation to that of the original functions.In addition,a Hermite bicubic patch is equivalent to operate on a grid for a 2nd-order derivative variable field.Besides,the slopes and curvatures of a central difference are identified respectively,with a smoothing coefficient of 1/3,three-point smoothing of that of a cubic spline.Then the slopes and curvatures of a central difference are calculated from the smoothing coefficient 1/3 and three-point smoothing of that of a cubic spline,respectively.Furthermore,a global simulation case of adiabatic,non-frictional and"incompressible"model atmosphere is shown with the quasi-Lagrangian time integration by using a global Spline Model,whose initial condition comes from the NCEP reanalysis data,along with quasi-uniform latitude-longitude grids and the so-called"shallow atmosphere"Navier-Stokes primitive equations in the spherical coordinates.The Spline Model,which adopted the Navier-Stokes primitive equations and quasi-Lagrangian time-split integration scheme,provides an initial ideal case of global atmospheric circulation.In addition,considering the essentially non-linear atmospheric motions,the Spline Model could judge reasonably well simple points of any smoothed variable field according to its fitting spline curvatures that must conform to its physical interpretation.     

A Statistical Model for Investigating Climatic Trend Turning Points

A two-phase trend model is presented to investigate the turning-point signals of evolution trend in long-term series of a climatic element. Based on nonlinear fitting, the revised model brings out more evident improvement of the linear model proposed by Solow et al. (1987). Both theoretical deduction and case calculation show that our version can search the turning point and period accurately and objectively. In particular it is fit for computer exploring the turning points in long-range records from stations covering a large area, thus avoiding subjective judgement by a usual drawing method.     

气候资料缺测插补方法的对比研究

采用均生函数正交筛选（ＭＧＦ）和一维车贝雪夫多项式展开（ＣＰ）进行了年降水量各种缺测情况下资料的插补试验，并计算各种统计量，结果表明：无论何种缺测ＭＧＦ法拟合或插补精度一般高于ＣＰ法，尤其对连续多年缺测和序列一开始便连续缺测更为明显；同一种方法１ａ缺测拟会精度高于多年缺测，连续４—５ａ缺测但在序列中处于不同的位置拟合结果差别不大，但多段同时缺测拟合精度低于一段缺测.     

忻州市2003年7月30日暴雨过程分析

本文从天气形势、物理量场、中尺度雨团等方面对2003年7月30日出现的暴雨过程进行了综合分析,明确了“7.30”暴雨是蒙古冷低(涡)、河套切变线、强烈的辐合上升运动、充沛的水汽和大气层结不稳定等共同作用的结果。降水过程具有明显的中尺度特征。地形差异对降水也是有贡献的。分别讨论了天气形势因子和物理量场在暴雨预报中的指导作用。     

一种“准拉格朗日法”和“欧拉法”统一算法时间积分方案

从欧拉算符出发,用泰勒级数展开,给出二阶时空微商余项预报方程,进而讨论一种数值分析新算法———双三次曲面拟合(插值)的准拉格朗日时间积分方案与数值模式。它是将大气运动描述成为非线性的三次运动,即是通过对原始大气运动方程中包括标量、矢量的压、温、湿、风、以及旋转地球上广义牛顿力加速度场和散度场等,做双三次曲面拟合,实现对各个大气运动变量场的二阶可导,即限定气块上游点在各个不同双三次曲面(片)、具有斜率、曲率和挠率的非线性三次变量场上活动,从而可对各个大气运动方程做时间离散积分,即为双三次曲面拟合—时间步积分—双三次曲面拟合……,实现成为一种新动力框架数值模式。由于双三次曲面具有数学定律收敛性和二阶可导最优性,故选用双三次曲面插值求算二阶余差上游点,具有充分必要的数学理由:它包含了大气运动变量场之斜率、曲率和挠率。因此,埃尔米特双三次曲面片具有对网格变量场二阶可导运算等价性、及其数学收敛性与最佳曲率最优性,并且将准拉格朗日法与欧拉法,以及柯朗-弗里德里希斯-列维判据统一起来。容易实现全球网格变量场的双三次曲面拟合,和可按双三次曲面变量场的斜率、曲率或挠率判断,作变量场局域或单点平滑,以此保持三次模式的时间积分稳定...     

An unsaturated soil water flow problem and its numerical simulation

1.IntroductionUnsaturatedsoilwaterflowisaflowwherewaterisnotfullofsoilhole,whichisanimportantformofflowinporousmedia.Predictionofanunsaturatedflowisprovidedwithsignificanceinmanybranchesofscienceandengineering.Theseincludeatmosphericscience,soilscien...     

关于气象灾害笼罩面积与出现概率的一个定理

从气象图表(如天气图)上可以得到某气象灾害(如暴雨、高温,也可以是一般气象现象、要素、变量等)所笼罩的面积占总面积的百分比F,从气象资料中可以得到该气象现象的出现概率p。本文证明:F对时间的平均值等于p对天气图面积的平均值。本文初步讨论了这个定理的应用,还指出对这类问题的深入分析会引出分布函数概念和熵气象学。