基于MapReduce计算模型的气象资料处理调优试验

云计算技术使用分布式的计算技术实现了并行计算的计算能力和计算效率,解决了单机服务器计算能力低的问题。基于长序列历史资料所计算得出的气候标准值对于气象领域实时业务、准实时业务及科学研究中均具有重要的意义。由于长序列历史资料数据量大、运算逻辑较复杂,在传统单节点计算平台上进行整编计算耗时非常长。该文基于Hadoop分布式计算框架搭建了集群模式的云计算平台,以长序列历史资料作为源数据,基于MapReduce计算模型实现了部分整编算法,提高计算时效。同时,由于数据源本身具有文件个数多、单个文件小等特点,对数据源存储形式及数据文件大小进行改造,分别利用SequenceFile方式及文本文件合并方式对同一种场景进行计算时效对比测试,分别测试了10个文件合并、100个文件合并两种情况,使时效性得到了更大程度的提升。     

风云三号D星真彩色影像合成方法研究及应用

多光谱遥感数据真彩色合成影像具有处理速度快、不依赖其他遥感产品、易于理解判读等特点,其在气象、生态环境、减灾等领域具有不可替代的作用。本文以风云三号D卫星MERSI-Ⅱ传感器数据为例,经过大气校正和非线性拉伸等方法合成了真彩色影像。应用真彩色影像对沙尘、蓝藻、火灾和台风等事件进行监测分析,分析结果表明真彩色影像可以在上述事件中起到识别相关事件的影响范围、事件的发展变化情况等信息的作用。     

基于深度学习改进数值天气预报模式和预报的研究及挑战

随着高分辨率数值天气模式以及新一代地球观测系统的发展,气象领域的数据量在迅速增加,为天气和气候的理论研究和业务应用提供了丰富的信息,同时也对传统的数据处理方法及天气分析和预报技术带来了新的挑战.深度学习具有从大量的高维时空分布气象数据中提取复杂时空特征的能力,且具备计算效率高、可迁移性强、协同性和灵活性优的特点.目前深...     

多重网格方法在资料同化中的应用

多重网格方法通过在疏密不同的网格层上进行迭代，以平滑不同频率的误差分量。具有收敛速度快、精度高等优点，是现有计算工作量最少的算法之一。文章介绍了多重网格方法的原理和具体实现方案，将其用于卫星云图资料的变分同化中，并与超松弛迭代法作了比较。结果表明采用多重网格法，有助于提高同化效率。     

利用T106资料制作降水概率和相对温度预报

利用Ｔ１０６模式产品,采用ＭＯＳ预报方法,建立了甘肃省１５个站降水概率和相对温度的预报方程。通过地温度的绝对误差评分、降水概率的Ｂ评分和Ｂｓ评分对预报方程的预报结果进行评估,认为预报方程有一定的预报能力。     

乌兰布和沙漠可能蒸散的研究

在测定该区2000～2005年气象因子的基础上,分析研究了乌兰布和沙漠沙地可能蒸散的月变化特点,比较分析了应用Penman方程、Thornthwaite公式和Holdridge 3种方法计算的可能蒸散。结果指出Penman方程计算的可能蒸散和水面蒸发量具有显著的直线性相关,可应用Penman方程计算所得的可能蒸散评价该区的水分蒸发特点。研究指出可能蒸散月变化与月平均温度的变化基本一致,全年最大的月份是7～8月,全年累计可能蒸散量为3 041 mm。     

GRAPES非静力数值预报模式的三维变分资料同化系统的发展

为了减少分析变量与模式状态变量之间的插值误差,改善业务预报模式的初值质量,在GRAPES等压面三维变分资料同化系统的基础上,研究发展了针对GRAPES区域模式的非静力模式变量三维变分资料同化系统(GRAPES m3DVAR).该资料同化系统的垂直坐标及其分析变量的水平分布格式、垂直跳点方案与GRAPES预报模式保持完全一致.由于垂直坐标的变化和非静力关系,m3DVAR分析系统中设计了求解动力学约束方程的新方案.通过有效的高精度数学方案,避免了地形追随坐标下平衡方程的非线性项造成的复杂计算,有效解决了非静力平衡条件下求解平衡方程中非线性项的切线性方程和伴随方程引起的困难.重新构造各种观测算子,并考虑了质量场和风场之间的平衡约束关系、背景误差协方差结构,实现对探空、地面资料、船舶报等常规观测的同化.理想单点试验和实际资料的多变量资料同化分析结果表明,非静力模式变量三维变分资料同化系统能够正确地描写多变量之间的相互作用以及物理约束关系,分析结果合理,能够有效减少原等压面三维变分资料同化系统的分析与模式变量之间需要相互插值、变换产生的误差,在一定程度上提高了分析场质量,对预报模式的初值具有一定改善.     

三套再分析资料在青藏高原湖泊模拟研究中的适用性分析

湖泊模式为青藏高原湖-气相互作用研究提供了有效方法,而驱动数据对模拟结果影响显著,但目前用来驱动模式的再分析资料对高原不同地区湖泊的适用性依然不够清楚。利用野外观测数据、M ODIS地表温度数据和WRF耦合的一维湖泊模式,对比分析了中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集(简称ITPCAS)、ERA-Interim和NCEP/NCAR三套再分析资料在青藏高原地区纳木错、班公错和鄂陵湖三个不同深度湖泊的适用性,并对三套再分析资料的准确性进行了初步验证,进一步分析了不同校正方式后的再分析资料对模拟结果的影响。结果表明,用三套不同再分析资料作为模式驱动数据时,WRF耦合的一维湖泊模型均能够较好地模拟出高原湖泊表面温度的变化,但仍然与MODIS观测结果存在偏差。三套再分析资料中ITPCAS数据集的各气象要素与站点观测更为接近,ERA-Interim数据的向下长波和短波辐射比观测值偏大,NCEP/NCAR数据中的向下长波较观测值偏小而风速偏大。利用站点观测对再分析资料进行校正,ITPCAS数据进行全要素校正前后模拟结果差别不大,ERA-Interim和NCEP/NCAR进行全要素校正后模拟结果准确性显著提高;对于实地观测资料匮乏的地区,单独对ERA-Interim向下短波辐射数据进行校正以及同时对NCEP/NCAR气温和向下长波辐射数据进行校正均能优化湖表面温度的模拟结果。     

捷联/天文/多普勒组合导航技术,在舰船导航中的应用

为了提高舰船组合导航精度与可靠性,针对其特殊应用场合,将天文导航系统提供的位置和姿态信息、多普勒速度声纳提供的舰船速度信息与捷联导航系统进行信息融合,分析了捷联惯性导航系统、天文导航系统和多普勒导航系统的原理,分别建立了组合导航系统信息融合状态方程和量测方程,并对组合导航系统进行了系统仿真实验,实验结果表明,模糊自适应Kalman滤波器收敛速度快,具有一定的容错能力,在天文辅助捷联组合导航系统中可以有效地提高水面舰船组合导航系统的精度.     

两种再分析月平均气温资料在蒙古国的适用性评估北大核心CSCD

利用蒙古国18个气象站1987-2006年实测月平均气温资料与JRA-55和ERA-interim两种再分析资料月平均气温进行了比较和分析。首先对比了两种再分析气温资料在蒙古国校正前后的质量状况,并分析了资料的误差来源;然后将再分析气温资料与实测气温资料变化趋势进行对比,评估其对于温度变化趋势的反映能力。结果表明,利用气温直减率对再分析资料校正可以显著提升再分析资料春、夏、秋季数据质量,再分析资料偏差主要源于冬季气温偏差;JRA-55和ERA-interim气温数据在蒙古国地区可信度都比较高并各具优势,ERA-interim相对JRA-55偏差略小,而JRA-55则可以更为精准的拟合气温的变化趋势。     

地温资料的计算机自动审核方法

地温观测资料的计算机自动审核技术,是地面气象观测资料计算机自动审核中的一个关键性技术难点。综合分析了地温观测资料的特点和地温观测资料的人工审核方法,提出了地温观测资料“相邻差”的标准差分析方法,详细说明了该方法在计算机自动审核中的具体实现步骤和该方法的特点。由于该方法从本质上讲是对人工审核方法的计算模拟,同时由于采用客观计算方法,避免了主观因素,所以审核质量能达到人工审核质量的要求,且比人工审核更全面。该方法在浙江省地面气象资料计算机自动审核软件中进行了试用,实践证明该方法对提高地温观测资料的审核质量具有明显效果。     

非线性平衡方程初值化方法及其在中期数值天气预报试验中的应用

本文给出了一种求解非线性平衡方程的新的有效的方法及有关的数值试验结果。和以往的求解方法相比，本方法的优点是:收敛速度快，不需要冗长的迭代计算，也不需要对初始高度场的某些记录作修改，并能节省大量的计算时间。文中利用北半球七层原始方程谱模式，使用了1982年的客观分析资料，进行中期数值天气预报试验。试验结果表明，用非线性平衡方程初值化方法制作中期数值预报比其他的如线性平衡方程初值化方程的更佳。后者因去掉了非线性项的作用，天气系统的强度预报结果偏弱且偏平滑。     

一个全球七层大气环流谱模式及其30天长期数值天气预报试验

本模式是原北半球七层原始方程谱模式的发展，它包含了较完整的物理过程。模式的方程组求解方案能有效地克服在散度方程中以及在σ坐标系中在大地形附近计算气压梯度力项时所存在的大量之间小差的问题，模式的非线性项的谱计算方法有其优越性。本文给出了利用本模式以及用实际观测资料的客观分析场为初始场作30天长期数值天气预报试验结果。从多个个例的结果可以看出，模式的预报效果令人满意，在整个30天内，模式的预报误差都比对应的持续性误差小，而且在低纬地区也具有上述特点。这表明，本文提出的全球七层大气环流谱模式具有30天长期数值预报能力。     

湖北保康两次冰雹天气过程的综合分析

利用MICAPS常规资料、TWR01雷达资料及十堰多普勒雷达观测资料,结合地面降雹的实况报告,对2009年6月6日和8月26日发生在保康县的两次冰雹天气过程的天气背景、雷达资料进行了分析。结果表明,高空冷槽、中低层切变线是主要的影响系统。6月6日冰雹由强单体雹云产生,雹云回波具有超级单体回波特点。雷达初始回波高,雹云发展速度快;强中心呈纺锤状,中低层有弱回波区,降雹前垂直液态水含量有明显的变化。8月26日过程发生在副高内部型环流形势下,由合并加强后的雹云产生降雹。     

大气遥感最小二乘反演法最优方程的建立和效果研究

以“使反演误差均方达最小”为准则,用不同的回归方法寻求最优通道组合,建立大气温湿遥感最小二乘反演法最优方程,以避免因自变量过多产生计算病态而造成的回归系数不稳定。通过实例比较最优子集法、前进法、后退法、逐步回归法以及文中提出的单F逐步回归法和定M逐步回归法等各种方法所得方程的回归效果。单F和定M逐步回归法不仅计算简单、意义明确,而且实际效果较好,接近于最优子集法的结果。     

诊断分析在数值预报产品释用中的探讨

针对地方性天气预报特点，根据现有数值预报产品及实时探空资料的接收情况，作者利用中尺度数值预报模式ＭＭ４引入中尺度信息，提出一个实际可行的夏季降水预报方案，以求提高区域范围内具有明显突发性对流降水的预报能力。作法是用ＭＭ４模式计算逐日物理量诊断场，加入同期的欧洲中心数值预报产品，共计４１个场作为预报因子场；应用典型相关分析法，并结合逐步判别和逐步回归法，计算得出９个分区和８个单站中雨以上降水预报方程。降水预报方程的因子变量多数为中尺度诊断分析场构成的典型团子，可以认为，ＭＭ４模式计算得出的中尺度信息对预报中雨以上降水是有贡献的。     

闽北强对流天气的短时监测及判别方法研究

利用2005-2009年的闽北冰雹、大风、短时强降水过程所对应的闪电资料产品,分析了闪电资料在各类不同性质的天气过程中的表现特点;用2008年10月至2010年4月的大气电场资料对不同类型天气的表现特点进行了分析,得出一些有益的结论。这些分析可加强业务人员对闪电资料产品和大气电场资料的认识,对今后闪电资料和大气电场资料在预报业务中的应用具有一定参考意义。研究发现利用闪电定位资料和大气电场资料对闽北强对流天气进行短时监测和判别预报具有定性明确、客观化程度较高等优点,在业务实践中有较高的应用价值。     

国家气象中心新一代业务中期预报系统T213L31

介绍了国家气象中心现行中期数值预报业务系统；介绍了预报模式的基本控制方程，在SP计算机上的实现过程；介绍了全球分析的并行处理方法和全球资料同化系统、后处理系统以及与之相关的配套系统。     

诊断分析在数值预报产品释用中的探讨

文章针对地方性天气预报特点，根据现有数值预报产品以及实时探空资料的接收情况，利用中尺度数值预报模式ＭＭ４引入中尺度信息，提出一个实际可行的夏季降水预报方案，以求提高区域范围内具有明显突发性对流降水特征天气过程的预报能力。作法是用ＭＭ４模式计算出１９８４—１９８７年７月、８月逐日的零时刻物理量诊断场，格距为１００公里，使用欧洲中心数值预报产品和诊断物理量共计４１个场作为预报因子场；将内蒙古全区划分为９个气候区和８个代表站；应用典型相关分析法，并结合逐步判别法和逐步回归法，得到相应的９个区域和８个单站降水预报方程。９个分区预报方程降水ＣＳＩ指数在９７．６７％以上，８个单站降水预报方程对中雨以上降水ＣＳＩ指数在８０％以上。方程的实际预报能力令人满意。由于所采用的典型相关分析的典型因子绝大部分取自于中尺度诊断分析量，降水预报方程的因子变量多数为中尺度量。换句话说，方程中包含了大量的中尺度信息，８５０百帕零时刻水平Ｕ分量、温度Ｔ，７００百帕位势高度、涡度、湿球位温，５００百帕位势高度、温度Ｔ、涡度和湿球位温场对降水预报方程的贡献最大。     

基于ERAlnlerim资料的2003年淮河流域梅雨期水汽收支分析

以2003年6月29日-7月11日淮河流域梅雨期强降水为研究对象,采用ERAInterim再分析资料和站点降水资料,综合分析该期间慢降水时段水汽收支。结果表明：降水主要来自低层水汽辐合的贡献,而与低空急流相联系的水汽辐合具有显著的日变化,即后半夜至凌晨最大,午后最小,并由此造成了梅雨期强降水独特的日变化特征,最强降水出现在后半夜至凌晨;蒸发主要集中在白天,夜晚很小,数值约为降水量的15％,表明局地水循环的重要作用。针对淮河流域强降水区进行的水汽收支计算表明,水汽收支方程左、右两边数值在整个强降水时段具有较好的一致性,相关系数为0．77;对整个强降水期取时间平均,获得的水汽收支方程左、右两端数值的偏差为18％。