基于人工神经网络的洪涝预报方法研究

针对西江流域的洪涝灾害，利用流域的水文参量和气象参量作为自变量，探索基于人工神经网络的洪涝预报方法。以西江流域梧州市1971～2003年超过警戒水位（17．0m）共125次作为研究对象，选取流域的水文参量和气象参量作为预报因子，对数量众多预报因子采用自然正交分解（EOF）方法，浓缩大量因子的有效信息，建立了西江流域梧州洪涝的人工神经网络预报模型。结果表明：所建立的预报模型历史拟合平均绝对百分比误差为2．21％，平均绝对误差为0．43m，预报结果平均绝对百分比误差为2．34％，平均绝对误差为0．45m，预报效果较好，可应用于实际的洪涝预报中。     

基于主分量的神经网络水位预报模型应用研究

根据气象和水文资料，以上游面雨量、水位值为预报因子，以西江流域的梧州水位为预报量，发现预报因子与预报量有很好的相关性。采用人工神经网络与主分量分析相结合的方法，建立了梧州水位的预报模型。结果表明，该预报模型对历史样本拟合精度高，试报效果及预报稳定性明显好于传统的神经网络预报模型，可在预报业务中应用。     

沙澧河流域致洪预警系统设计与应用

沙澧河流域致洪预警系统基于中小河流致洪预警气象服务需求,以气象与水文相结合,应用地理信息(GIS)先进技术,利用气象常规数据、地面自动雨量站资料、数值模式、卫星雷达资料及水文雨量、水位数据等资料,运用动力学诊断和统计分析、多元线性回归方法、模式输出法、相似预报等方法,输出暴雨和水位增量预报模型。该系统通过C/C++语言编程,集气象水文信息显示分析、数据库、预报模型和用户界面于一体,建立了涵盖流域暴雨预报、水位增量监测预测、洪涝灾害预警服务等多功能的可视化业务技术平台。在本地基层台站首次将气象和水文两个学科结合,建立降水、水文和洪涝数据库;首次对沙澧河流域进行暴雨形势分型,并建立流域暴雨预报模型;首次建立沙澧河流域五大水库水位增量预报模型。自系统运行以来,成功对沙澧河流域出现的几次致洪暴雨进行了预警,服务效果明显。     

浙江省中尺度数值预报系统的地表太阳辐射预报订正方法

利用2019年杭州站辐射观测数据及浙江省中尺度数值预报业务系统(Zhejiang WRF ADAS real＿time modeling system, ZJWARMS)逐时模拟结果,评估ZJWARMS对地表太阳辐射的模拟效果。在此基础上,选取ZJWARMS输出的短波辐射通量、云量、地表温度、比湿等10个气象因子,建立不同天气分型的地表太阳辐射预报(model output statistics, MOS)订正模型。结果表明：ZJWARMS能较好地模拟太阳辐射的日变化特征,其与观测值的相关系数达0.82,但总体上模拟值较观测值偏大,晴天时误差相对较小,阴雨天时误差明显增大。MOS模型订正后,预报效果明显改进,平均绝对百分比误差由订正前的273.4%下降至46.3%,均方根误差由246.7 W·m^-2下降至105.0 W·m^-2。MOS模型订正效果在不同月份存在一定差异,8月订正效果最好,订正后平均绝对百分比误差由126.6%下降到26.3%,4月订正效果相对较差,订正后平均绝对百分比误差为56.6%。     

铜仁地区锦江流域洪涝灾害监测预警系统

该系统利用集合预报和流域面雨量预报技术,根据水文部门水位的洪涝预报模式,开发铜仁地区锦江流域洪涝灾害监测预警系统,基于定性和定量的综合集成方法原理,探讨降水、洪涝水位预测的综合分析方法,随时向流域内各级地方防汛决策部门提供准确、及时的洪涝预警信息以及防汛决策所需的水文、气象服务信息,为政府及有关部门安排部署抗洪抢险,减少人员伤亡和灾害损失提供科学依据。     

登陆台风站点大风预报的人工神经网络方法

利用数值预报格点资料预报登陆台风影响时,沿海地区站点风的预报是各站点的定时二分钟风向风速。通过对MICAPS站点资料进行整合、分析,选取了沿海地区400多个资料比较齐全的站点和海岛站作为预报站点。用NCEP再分析场的格点资料做相关性分析,选定9个预报因子。运用BP网络对每个站点分别建立纬向风和经向风人工神经网络模型,拟合风速的绝对值误差是1.3 m·s~(-1)。独立样本检验,风速绝对误差在2 m·s~(-1)以内。     

基于人工神经网络算法的渤海海风预报方法研究

基于2015—2017年常规海洋气象观测资料、天津中尺度天气预报模式(TJ-WRF)预报产品、EC数值预报及其集合预报产品,建立了渤海BP神经网络两级海风预报模型,该模型在大量历史样本的拟合训练基础上分别实现小风和大风与相关因子间的非线性映射,其结果有较高的预报准确率。一年的业务试用期间,该模型对各风级、各预报时效的预报能力基本稳定,预报误差较使用该释用技术前数值模式误差有所减小,72 h内风速平均绝对误差为1. 72 m·s^-1;对灾害大风的预报准确率仍能保持较高水平,8级风风速平均绝对误差仅为1. 77 m·s^-1。     

气象水文耦合的洪水预报研究进展

从洪水预报中定量降水预报应用进展、面向洪水预报的流域水文模型研究进展、气象水文耦合预报不确定性研究进展三个方面系统介绍气象水文耦合的洪水预报研究进展。研究指出,融合预报员预报的格点化定量降水预报技术是提高面向洪水预报的流域降水预报精度的重要方法,中尺度集合预报技术是提升流域局地性强降水预报能力的主要途径;概念性与物理性相结合的分布式水文模型是面向洪水预报的流域水文模型发展方向;水文集合预报是考虑气象水文单向耦合预报不确定性有效解决技术,贝叶斯系列模型可为分析气象水文预报不确定性提供重要的借鉴意义。     

菏泽冬季日光温室内最低气温预测方法的对比研究

利用2012/2013年冬季菏泽巨野日光温室内外的逐日平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、日照时数和最大风速等气象观测资料,采用相关分析法确定了影响温室内最低气温的关键气象因子,采用逐步回归法和主成分分析法分别建立温室内最低气温预报模型,并用2013/2014年冬季的气象数据检验评价两种预报模型的差异。结果表明:(1)温室内最低气温与当天温室内外及前1 d温室内外的气温、相对湿度、日照时数等相关性比较显著。(2)两种方法建立的预报模型均通过了α=0.01的显著性检验,逐步回归法所建预报模型得到的整个冬季预测值与实测值的相关系数为0.82,平均绝对误差仅为0.9℃,平均相对误差仅为9%;而主成分分析法所建的预报模型得到的整个冬季预测值与实测值的相关系数为0.58,平均绝对误差为1.8℃,平均相对误差为15%。由此表明,用逐步回归法所建的温室内最低气温预报模型的准确度高于主成分分析法,可满足预测冬季温室内最低气温的业务需求。     

基于MATLAB的主成分RBF神经网络降水预报模型

以前期500 hPa高度场、海温场为预报因子,采用径向基函数(RBF)神经网络与主成分分析相结合的方法,建立了广西中部5月平均降水预报模型。在5年独立样本的预测检验中,预测的平均相对误差、均方误差及平均绝对误差分别为18.12%、50.52和34.23。对比分析RBF神经网络与BP(Back Propagation)神经网络的预测结果,表明RBF神经网络预测结果更准确、精度更高。     

Comparing the theoretical versions of the Beaufort scale, the T-Scale and the Fujita scale

2005 is the bicentenary of the Beaufort Scale and its wind-speed codes: the marine version in 1805 and the land version later. In the 1920s when anemometers had come into general use, the Beaufort Scale was quantified by a formula based on experiment. In the early 1970s two tornado wind-speed scales were proposed: (1) an International T-Scale based on the Beaufort Scale; and (2) Fujita's damage scale developed for North America. The International Beaufort Scale and the T-Scale share a common root in having an integral theoretical relationship with an established scientific basis, whereas Fujita's Scale introduces criteria that make its intensities non-integral with Beaufort. Forces on the T-Scale, where T stands for Tornado force, span the range 0 to 10 which is highly useful world wide. The shorter range of Fujita's Scale (0 to 5) is acceptable for American use but less convenient elsewhere. To illustrate the simplicity of the decimal T-Scale, mean hurricane wind speed of Beaufort 12 is T2 on the T-Scale but F1.121 on the F-Scale; while a tornado wind speed of T9 (= B26) becomes F4.761. However, the three wind scales can be uni-fied by either making F-Scale numbers exactly half the magnitude of T-Scale numbers [i.e. F′half = T / 2 = (B / 4) − 4] or by doubling the numbers of this revised version to give integral equivalence with the T-Scale. The result is a decimal formula F′double = T = (B / 2) − 4 named the TF-Scale where TF stands for Tornado Force. This harmonious 10-digit scale has all the criteria needed for world-wide practical effectiveness.     

Analysis of the Characteristics of the Low-level Jets in the Middle Reaches of the Yangtze River during the Mei-yu Season

Here, we analyze the characteristics and the formation mechanisms of low-level jets(LLJs) in the middle reaches of the Yangtze River during the 2010 mei-yu season using Wuhan station radiosonde data and the fifth generation of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ERA5) reanalysis dataset. Our results show that the vertical structure of LLJs is characterized by a predominance of boundary layer jets(BLJs) concentrated at heights of 900–1200 m.The BLJs occur most frequently at 230...     

准两年振荡对大气中微量气体分布的影响

NCAR的包含化学、辐射、动力相互作用的两维模式（SOCRATES）移植回国后进行了初步的模拟试验,用以研究某些对环境问题重要的微量气体的化学、辐射、动力传输过程。在不考虑极地平流层云和气溶胶表面非均相化学等情况下,模式积分多年,计算结果稳定,模拟的风场、温度场显示出正常的季节变化,模拟的微量气体分布与卫星实测资料对照,结果也比较一致。为了探讨热带平流层风场的准两年周期振荡（QBO）对平流层微量气体分布的影响,我们做了QBO强迫的数值试验,即在模式中加入QBO强迫,并与不考虑QBO强迫的模拟结果对比。结果表明,QBO与其相关的次级环流所引起动力输送的变化,使平流层微量气体分布发生变化。     

阴山山脉对内蒙古中部地区气象要素影响初探

文章选用阴山山脉山北乌拉特后旗、白云、达茂旗、苏尼特左旗、化德,山南杭后旗、包头、呼和浩特、察右前旗、兴和1971—2000年气温、降水量、天气现象等资料进行对比分析,得到阴山山脉对内蒙古自治区中部地区气象要素影响初步结论。     

加强业务管理提高测报质量

我局从1999～2003年,测报工作连续4年未出现错情,在此期间共有1个250个班,9个百班无错通过上级业务部门验收.在仪器保管、使用、维护上符合要求,对外报送的各种表、簿都能做好出门合格.     

青藏高原抬升加热气候效应研究的新进展

对近4年来关于青藏高原加热影响气候的研究进行回顾.首先介绍利用位涡方程和热力适应理论,揭示;夏季高原上空低层气旋式及高层反气旋式环流结构稳定维持的动力学机理.结果表明高原加热作用造成的低层正涡源是低层气旋式环流得以稳定维持的重要原因.而边界层摩擦产生的负位涡是平衡正位涡的主要因素.高原加热还在高原上空形成负位涡,它影响着盛夏的大气环流,是青藏高原上空强大而稳定的反气旋环流得以维持的重要因素.在春夏过渡季节青藏高原非绝热加热对大气环流季节变化以及亚洲季风爆发的影响力方面,进一步确认了感热加热在过渡季节早期(5月中旬以前)环:流演变中的重要作用.青藏高原非绝热加热的时间演变引起了海陆热力差异对比的变化,使副热带高压带首先在孟加拉湾东部断裂,亚洲季风因而在孟加拉湾爆发.结果还表明,用纬向风垂直差异的时空分布能更准确地表示季节变化的区域差异.在青藏高原非绝热加热与北半球环流系统年际变化的联系方面,发现夏季青藏高原的加热强(弱)的年份,高原感热加热气泵(SHAP)高(低)效工作,使高原加热对周边地区低层暖湿空气的抽吸效应和对高层大气向周边地区的排放作用加强(减弱),高原及邻近地区的上升运动,下层辐合和上层辐散均增强(减弱),从而影响着高原和周边地区的环流以及亚洲季风区大尺度环流系统.而且高原的加热强迫还能够激发产生一支沿亚欧大陆东部海岸向东北方向传播的Rossby波列,其频散效应可影响到更远的东太平洋以至北美地区的大气环流.研究还表明,盛夏的南亚高压存在"青藏高压型"和"伊朗高压型"的双模态,它们与高原加热状态有关,且显著地与亚洲季风区的气候分布密切联系.     

西伯利亚高压强度与北大西洋海温异常的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和NOAA海温等资料,采用EOF、相关分析等方法,研究了西伯利亚高压(Siberian High,SH)强度和北大西洋海表温度(SST)的变化特征,揭示了二者的联系及其时空变化。结果表明:1)冬季SH在1960s中后期开始偏弱,2003年后略增强。2)各季北大西洋SST指数(全区平均SST的标准化距平)均在1960s中期后偏低,1990s末后偏高。北大西洋海温三极子位相由正转负的时间在春冬季(1970s初)晚于夏秋季(1960s初),而后均在1990s中期后进入正位相。3)各季偏高(低)的北大西洋SST指数和海温三极子正(负)位相均有利于冬季SH偏强(弱),但前者与SH的关系更显著,且冬季最强。北大西洋北部和西南部是影响SH强度的关键区,但SH对北部SST异常的响应范围在冬季最大,而对西南部的响应范围在夏季最大。4)当冬季大西洋SST指数异常偏高时,下游激发出的罗斯贝波列使乌拉尔山高压脊加强,使SH上空负相对涡度平流增大,高层辐合和低层辐散增强,整个对流层下沉气流深厚,促使SH增强,反之亦然。     

气候变化对中国农业旱灾损失率的影响及其南北区域差异性

在全球变暖背景下,干旱灾害对中国农业生产的影响日益严重,然而由于旱灾损失的复杂性及其显著的区域差异,至今对中国农业旱灾损失规律及其影响机制的认识十分有限。文中利用1961年以来中国农业干旱灾害的灾情资料和常规气象资料,系统分析了近50年来中国农业干旱灾害不同受灾强度分布比率和综合损失率等指标的变化趋势及其在北方和南方的区域差异,研究了20世纪90年代的气温突变对农业旱灾损失率的影响特征,探讨了农业旱灾综合损失率对气温和降水等气候要素变化的依赖关系及其在气候空间的分布特征。结果发现,在气候变化背景下,近50年来中国农业旱灾综合损失率平均每10 a约增加0.5%,风险明显增大。而且,北方综合损失率每10 a约增加0.6%,高出南方1倍,风险增大的速度明显比南方快;北方农业旱灾几乎在很宽松的气温条件下就可以发生,而南方更多发生在气温较高的年份。并且,在气温突变后,变化趋势明显加剧,全中国综合损失率约增加了0.9%,风险明显增高;而且北方综合损失率的增值高达1.8%,是南方的4倍还多,气候突变对北方农业旱灾风险的影响明显比南方更凸出。综合损失率在北方对降水变化的响应要更敏感,而在南方对气温变化的响应更敏感。同时,关键影响期降水对综合损失率的影响比全年降水影响更显著;北方的关键影响期作用比南方更凸出。这些新的科学认识对中国农业旱灾防御具有重要意义。     

中国西部植被覆盖变化对北方夏季气候影响的数值模拟

植被覆盖的变化是气候变化的成因之一,植被改变对气候的反馈可能会加强或者减缓气候的变化.文中利用CCM3全球气候模式以及20世纪70年代和90年代中国西部的植被覆盖资料进行数值模拟试验,研究了这两个时期植被变化对北方夏季区域气候的影响.模拟结果表明:植被增加的地方,地面吸收的辐射通量增加;植被减少的地方,地面吸收的辐射通量减少.地面辐射平衡的变化造成局地大气热量异常,并引起周边大气热量的调整,从而导致东亚地区夏季大气环流异常.相对于70年代的植被状况,用90年代植被模拟的北方地区对流层上层为异常气旋性环流,而中、低层为异常反气旋环流,东北亚到中国东部盛行异常北风,同时西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏南.这种异常环流特征说明模拟的90年代中国东部夏季风明显减弱,异常的环流形势造成华北和东北地区夏季水汽输送减少,水汽辐合减弱,年降水量减少了40 mm,呈现减少的特征,这是和观测事实是比较吻合的.降水和环流的异常还造成华北和东北夏季平均地面气温降低了0.4-0.8℃.因此近30年来中国西部植被变化可能是东亚夏季风年代际变化以及北方夏季降水减少的一个重要因素.     

Potential Vorticity Diagnostic Analysis on the Impact of the Easterlies Vortex on the Short-term Movement of the Subtropical Anticyclone over the Western Pacific in the Mei-yu Period

By employing NCEP-NCAR 1°×1° reanalysis datasets, the mechanism of the easterlies vortex(EV) affecting the short-term movement of the subtropical anticyclone over the western Pacific(WPSA) in the mei-yu period is examined using potential vorticity(PV) theory. The results show that when the EV and the westerlies vortex(WV) travel west/east to the same longitude of 120°E, the WPSA suddenly retreats. The EV and WV manifest as the downward transport of PV in the upper troposphere, and the variation of the corresponding high-value regions of PV significantly reflects the intensity changes of the EV and WV. The meridional propagation of PV causes the intensity change of the EV. The vertical movement on both sides of the EV is related to the position of the EV relative to the WPSA and the South Asian high(SAH). When the high PV in the easterlies and westerlies arrive at the same longitude in the meridional direction, the special circulation pattern will lower the position of PV isolines at the ridge line of the WPSA. Thus, the cyclonic circulation at the lower level will be strengthened, causing the abnormally eastward retreat of the WPSA. Analysis of the PV equation at the isentropic surface indicates that when the positive PV variation west of the EV intensifies, it connects with the positive PV variation east of the WV, forming a positive PV band and making the WPSA retreat abnormally. The horizontal advection of the PV has the greatest effect. The contribution of the vertical advection of PV and the vertical differential of heating is also positive, but the values are relatively small. The contribution of the residual was negative and it becomes smaller before and after the WPSA retreats.