南海中尺度大气-海流-海浪耦合模式的建立及应用

考虑到我国南海特殊的战略位置和复杂的海气相互作用特征,基于中尺度大气模式(MM5)、区域海洋模式(POM)和第三代海浪模式(WW3),利用消息传递的并行编程方案,建立了适用于我国南海海区的中尺度大气-海流-海浪三元耦合模式系统,将该系统用于对南海典型台风过程的模拟研究。结果表明:耦合模式运行高效稳定,较好模拟了两次台风过程,与非耦合大气模式相比,提高了对台风路径和强度的模拟准确率;耦合模式模拟出了上层海洋对台风系统的响应特征,在台风中心附近,海面温度降低,海表流场和海浪场增强,相对于台风路径,响应具有右偏性;耦合模式中的波浪效应增强了海表应力,阻碍了台风系统的发展,增强了海面降温幅度和海流近惯性振荡的振幅。大气-海流-海浪耦合模式系统是研究南海中尺度海-气相互作用,提高南海区域气象水文预报能力的一种有效手段。      

风观测对障碍物距离要求的定量评估

为定量评估气象站风观测对障碍物的距离要求,通过流体力学模式(Computational Fluid Dynamics,CFD)对单体建筑物进行了敏感性试验分析,并用河北沽源构筑物观测试验对模拟结果进行了验证。结果表明:(1)按照来流风速90%进行风速影响范围评估,障碍物对风速的影响距离为迎风面上3倍建筑物高度,背风面为28.5倍建筑物高度;按风向偏差10°进行风向影响范围评估时,障碍物对风向的影响距离为迎风面1.4倍建筑物高度,背风面为6.8倍建筑物高度,侧风向为2.8倍建筑物高度,垂直方向上为4倍建筑物高度。(2)对来流风速、建筑物厚度、建筑物高度、建筑物视宽角、来流风向的敏感性分析表明,10 m风速、风向测量对障碍物距高比的要求随背景风速的增大而增大;随着建筑物厚度的增大,10 m风速、风向观测对距高比的要求减小;当障碍物高度6 m时,对10 m风速、风向观测影响不明显,当障碍物高度6 m时,对距高比的要求随障碍物高度的增加而减小;随着建筑物视宽角的增大,10 m风速、风向观测对距高比的要求增大;来流风向与建筑物呈45°时,风速影响区域增大,风向影响区域水平方向增大、侧方向减小。     

GRAPES模式运行和质量初检

GRAPES(Global and Regional Assimilation and Prediction System)是中国气象科学研究院数值预报研究中心自主开发的新一代静力/非静力多尺度通用数值预报模式。黑龙江省气象部门现已完成对该模式的移植,实现每天两次自动定时运行,以中国国家气象中心全球数值模式预报结果T213为初始场和外嵌套环境场,进行48h的预报,供预报业务和服务使用。对预报结果的初步检验表明GRAPES模式软件框架的设计和实现适合多种计算条件移植和运行;预报结果对业务和服务有重要的指导意义。     

人工冰核的核化速率实验

如同成冰总数一样,核化速率也是催化剂性能的关键参数之一,对于科学设计和指导人工影响天气试验和作业有非常重要的意义,以前很少引起人们的关注。通过借鉴DeMott等使用的化学动力学方法,利用催化剂检测实验中时间特征等资料展开核化速率研究。结果表明,对于其他实验条件相同时,不同样品核化速率不同;同一样品不同温度动态特征明显不同:对于低温段(-16℃),形成冰晶对应快过程,主要表现是凝结冻结核化、凝华核化;而较高温度(≥-12℃)时形成冰晶是慢过程(接触核化、浸入核化机制)起主要作用。建议人工影响天气外场试验和作业中选择催化剂应关注其核化速率差异,根据实验目的优选具有不同核化速率的催化剂。     

南海ITCZ异常变化及其对非移入性南海热带气旋(TC)活动的可能影响

利用美国NOAA提供的向外长波辐射（OLR）资料、NCEP/NCAR再分析资料以及上海台风所提供的热带气旋（TC）资料等,通过定义一个描写南海范围内（5°N~20°N,105°E~120°E）的热带辐合带（Intertropical Convergence Zone,简称ITCZ）强度指数,研究了南海ITCZ年际和年代际异常变化特征及其对非移入性南海TC[South China Sea-generated tropical cyclone（SCS-G TC）]活动的可能影响,并从异常强、弱南海ITCZ年份的大气环流背景和海表温度等变化特征来尝试揭示南海TC的活动规律。结果表明:在年际和年代际时间尺度上,南海ITCZ强度指数与南海TC的生成频数存在显著的负相关关系,长期趋势变化间的关系存在不同。南海ITCZ的强、弱显著地影响到南海TC的生成频数。强南海ITCZ年,南海TC频数偏多;弱南海ITCZ年,南海ITCZ频数偏少。强、弱南海ITCZ年对于南海TC的生成源地、TC的维持时间以及路径和强度的影响不显著。进一步分析表明,动力和环境条件方面,强、弱南海ITCZ年可能差异较大。异常偏强年,对流层低层出现气旋性环流,上层出现反气旋性环流;季风槽在南海区域偏强、位置偏南。与OLR表示的深对流区相配合,存在暖的海表温度和低层强烈的正涡度和强辐合,在高层存在相应的强的气流辐散,形成了极有利于南海TC发生发展的条件。弱南海ITCZ年则相反。另外,ITCZ强年,太平洋异常SST（Sea Surface Temperature）出现为La Ni?a特征,南海ITCZ区对流活跃,强度偏强。反之,ITCZ弱年则表现为El Ni?o特征,南海ITCZ关键区的对流强度偏弱。这些结果可为深刻认识南海TC的生成规律以及对南海TC的预报提供线索。     

基于CEEMDAN-SE-ARIMA组合模型的东北夏季降水预测

针对传统时间序列模型无法有效预测模态混叠数据的不足,本文提出了一种基于CEEMDAN-SE-ARIMA的组合模型,并且对东北地区2016—2020年夏季降水量进行了实证分析。首先,基于完全自适应集合经验模态分解方法,将降水时间序列分解为多个本征模态分量,并根据不同分量样本熵的计算结果进行分量序列重构。然后,针对每一个重构分量,构建自回归移动平均预测模型。最后,将各分量的预测值进行叠加,得到组合模型的预测值。此外,还构建了ARIMA单一模型和其他组合模型,旨在与CEEMDAN-SE-ARIMA组合模型对比。结果表明：CEEMDAN-SE-ARIMA组合模型考虑了时间序列的模态混叠特征,能有效提高东北地区夏季降水时序模型的预测能力,具有良好的预测应用价值。预测结果较单一模型和其他组合模型均有所提高,MASE降低了0.02～0.91 mm, RMSE降低了0.80～130.49 mm, MAE降低了2.52～129.84 mm, MAPE降低了1.08～35.53 mm。CEEMDAN-SE-ARIMA模型在降水变率较小的西北部区域预测效果更好,对东南部区域的极值分布中心预测较为准确。     

使用卫星资料进行边界层四维变分同化研究综述

数值天气预报是当前天气预报的重要手段之一,而同化工作一直是数值预报研究的重点。在查阅了近年来国内外相关文献的基础上,对使用卫星举行资料边界层四维变分同化的研究进展进行了论述,并对最优插值法和变分法2种主要的研究方法进行了简单介绍。研究结果认为,变分方法对于初始场的改善具有明显的效果,与纯粹的统计插值方法相比,变分法具有十分明显的优势;理论上变分法能够同化所有类型大气探测资料,对非常规探测的包容能力极强,不仅能最大限度地获得观测中的信息量,而且避免了各种反演不适定问题。     

车载LiDAR数据的道路裂缝信息自动提取

针对传统道路裂缝检测工作中存在的问题,该文提出了一种利用车载LiDAR数据的道路裂缝信息自动提取方法。车载LiDAR系统能够在正常车速条件下直接获取道路及其两侧各种地物的高精度、高密度表面三维数据。为了提高数据处理效率,将三维LiDAR数据转换成二维强度特征影像数据。张量投票算法根据平滑度、邻近度及连续性约束原则,通过结构特征的张量表示和非线性投票能够从稀疏的、噪声的数据中推断显著性结构。通过实验分析,该方法不仅适用于激光点云生成的强度特征影像数据的裂缝提取,还适用于光学影像数据的裂缝提取,且提取精度在90%左右。     

气候变化对沈阳冬季供暖期的影响

利用1961-2010年沈阳市的年平均气温和供暖期及供暖期前一个月、供暖期后一个月的逐日平均气温资料,采用线性趋势分析方法及度日法,分析近50 a沈阳市年平均气温和供暖期平均气温变化的总体趋势,并对供暖初日、供暖终日和供暖期长度及供暖强度的变化特征进行分析。结果表明：近50 a沈阳市年平均气温与供暖期平均气温均呈上升趋势,近50 a年平均气温上升明显,通过了显著性检验;气候变暖使得供暖初日推迟;供暖终日提前;供暖期长度缩短;气候变暖使实际供暖强度逐渐减弱。     

近50年华东地区夏季异常降水空间分型及与其相联系的遥相关

利用中国华东地区91个站点1961～2007年夏季 (6～8月) 逐日降水资料和NCEP/NACR再分析资料, 用旋转经验正交函数 (REOF) 方法将华东地区夏季降水场分为5个区域, 即I区 (闽赣地区)、II区 (江南)、III区 (长江中下游地区)、IV区 (江淮) 和V区 (黄淮)。这5个区域的夏季降水周期显著不同, 当I区降水的年际周期性强 (弱) 时, II、III、IV、V区降水年际周期性弱 (强)。I～V区夏季降水的年代际及年际变率的年代际变化显著, 且在年代际降水较少或由多变少或由少变多的转换时段, 容易发生较大的年际变化。各区降水异常形成的局地成因有所差别。其中, 江南南部、江南、沿江 (长江中下游) 受低层异常反气旋控制, 该异常反气旋使得这些地区出现水汽辐散, 与异常的非绝热冷却结合, 造成异常下沉气流, 导致干旱发生。对于江淮之间的地区, 由南侧异常气旋性环流和北侧反气旋环流的西部辐散气流控制, 造成水汽向南北两侧辐散, 导致降水偏少; 对于黄淮地区干旱, 可归因于位于蒙古高原上的反气旋异常和位于西太平洋上的气旋性异常之间的异常偏北气流造成该地区水汽的异常辐散所致。华东5个区域的夏季降水和不同类型的遥相关有关。闽赣地区降水受欧亚-太平洋型 (EUP) 遥相关影响; 江南地区降水则可能受东亚-太平洋型 (EAP)/太平洋-日本型 (PJ) 影响, 亦与太平洋-北美型 (PNA) 存在可能的联系; 长江流域则可能受东大西洋型 (EA) 和EAP型影响; 江淮地区降水则明显地受EA/EUP和PJ/EAP的共同影响, 而黄淮降水则与源于地中海地区向东北传播且通过北极涛动 (AO) 产生影响的波列存在联系。这5个区域的夏季降水异常还和东亚地区位涡、 南海夏季风、 Niño3、Niño4区海温、西太平洋副高变动等因子有关。