随机参数扰动方法对中国冬季降水集合预报的影响

降水数值预报有很大的不确定性,与降水预报密切相关的物理过程参数化方案中关键参数的不确定性是降水数值预报误差来源之一,对这些参数引入随机扰动的随机参数扰动方法（Stochastically Perturbed Parameterization,简称SPP方法）可以代表模式降水预报的不确定性,是国际集合预报前沿研究领域。为了认识该方法能否代表中国冬季降水数值预报的不确定性,为业务应用提供科学依据,基于中国气象局中尺度区域集合预报模式（Global/Regional Assimilation and Prediction System-Regional Ensemble Prediciton System,简称GRAPES-REPS）,从对模式降水预报不确定性有较大影响的积云对流、云微物理、边界层及近地面层等四个参数化方案中选取了16个与降水密切相关的关键参数,引入了随机参数扰动方法,并通过2018年12月12日至2019年1月12日总计31天的冬季集合预报试验,对比分析了SPP方法对等压面要素及降水的集合预报效果。结果显示:在冬季应用SPP方法时,等压面要素的概率预报技巧总体来说优于无SPP方法扰动的对比试验,且对于低层、近地面要素的改进效果优于对中高层等压面要素的改进;但对降水概率预报而言,尽管检验评分数值略优于对比预报试验,但并未通过显著性检验,这表明,在东亚冬季风影响下,随机参数扰动方法对中国冬季降水概率预报技巧没有明显的改进。究其原因,可能是由于SPP方法主要代表对流性降水预报的不确定性,而中国冬季降水过程主要与斜压不稳定发生发展有关,模式降水以大尺度格点降水为主,对流性降水较少,故对冬季降水预报改进不明显,这为业务集合预报模式中应用随机参数扰动方法提供了科学依据。     

红土中细粒状铁锰结核的存在及其对粒度测试的影响

设计了针对红土的两种粒度分析方法,对比分析了铁锰结核对红土粒度分析结果的影响以及加入HCl对铁锰结核与红土粒度测试的影响。结果表明:(1)细粒铁锰结核对粒度测试结果有较大影响,特别是粗粒含量的增加。而盐酸可以有效地与细粒铁锰结核反应,使得粒度测试结果更接近真实值。因此,对于铁锰结核发育的红土层,若需通过粒度来分析其沉积动力特征,其粒度测试的前处理过程加入盐酸是非常有必要的。(2)盐酸的加入对红土中μm的黏土粒组有较大影响,这可能是盐酸与黏土矿物发生了化学反应,使得黏土粒组的相对含量减少。因此,对于铁锰结核发育的红土层,若需要通过粒度分析其风化过程,其前处理应当慎重选择是否加入盐酸。     

南海边缘海多金属结核与大洋多金属结核对比

本文通过系统对比分析前人研究成果,研究了南海边缘海多金属结核的成矿特征,结果表明：南海边缘海结核的矿物组成与大洋结核相似,均主要由锰相矿物和铁相矿物组成,其中锰相矿物主要为水羟锰矿和钡镁锰矿,铁相矿物主要以无定型铁氧化/氢氧化物形式存在,另外南海边缘海结核中含有大量硅酸盐矿物,表明在南海结核成矿过程中受到大量的陆源碎屑矿物混杂;相对于大洋主要经济成矿区的多金属结核,南海边缘海多金属结核中主要的经济元素如Mn、Cu、Co、Ni和Zn质量分数较低,而亲陆源性元素如Fe、Ti、P、Nb、Pb、Rb、Sc、Ta、Sr、Th和REY（REE和Y）等质量分数较高;南海边缘海多金属结核的元素地球化学特征和REE配分模式显示其为水成成因,并呈现更低的Mn/Fe值;同时南海边缘海结核也具有较快的平均生长速率及较高的δCe正异常,表明其生长在更为氧化的海水环境。虽然较快的沉积物沉积速率和动荡的海水环境影响了南海边缘海结核的成矿,但大量陆源物质进入海洋也为南海边缘海结核提供了丰富的成矿物质来源,便于南海边缘海结核的快速生长成矿。南海边缘海结核富集有Fe、Ti、Pb、Rb、Th和REY等金属元素,同样可以作为极具潜力的海洋矿产资源。南海边缘海多金属结核具有其独特的地球化学特征,与大洋多金属结核存在着明显差异。     

GRAPES全球集合预报系统模式扰动随机动能补偿方案初步探究

为了体现次网格尺度能量升尺度转换过程中存在的不确定性, 文中将随机动能补偿(Stochastic Kinetic Energy Backscatter, SKEB)方案应用于GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球集合预报系统(GRAPES-GEPS), 以更好地表征模式误差并且增大集合离散度。使用的SKEB方案基于具有一定时、空相关特征的随机型以及由数值扩散导致的局地动能耗散率来构造随机流函数强迫。并根据流函数与水平风速旋转分量的关系, 将SKEB方案中的流函数强迫转化为适用于GRAPES全球模式的水平风速扰动。结果表明, SKEB方案的使用一方面能够提高GRAPES对大气动能谱的模拟能力; 另一方面能够改善GRAPES-GEPS的集合离散度与集合平均误差的关系, 增加了集合离散度, 并在一定程度上减小了集合平均误差, 尤其是在热带地区这种改进更为显著。而且该方案使得热带地区连续分级概率评分(CRPS评分)显著减小。就降水预报而言, 从Brier评分与相对作用特征面积(AROC, Area under the Relative Operating Characteristics)的结果来看, SKEB方案有助于改善中国地区小雨[0.1 mm, 10 mm)、中雨[10 mm, 25 mm)与大雨[25 mm, 50 mm)量级降水的概率预报技巧, 而对暴雨[50 mm, ∞)量级降水预报技巧影响很小(24 h降水量)。总体上, 模式扰动随机动能补偿方案提高了GRAPES-GEPS的概率预报技巧。      

前期月OLR场与中国汛期雨带类型分布的关系

利用合成分析和差异显著性等诊断方法．研究前冬、春季对应各月OLR场与中国汛期雨带类型分布的关系。结果表明：三类雨带对应前期OLR场正、负中心主要分布在亚欧大陆、非洲大陆、以及太平洋地区和北美洲南部地区；4月（前春）海温波动逐渐增强，对流活动加剧，这时赤道中东太平洋偏南地区OLR场的分布特征对后期雨带类型的分布产生较大的指示作用。具体表现为前期赤道中、东太平洋地区对流活动强，对应夏季Ⅲ类雨型，对流活动弱对应Ⅱ类雨型，正常情况下对应Ⅰ类雨型。历史回报试验效果表明，特定区域OLR场异常可以作为预测中国汛期主要雨带位置的强信号因子。     

青岛市作为2008年奥运会海上赛场可行性分析

为支持北京申办2008年奥运会，青岛已在前年四月份、六月份和去年四月份先后三次向国家体育总局和北京市政府递交了要求承办2008年奥运会海上项目的申办报告。前年十月国际帆船联合会主席保尔－亨德森先生在视察青岛时认为，就青岛的城市环境、水域状况而完全有条件承办奥运会的帆船、帆板比赛，同意把奥运帆船比赛放在青岛举行。本文从青岛市优越的自然环境有社会环境来分析将其作为奥运海上赛场的可行性。     

大河三角洲全新世海平面研究中的若干重要问题——以长江、尼罗河和密西西比河三角洲为例

本文回顾和总结了不同纬度带大河三角洲全新世相对海平面曲线的特征及影响因素.以相近纬度带的长江、尼罗河与密西西比河三角洲为例,剖析了全新世中期无“高于现代平均海平面”的“壅水”现象,认为直布罗陀海峡、加勒比海岛屿和白令海峡对北极圈南下融水进入地中海、墨西哥湾和西太平洋起到了限制作用.大量的研究还表明,距今约7ka时尼罗河三角洲相对海平面低于现今约14m,而此时密西西比河三角洲相对海平面约为-10m,长江三角洲仅约为-5m;随后,它们的差距逐渐减小,反映了沉降作用对相对海平面变化的影响.论文提出一种利用全新世三角洲沉积层序、结合相对海平面曲线来判断区域沉降差异的方法;总结了三角洲古地形对海平面上升的响应模式,以及利用三角洲新石器遗址“最低居住面”重塑全新世相对海平面变化的路径.这些均为三角洲地区全新世海平面变化与地貌环境演化的相关研究提供了新的前景.     

陕县宽坪银多金属矿区地质特征与成矿规律

陕县宽坪银多金属矿位于崤山矿集区内,已探明银铅锌储量达中等以上规模。通过研究矿区地质特征,认为矿体主要受构造蚀变带控制,在含矿热液的多期、多阶段交代和充填作用下,在构造有利部位富集成矿。     

旅游废弃物的环境库兹涅茨效应分析——以黄山风景区为例

旅游废弃物的资源消耗性与环境吸纳性, 是其产生环境与生态影响的根本原因。文章以黄山风景区为例, 利用1979-2010 年的固态、液态、气态3 类6 种旅游废弃物的排放量指标的时间序列数据, 进行旅游废弃物的环境库兹涅茨曲线拟合检验及其效应分析。结果表明:(1) 固态与液态旅游废弃物的排放量与旅游发展之间具有环境库兹涅茨倒U型曲线关系, 而气态废弃物则不具有。(2) 固体废弃物排放量的倒U型曲线的转折点为4596.01 t, 液态的污水与粪便的转折点分别为731491.46 t, 15866.43 t, 转折点时间在2015 年。(3) 科技应用对改善景区空气质量的作用较大, 万元旅游收入的能耗每下降1%, SO₂、NO₂、PM₁₀ 值分别下降3.38%、4.25%、0.78%;环保规制对景区水体的质量控制作用明显, 污水达标排放率每提高1%, 地表水的COD值下降3.41%。(4) 旅游废弃物的排放不一定必然造成风景区环境质量的下降, 调整产业结构、加大科技应用与强化环保规制, 是控制旅游废弃物环境污染与生态影响的关键手段。     

STUDY OF THE MODIFICATION OF MULTI-MODEL ENSEMBLE SCHEMES FOR TROPICAL CYCLONE FORECASTS

This study investigates multi-model ensemble forecasts of track and intensity of tropical cyclones over the western Pacific, based on forecast outputs from the China Meteorological Administration, European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, Japan Meteorological Agency and National Centers for Environmental Prediction in the THORPEX Interactive Grand Global Ensemble (TIGGE) datasets. The multi-model ensemble schemes, namely the bias-removed ensemble mean (BREM) and superensemble (SUP), are compared with the ensemble mean (EMN) and single-model forecasts. Moreover, a new model bias estimation scheme is investigated and applied to the BREM and SUP schemes. The results showed that, compared with single-model forecasts and EMN, the multi-model ensembles of the BREM and SUP schemes can have smaller errors in most cases. However, there were also circumstances where BREM was less skillful than EMN, indicating that using a time-averaged error as model bias is not optimal. A new model bias estimation scheme of the biweight mean is introduced. Through minimizing the negative influence of singular errors, this scheme can obtain a more accurate model bias estimation and improve the BREM forecast skill. The application of the biweight mean in the bias calculation of SUP also resulted in improved skill. The results indicate that the modification of multi-model ensemble schemes through this bias estimation method is feasible.