第二讲 资料处理和客观分析

众所周知,在进行天气预报之前,必须首先掌握现在的大气状态。尤其是数值天气预报,它是通过解流体力学方程组、热力学方程和水汽方程等来预报未来天气变化的,更必须首先有正确的大气状态作为初值。我们知道,天气图能展现出某一瞬间大范围的大气状态。人工分析的天气图包含着预报员的丰富经验,因而也带来主观性的缺     

风暴潮中风与水位非线性作用效应研究

风暴潮和天文潮的非线性相互作用中风与水位效应作用明显,本文从三维全流方程组出发,引入"准定常潮汐"的假定,从动力学意义上推导风与水位效应非线性作用关系式,并由风暴潮耦合计算实例得到了支持.结果表明,潮汐高潮削弱了风应力作用,从而减弱了风暴潮,低潮时相反.     

三维斜压台风模式I.数值方法

一种多重移动套网格斜压台风模式已被应用于海洋环境数值预报。模式采用坐标系的原始方程组作为控制方程。现在用于国家海洋环境预报中心的模式垂直方向为非等距４层,水平方向为ＡｒａｋａｗａＢ型格式,所采用的差分格式满足动量和能量守恒原理。模式控制方程组分离成平流过程和适应过程二组方程,并根据大气运动不同过程的特性,分别采用不同的时间步长和不同的积分方法。预报和后报结果显示该数值方法不仅可以缩短机时,而且可以得到稳定的预报结果。     

流域最佳管理措施情景优化算法的并行化

流域最佳管理措施(beneficial management practices, BMPs)情景优化问题是一个典型的复杂地理计算问题,目前所常用的BMPs情景优化算法需要结合流域模型进行大量的迭代运算,因而花费大量计算时间,难以满足实际应用的要求。本文针对目前代表性的BMPs情景优化算法——ε支配多目标遗传算法(ε-NSGA-Ⅱ),采用主从式并行策略,利用MPI并行编程库实现了该优化算法的并行化。在江西省赣江上游的梅川江流域(面积为6366 km²)进行BMPs情景优化的应用案例表明,并行化的优化算法当运行于集群机时,加速比随着核数(8~512核)的增加而递增,当核数为512时,加速比达到最大值(310);并行效率随着核数的增加逐渐下降,最高值0.91,最低值0.61,取得了明显的加速效果。     

三维斜压台风模式Ⅰ.数值方法

一种多重移动套网格斜压台风模式已被应用于海洋环境数值预报.模式采用σ坐标系的原始方程组作为控制方程.现在用于国家海洋环境预报中心的模式垂直方向为非等距4层,水平方向为Arakawa B型格式,所采用的差分格式满足动量和能量守恒原理.模式控制方程组分离成平流过程和适应过程二组方程,并根据大气运动不同过程的特性,分别采用不同的时间步长和不同的积分方法.预报和后报结果显示该数值方法不仅可以缩短机时,而且可以得到稳定的预报结果.     

层内沉积转换面在厚砂层剩余油研究中的应用

对港东-唐家河油田馆陶油组顶部厚油(砂)层剩余潜力进行研究,据单井测井响应及录井资料,在Ng I 1-1内部发现了位于沉积旋回转换处的物质转换面.应用沉积转换面理论对Ng I 1-1内部厚层进行挖潜,得出一套完整的剩余油挖潜方法(未射层控制射孔,已射层堵层重补),深化了对层内潜力认识,拓宽了挖潜措施渠道,为同类型油藏开发探索出一条新路.     

渤海冰-海洋耦合模式Ⅱ.个例试验

以渤海1998~1999和2000~2001年度冬季的海冰发展过程为例,采用实时气象数值预报场作为大气强迫,利用渤海冰海洋耦合模式模拟渤海整个冬季的海冰生消和演变以及渤海冰季冰气、冰水和气水界面的热收支.模拟结果显示大气和海洋的热力效应对渤海的海冰发展非常重要,特别在海冰的冻结和融化阶段,海洋热通量在热力耦合中起着重要作用.模拟还显示了冰覆盖内部区域和冰外缘线附近不同的热力特征,分析讨论了冰区内和冰边缘两个特征点冰厚分布、界面热量收支和海表水温等.     

南海季风试验期间海面低层大气过程的初步数值模拟试验

采用一维高分辨率大气边界层模式(OSUPBL),模拟了南海海面低层大气,得到高分辨率的海面低层大气的各种气象要素及界面通量和能量平衡关系,并将模拟结果和南海季风试验(SCSMEX)观测结果和日本气象厅(JMA)再分析资料进行对比分析.结果指出,OSUPBL模式模拟得到的海面大气边界层的风速、温、湿垂直廓线,大气边界层高度以及海表面短波辐射、长波辐射、感热、潜热通量、净辐射和海面热收支等与实际观测结果基本一致.     

COARE算法估算海气界面热通量的个例对比分析

本文先对NCEP分析风、QSCAT/NCEP混合风、MM5中尺度模式分析风场进行了比对分析,发现具有高分辨率的QSCAT/NCEP混合风资料给出的高风速数值较好,但给出的高风速开始时间相对较早;NCEP分析风资料给出的高风速数值明显偏小;MM5分析风场较为可信,只不过模拟的高风速数值还是相对偏小.使用COARE算法（版本3.0）计算了四种资料情况下的渤、黄海海域一次冷空气大风过程的海表面湍流热通量,并与MM5诊断分析结果进行了对比分析.结果发现相同资料情况下,MM5结果跟COARE算法所算海气热通量（包括感热和潜热）在区域分布和时间变化规律上均较为一致,中、低风速情况下,结果比较接近;但是高风速情况下两者差异显著.     

流域最佳管理措施空间配置优化研究进展

最佳管理措施(BMPs)是保护流域水环境免受农业生产活动导致的污染的一系列措施。在进行流域尺度BMPs空间配置时,一方面要考虑BMPs的生态环境效益,另一方面要考虑农业经济效益,因此流域管理决策者需要对这些措施进行空间配置优化。最佳管理措施空间配置优化(简称BMPs空间优化)是基于专家经验或者利用优化算法而得出的方案,并通过流域模型和经济模型评价其环境和经济效益,最后选择效益最优的方案,这也是当前农业非点源污染和水环境保护研究的前沿和热点。本文在介绍BMPs及其评价模型的基础上,对当前BMPs空间优化研究中的两种方法进行了剖析,对当前国内外BMPs空间优化研究现状进行了回顾和总结,最后,指出了BMPs空间优化研究中现存的问题,指出了今后BMPs空间优化研究的方向。