统计降尺度方法在青海省冬季最低温度预测中的应用

利用2003-2007年国家气象中心T213L31全球中期数值预报模式逐日输出产品与青海地区25个气象站的观测数据作为试验资料, 利用相关系数和逐步回归进行因子选择, 并以单隐层神经网络和多元回归作为降尺度方法进行对比研究, 用2003-2006年间的11月1日～次年3月1日的资料作为训练样本, 以数值预报产品和前一日观测的最低温度作为因子, 建立青海省25个气候站的冬季最低温度的24, 48, 72 h预报模型, 并且以2006年12月和2007年的1、 2月作为24, 48, 72 h逐日最低温度预报试验时段。试验表明, 对于青海地区来说, 青海北部地区的预报命中率总体好于南部高原地区; 在4种对比方案中, 以选择数值预报资料结合前一日地面观测的最低温度作为主要因子的方法相对较优, 随着预报时效的延长, 24 h历史实况的作用逐渐减弱; 对于所有台站来说, 这4种方案各有优缺点, 没有一种方案可以完全代替其他所有方案; 在实际业务运行中, 对不同的台站应采用不同的预报方案进行实际业务预报。     

南京冬季雾爆发性增强的物理特征研究

根据2006年12月在南京市郊观测的3次浓雾过程(12月12日、14日和24~27日)资料,分析了雾的发展过程及爆发性增强特征,探讨了雾体爆发性增强的原因。结果表明:南京冬季雾爆发性增强的物理特征是在很短时间内(30 min以内),能见度急剧下降,雾滴数密度和含水量明显增加、尺度明显增大、雾滴谱变宽。究其原因,发现夜晚长波辐射增强或近地层出现冷平流造成的气温急剧下降,日出后地表水分蒸发或西南湿平流增强造成的湿度明显增大以及湍流混合作用,都能导致雾体爆发性增强。     

CoLM模式对青藏高原中部BJ站陆面过程的数值模拟

利用公共陆面模式Common Land Model(CoLM)及"全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验"(CAMP/Tibet)中那曲地区Bujiao(BJ)站2002—2004年的观测资料对该地区进行了单点数值模拟试验。通过比较模拟与观测的地表能量通量,表明CoLM较成功地模拟了该地区的能量分配。模式对向上的短波辐射、向上的长波辐射、净辐射及土壤热通量模拟得较好,但冬季存在偏差。进一步比较了模拟和观测的土壤温度及土壤湿度,发现浅层60 cm土壤温度模拟较好,深层存在偏差,表现为土壤温度变化滞后于实际变化。土壤湿度总体偏小,尤其是冬季冻结期,土壤冻融过程中忽略了土壤液态水在温度0℃以下仍能存在,含冰量模拟偏高。     

兰州新一代天气雷达数据误差来源分析

新一代天气雷达目前已经成为对兰州市及周边地区短时强烈天气进行监测的主要手段之一。为了方便资料的处理和分析,提高观测资料准确度,为预报员和科研人员分析资料提供方便,通过对雷达数据前端生成和后端处理传输2个过程的分析,找出兰州新一代多普勒天气雷达数据误差的来源,并进行分析,发现地物回波、雷达天线增益、测量距离等因素和数据插值、坐标转换、远距离多终端传输等因素分别是前端数据产生过程中和后端数据处理传输过程中数据误差的主要来源。     

夏季绿洲气候效应的观测和数值模拟

利用“金塔绿洲能量水分循环观测试验”的资料和中尺度数值模式对绿洲小气候效应进行了17天较长序列的研究,在模拟过程中每天替换土壤湿度。研究结果表明：在分析时段内2004年7月6目前和9日后分别盛行西北风和东风两种背景风;白天,绿洲低层相对沙漠是一个冷源,随着高度的增加逐渐转为暖中心,温度场在600～700hPa之间转变。当背景风较大时,绿洲上空的温度中心会偏向绿洲中心下游。白天绿洲低层风场平均态为在东风背景场的基础上向南北两侧辐散,随着高度的增加风场逐渐由辐散转为向绿洲的辐合,转变高度在700hPa以下,且低于温度场的转变高度。白天绿洲上以下沉运动为主,绿洲风次级环流是绿洲上夏季晴天长期存在的平均态。当背景风较小时绿洲低层可形成向四周辐散的风场,当背景风场过大时,无绿洲环流生成。绿洲为高湿场,在绿洲边缘沙漠上存在的逆湿和高水汽柱,既阻止沙漠上干热气流侵入绿洲,又防止绿洲上水汽的流失。白天沙漠、绿洲的地表能量通量差异较大,绿洲上以潜热为主,沙漠上以感热为主,二者量级相当。绿洲上的边界层高度低于沙漠的,对绿洲生态系统起一定的保护作用。     

Lippmann-Schwinger积分方程广义超松弛迭代解法及其收敛特性

为克服Born级数只适用于弱散射和短程传播的弱点,从光学散射理论中引入了针对强光学散射问题的Lippmann-Schwinger方程广义超松弛迭代解法,并对这种方法在反射地震条件下的算法表现、收敛特点、计算效率以及计算精度等问题进行了分析和讨论.理论分析和数值计算结果均表明:(1)与散射级数重整化相比,超松弛法具有更坚实的数学基础;(2)超松弛法可以有效地克服Born级数的弱点,得到与有限差分相当的数值模拟结果;(3)在反射地震条件下LS方程超松弛法表现优异,完全可以解决反射地震数值模拟中的强散射问题.     

一种利用Nyström离散与FFT快速褶积的散射地震波并行计算方法

利用数值方法解Lippermann-Schwinger(L-S)方程的主要困难在于系数矩阵存储和线性方程组求解.这主要是因为L-S方程的积分部分是一个空间褶积,在离散后将导致一个满秩矩阵,进而形成一个大型或超大型代数方程组.因此,在利用L-S解决地震波散射问题时,一般是利用散射级数法而非数值方法.然而,散射级数法的计算精度和收敛性强烈地依赖于速度扰动的强度,而克服这种依赖性的一个可能的途径就是对现有的数值方法进行改进或是建立新的数值求解方案.在这种思想指导下,首先对L-S方程进行改写,得到一个与原L-S方程等价的积分方程(等价L-S方程).然后,对等价L-S方程进行逐点归一化处理,并利用Nystr?m法对经归一化处理的等价L-S方程(归一化等价L-S方程)进行离散,并用FFT计算空间褶积.之所以这样选择是由于归一化等价L-S方程经Nystr?m法离散生成的系数阵为一个Toeplitz阵,可利用其Toeplitz性质降低存储空间;而FFT可以将矩矢空间褶积转化为乘积,且积分核部分只要计算一次即可.进一步,为节约正演计算时间,设计了进程级和线程级相结合的MPI+OpenMP并行模式.数值试验表明,与传统的积分方程数值算法相比,利用等价L-S方程、Nystr?m离散和FFT快速褶积的计算方案可极大地降低存储需求,进而在保证精度的同时提高计算效率.     

中国春季沙尘暴的趋势变化及年代际变化

利用奇异谱分析等方法,对北疆等7个区春季1960—2000年的沙尘暴日数的趋势和周期进行了初步分析,结果表明：除北疆区未表现出明显的趋势外,南疆区等其它6个区春季沙尘暴日数变化总的趋势是减少的,都是在20世纪60年代和70年代偏多,80年代沙尘暴开始减少,90年代最少;其中南疆区、河西区和东北区的年代际变化最为明显,大约是80年代初开始沙尘暴明显减少,其它几个区的年代际变化不是很明显。南疆等大部分地区春季的沙尘暴日数在70年代末和80年代初发生了由多到少的转变,基本上与北半球大气环流的调整同步,这可能是对大气环流调整的响应;除西藏区有7．7年的周期外,其它6个区的周期基本上都集中在准2年和5～6年两个周期段。     

三工河径流系列重建及未来趋势预测

新疆三工河流域位于天山北麓中段东部 ,发源于博格达峰西北侧 ,著名的高山湖泊、国家级风景区—天池位于该河中游 ,下游是阜康市。对三工河径流量的研究 ,对于保持天池足够的蓄水量及当地环境和资源的开发利用都是非常重要的。但该河仅有短期不连续的径流实测资料 ,且测站断面迁移频繁 ,因而有多种径流估算值。应用Linest函数 ,对影响径流的因子进行筛选 ,重建了三工河 196 1年至 1999年径流系列 ,据此计算三工河多年平均径流量为 0 .6 16× 10 8m3 ,Cv值 0 .10 3。用方差分析法对径流的未来变化趋势作了初步预测 ,为正确评估当地水资源承载能力 ,保持水资源的可持续利用 ,尤其是目前有争议的地下水资源的评估和合理开发提供了定量依据。     

辽河坳陷清水洼陷沙三段页岩气富集条件

受构造作用控制,辽河西部凹陷清水洼陷沙三段页岩沉降-沉积中心发生由北西向南东方向的明显迁移,表现为欠补偿沉积的半深湖-深湖相同步迁移。从湖盆中心向陆方向,清水洼陷沙三段沉积时期主要发育了深湖-半深湖-浅湖-扇三角洲等沉积类型,对应形成了从Ⅰ、Ⅱ到Ⅲ型的干酪根分布。与此对应,页岩中的石英、长石等脆性矿物含量递次增多,而黏土矿物含量逐渐减少,反映为沉积相对页岩有机地球化学条件和矿物成分的控制作用。在深大断裂控制下,页岩沉积剖面表现为向西减薄的楔形,TOC从中心处的最大值向外逐渐降低,成熟度R_o介于0.5%~2.0%,为页岩油气的形成提供了有利的富集条件。在现今埋深状态下,洼陷区页岩一般处于热成熟生油阶段,埋深较大的局部地区可达高成熟阶段,进入页岩气为主状态,形成“下气上油”的生烃格局。沙三段页岩主要处于中成岩阶段B期,出现了大量定向排列的片状伊利石。在4 000 m以深的页岩中,伊蒙混层比小于15%,发育了多种孔隙类型,伴生黄铁矿和伊利石等黏土矿物,孔隙度一般为0.7%~3.5%,8~35 nm的页岩孔隙直径所占体积最大。高精度含气量解析结果表明,双兴1井沙三段页岩含气量为1.6~5.44 m³/t,随着页岩储层成岩裂缝增加,页岩含气量不断增加。总含气量、吸附含气量与TOC具有很好的相关性,但总含气量增加速度较吸附气增量速度更大,这与有机质生油气产物关系密切,与溶解态天然气的存在也不无关系。有机质类型多样、油气共生、含气量较大且下气上油,形成了辽河清水洼陷特色的页岩气富集模式。