A Prototype Regional GSI-based EnKF-Variational Hybrid Data Assimilation System for the Rapid Refresh Forecasting System:Dual-Resolution Implementation and Testing Results

A dual-resolution(DR) version of a regional ensemble Kalman filter(EnKF)-3D ensemble variational(3DEnVar) coupled hybrid data assimilation system is implemented as a prototype for the operational Rapid Refresh forecasting system. The DR 3DEnVar system combines a high-resolution(HR) deterministic background forecast with lower-resolution(LR) EnKF ensemble perturbations used for flow-dependent background error covariance to produce a HR analysis. The computational cost is substantially reduced by running the ensemble forecasts and EnKF analyses at LR. The DR 3DEnVar system is tested with 3-h cycles over a 9-day period using a 40/13-km grid spacing combination. The HR forecasts from the DR hybrid analyses are compared with forecasts launched from HR Gridpoint Statistical Interpolation(GSI) 3D variational(3DVar)analyses, and single LR hybrid analyses interpolated to the HR grid. With the DR 3DEnVar system, a 90% weight for the ensemble covariance yields the lowest forecast errors and the DR hybrid system clearly outperforms the HR GSI 3DVar.Humidity and wind forecasts are also better than those launched from interpolated LR hybrid analyses, but the temperature forecasts are slightly worse. The humidity forecasts are improved most. For precipitation forecasts, the DR 3DEnVar always outperforms HR GSI 3DVar. It also outperforms the LR 3DEnVar, except for the initial forecast period and lower thresholds.     

不同同化方案在一次梅雨锋暴雨预报中的应用研究

基于ATOVS辐射率资料和GTS常规观测资料融合,通过不同化任何观测资料的控制试验、3DVAR同化试验和ETKF-3DVAR混合同化试验,对2013年7月4—5日一次梅雨锋暴雨天气过程进行模拟分析。结果表明:混合同化方案能够明显地提高暴雨预报准确率,且有效改善了风场、温度场和相对湿度场等各个气象要素的初始场结构,而这些气象要素对于暴雨的预报准确性具有重要作用。且混合同化方案对于中低层大气改进效果较为明显。在数值积分过程中,随着时间的推移,混合同化方案的优势逐渐减弱。     

A 3D multi-threshold,region-growing algorithm for identifying dust storm features from model simulations

Dust storms cause significant damage to health, property, and the environment worldwide every year. To help mitigate the damage, dust forecast models simulate and predict upcoming dust events, providing valuable information to scientists, decision makers, and the public. These simulation outputs are in four-dimensions (i.e., latitude, longitude, elevation, and time) and represent spatially heterogeneous dust storm features and their evolution over space and time. This research investigates and proposes an automatic multi-threshold, region-growing-based algorithm to identify critical dust storm features from 3D dust storm simulations. A multi-threshold scheme is defined for the identification of dust storm features with different dust concentrations. Based on the multi-thresholds, dust storm features are iteratively identified by developing a region-growing algorithm that splits a clustered dust storm feature into multiple sub-features. The proposed approach is compared with three commonly used methods in image processing and thunderstorm identification. The proposed approach outperforms the other three methods in sensitivity and quantitative/qualitative accuracy. This research approach may also be slightly adjusted to identify critical 3D features from simulation outputs for other severe weather and geographical phenomena.     

一种卫星EIRP自动测试方法

以往在测试EIRP值时一般采用人工测试的方法,这种测试模式不仅效率低,有时还会因人工操作影响测试结果准确性。本文提供了一种EIRP的自动化测试方法,通过一台上位机对相关设备进行自动数据采集并计算出卫星EIRP值,避免了传统测试方法的人工误差,具有高效性和实时性等特点。以FY3C532轨EIRP的测试为例,简要阐述这种自动化测试方法的测试过程。     

双雷达反演闽南地区一次暴雨过程三维风场结构特征研究

前汛期暴雨是华南地区最常见且预测难度较大的灾害性天气之一,而造成暴雨最直接的系统是中尺度对流系统。利用区域自动站资料,NCEP再分析资料,厦门、泉州新一代天气雷达(CINRAD/SA)基数据,采用地球坐标系下的双雷达三维风场反演技术,分析了2015年5月20日闽南地区一次暴雨过程中尺度对流系统的三维风场结构特征。结果表明:此次暴雨过程是由低层的冷暖空气在闽南沿海地区交汇形成的切变线引起的,风场反演方法能够清晰地再现低层切变线的移动过程、处于不同生命阶段对流单体的三维风场结构。强回波区跟随切变线向南移动并分布于其两侧。当切变线过境、风向较为一致时,不利于强回波的进一步发展,降水开始减弱。如果对流单体中存在一致的上升气流,低层有明显的辐合,表明此单体仍处于发展状态,回波将会继续增强;若已经出现了一致的下沉运动且没有明显的入流,则回波处于消散阶段。相比于传统方法,"基于动态地球坐标系的双雷达反演风场方法"实现了对雷达径向数据的定量化应用,能够更直观地揭示中尺度对流系统的三维风场结构,并通过对垂直速度的计算及显示,可以快速判断回波未来的演变趋势,对快速预测回波的强度变化有非常好的参考意义。     

砒砂岩区地貌形态三维分形特征量化及空间变异

针对现有地貌形态三维分形模型结构存在的不足,构建一个新的地貌形态三维分形维数测算模型。基于该模型对砒砂岩区274个小流域的地貌形态三维分形维数进行计算并分析其空间变异规律。研究表明：① 基于该模型计算的分形维数能更准确地反映地貌形态复杂度信息;② 砒砂岩区小流域地貌形态三维分形维数介于1.683 6~1.948 6之间;③ 地貌形态三维分形维数整体上覆土砒砂岩区（均值为1.765 9）<裸露砒砂岩强度侵蚀区（均值为1.785 4）和剧烈侵蚀区（均值为1.774 8）<覆沙砒砂岩区（均值为1.796 6）。由于地表覆盖物、砒砂岩裸露程度和土壤侵蚀机理的差异而形成的不同地貌特征是该区地貌形态分形特征空间变异的主要原因。     

黑龙江省穆棱市土地利用/覆被变化及热点分析

土地利用/覆被变化及其过程特征是全球变化领域研究的重点和热点。运用地统计学和3S技术,对黑龙江省穆棱市1991—2001年和2001—2013年土地利用/覆被变化及其空间演变特征进行研究。结果表明:1991—2001年间,耕地是主要转入地类,增加232.25 km~2,林地作为最大转出地类,减少290.35 km~2,林地与耕地的转化在土地利用变化中占最大比例,其他用地均发生变化,但面积小且散乱,整体上该时期土地利用呈现出开发混乱、效率低下的特点;2001—2013年间,受还林还草的影响,耕地减少179.01 km~2,林地增加171.45 km~2,其中坡耕地的退出占较大比例,且分布面积广,该时段内土地利用结构得到优化;土地利用变化的热点区由2001年前的"两大一小"模式,演变为以市区和中心乡镇围成的重点区域;1991—2013年间研究区自然因子变化较小,土地利用/覆被变化主要受退耕还林等国家政策的主导。     

GeoSOT-3D椭球体剖分真三维数据表达

随着地球观测技术和信息技术的进步,以全球为背景的科学探索不断增多,不仅是地球表面信息,地下、水下、空中等地球上各个层次的空间信息都受到极大的关注。地球球体剖分网格可以构建真三维的数据模型,进而实现空天地、地下水下一体化的空间数据组织、管理、表达与应用。本文详细论述了GeoSOT-3D椭球体剖分网格的剖分空间框架、剖分编码与剖分尺度特性等理论体系。建立基于GeoSOT-3D的空间对象的真三维表达模型。利用该真三维模型实现了地球椭球体的地上地下可视化,点线面体等空间实体的可视化。研究表明,GeoSOT-3D椭球体剖分具有椭球剖分框架简单、体系完整、二三维一致等特点,因而在该框架下的真三维数据模型可用于下一代地理信息系统中的空间大数据的组织管理与表达。     

结合3DS Max和MultiGen Creator进行三维城市建模的研究

研究了3DS Max和MultiGen Creator结合建模的新方法,通过项目实践,证明了此方法建立的三维模型在动态漫游中取得了很好的效果,既保证了模型的精度,又符合实时渲染的数据要求。     

3D-GIS中方向关系描述及其推理

方向关系是描述一个物体与另一个物体的相对位置关系。现有文献主要研究二维空间方向关系的描述和定性推理,二维空间中方向关系的描述和推理相对比较完善。本文采用投影方法给出三维空间方向关系描述模型,研究了单方向关系的推理,在此基础之上给出了单方向与多方向关系的定性推理,以及多方向关系与多方向关系间的定性推理。最后研究单方向关系定性推理的一些规律。