Cascade插值方法在GRAPES模式中的应用

基于半拉格朗日 (semi-Lagrangian) 方案的数值天气预报模式, 求解半拉格朗日轨迹上游点变量, 通常采用传统直线逐点拉格朗日多项式插值, 由已知模式格点 (欧拉网格点) 的数值插值获得。对于三维空间上游点的插值, N阶精度需要O(N3) 运算量。N增大, 运算量将大幅增加, 特别耗费计算机机时, 而采用Cascade插值法 (降阶插值法) 则只需要O(N) 运算量。它的显著特点是:用曲线代替直线, 通过一系列中间过渡网格点, 在曲线上用一维拉格朗日插值, 使得相邻拉格朗日格点或中间过渡点的插值不再是孤立的, 而且可以重复使用某些中间结果, 达到减少运算量的目的。将这种方法合理应用于GRAPES模式, 并根据模式的特点, 对Cascade插值过程中独立变量的距离分段计算, 从而有利于实现并行计算。计算结果表明Cascade插值法与传统直线逐点插值法相比, 计算效率平均提高约30%, 同时不降低精度。     

年际增量方法在西南夏季降水预测中的应用

利用中国西南地区80站逐月降水资料及NCEP/NCAR再分析资料等,采用降水预测新方法——年际增量法,考察影响中国西南地区夏季降水年际增量的前期冬、春季大气环流年际增量状况,并选取5个关键影响因子,采用多元回归法建立中国西南夏季降水年际增量预测模型。对降水年际增量进行预测,在1971—2010年的建模阶段,预测模型的拟合率为0.78,在2011—2017的后报检验7年中,有6年与实况值同位相。后报检验2011—2017年的降水距平百分率,均方根误差为16%。为考察对降水异常分布型的预报效果,逐站建立回归方程,并进行趋势预报检验,近5年的趋势异常综合评分高于发布预测,预报效果较好。因此,该方法的应用及模型的建立对提高西南地区夏季降水预测水平有重要意义。      

云南夏季降水异常的影响因子及物理统计预测方法

云南夏季降水年际变化较大,影响因子众多,夏季降水的预测较为困难.使用1965-2017年云南省122个气象观测站的逐日降水资料和NCEP大气环流资料,采用年际增量的方法来预测云南夏季降水.文中基于云南夏季降水年际增量变化规律和影响夏季降水的环流形势及物理过程,选取了6个具有物理意义的预测因子,包括:前期2月南太平洋海温...     

论短期气候预测的对象问题

基于气候变化的物理过程和数学方面的考虑,讨论了短期气候预测的对象问题。短期气候预测对我国具有重大的经济和社会价值,但也是非常困难的科学难题和科学工程。传统的把气候距平作为预测对象的方法并不一定具有科学严谨性和应用上的高效性。因此提出把气候年际增量作为新的预测对象,并从数学物理考虑上进行了讨论。最后,基于一个气候模式的预测试验,实际检验了新的预测对象方案的效果。     

各向异性砂土主动侧土压力计算方法

土压力是土力学和岩土工程领域的基本研究课题之一。由于碾压作用墙后填土具有不同程度的各向异性,并且通常处于主动与被动状态之间的非极限状态。经典的朗肯和库仑土压力理论没有考虑填土各向异性的力学性质及挡墙位移效应对于土压力的影响。基于各向异性砂土的等应变增量比系列试验结果建立了土压力系数与与用应变增量比表述的应变约束条件之间所具有的惟一性关系,在此基础上给出了平动位移模式下各向异性砂土的主动土压力计算方法,并通过土压力离心模型试验结果对其计算方法进行了验证,初步表明了其有效性和合理性。     

影响陕西夏季降水主要因子及增量预测方法

应用1959—2008年夏季（6—8月）NCEP/NCAR月平均500 hPa高度场、海表温度再分析资料及ERA-40气候指数、国家气候中心74项环流特征量等资料,经普查得到6个影响陕西夏季降水的主要因子,分别是西太平洋副热带高压强度指数、赤道平流层准两年振荡指数、低层越赤道气流指数、大气角动量指数、赤道太平洋海温、赤道500 hPa高度。将这些主要因子的年际增量、距平与陕西夏季降水的相关性及其所建立的预测模型进行对比分析,结果表明:因子年际增量具有明显的信号放大作用,增量因子的相关系数平均比距平相关系数高0.1左右;主要因子和夏季降水存在各自的长周期变化,造成其相关性不稳定,经过增量变换后,可以有效滤掉长周期变化,提高因子质量和预测模型的稳定性。前一年秋季赤道中东太平洋海温增量分布与陕西夏季降水相关密切,当该区域出现正增量分布时,当年夏季（6—8月）700 hPa西太平洋副热带高压位置偏北、偏西,形成陕西夏季多雨的环流形势;反之,当该区域出现负增量分布时,当年夏季700 hPa副热带高压位置异常偏东,形成陕西干旱少雨的环流形势。     

秋季热带印度洋偶极子年际振荡对长江上游径流量多寡的影响分析

利用年际增量、小波分析和回归分析等方法深入分析了秋季热带印度洋偶极子(Tropical Indian Ocean Dipole,TIOD)年际振荡对次年长江上游年径流量的影响特征及其物理机理.结果表明,长江上游年径流量和秋季TIOD均具有显著的年际振荡特征,在20世纪80年代以前和90年代之后尤为明显.两者的滞后相关系...     

2015/2016年极强厄尔尼诺事件下我国动力和统计结合实时气候预测研究

本文研究建立2015/2016年极强厄尔尼诺事件下我国动力和统计结合的气候预测模型,并开展2015年夏季和2016年冬季气候我国160个站点和主要区域实时气候预测。夏季降水的实时预测起报于2月,冬季气温的预测起报于10月。研究结果表明,尽管NCEP-CFSv2耦合气候模式能较好预测2015/2016年极强厄尔尼诺事件中海温异常的演变,但对我国160个站点夏季降水和冬季气温预测仍有较大的偏差。因此,基于NCEP-CFSv2耦合模式预测结果,分别建立我国160个站点冬季气温和夏季降水异常的动力和统计结合气候预测模型。同时,利用年际增量预测方法开展我国长江中下游夏季降水和华北冬季气温的区域气候预测。研究结果表明以上预测模型在2015/2016年的实时预测中较NCEP-CFSv2有更好的预测效能。相对于NCEP-CFSv2耦合模式的预测结果,2015年夏季降水距平空间相关系数ACC从0.21提高到0.31（超过0.01信度的显著性水平）,距平同号率提高到60%,2016年冬季气温ACC从0.19提高到0.32（超过0.01信度的显著性水平）,距平同号率提高到75%。     

二调数据库更新机制研究

土地调查数据是国土管理的基础数据之一,日常变更频繁,变化复杂多样。本文通过对第二次土地调查数据库建立完成后,日常更新维护的工艺流程的分析,针对现状提出第二次土地调查数据库更新的原则、工艺流程、关键技术和质量控制。截止2010年底全省用新的土地变更方式进行第一次更新,实现了对土地调查数据库准确有效地更新,为加快第二次土地调查整体进度和提高工作效率奠定了良好的基础。     

Development of a discontinuous approach for modeling fluid flow in heterogeneous media using the numerical manifold method

In the numerical modeling of fluid flow in heterogeneous geological media, large material contrasts associated with complexly intersected material interfaces are challenging, not only related to mesh discretization but also for the accurate realization of the corresponding boundary constraints. To address these challenges, we developed a discontinuous approach for modeling fluid flow in heterogeneous media using the numerical manifold method (NMM) and the Lagrange multiplier method (LMM) for modeling boundary constraints. The advantages of NMM include meshing efficiency with fixed mathematical grids (covers), the convenience of increasing the approximation precision, and the high integration precision provided by simplex integration. In this discontinuous approach, the elements intersected by material interfaces are divided into different elements and linked together using the LMM. We derive and compare different forms of LMMs and arrive at a new LMM that is efficient in terms of not requiring additional Lagrange multiplier topology, yet stringently derived by physical principles, and accurate in numerical performance. To demonstrate the accuracy and efficiency of the NMM with the developed LMM for boundary constraints, we simulate a number of verification and demonstration examples, involving a Dirichlet boundary condition and dense and intersected material interfaces. Last, we applied the developed model for modeling fluid flow in heterogeneous media with several material zones containing a fault and an opening. We show that the developed discontinuous approach is very suitable for modeling fluid flow in strongly heterogeneous media with good accuracy for large material contrasts, complex Dirichlet boundary conditions, or complexly intersected material interfaces. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.