复杂地形下地面观测资料同化II. 模式地形与观测站地形高度差异代表性误差

第I部分研究结果(徐枝芳等,2007)表明模式与实际观测站地形高度差异对地面观测资料同化效果有较大影响。此文在MM5_3DVAR同化系统中利用近地层相似理论将地面观测资料进行直接三维变分同化分析,考虑模式与实际观测站地形高度差异对同化效果的影响,提出在地面观测误差中增加地形代表性误差来解决这个问题。研究结果表明:地面资料同化分析时,在其观测误差中加入一项新的误差——地形代表性误差,能较好地解决地面资料同化分析中模式与观测站地形高度差异问题;地面资料参与同化分析,在观测误差中加入与模式和实际观测站地形高度差异大小相关的地形代表性误差时,地面观测值对分析值的影响随着地形高度差异代表性误差的加入而减小,同时又部分地将地面观测信息通过变分分析融进分析场,使得低层分析更接近真实场,且地面资料利用率更高,24小时降水数值预报(模拟)的效果较好。     

提孜那甫河流域地表太阳辐射估算及其影响因素分析

地表太阳辐射是地球表层主要能量来源,对地表能量平衡、能量交换以及生态水文过程等具有决定性意义。山区地形复杂,其地表太阳辐射时空差异较大且较难估算。采用适用于山区的地表太阳辐射模型对西北昆仑山提孜那甫河流域地表太阳辐射时空分布进行了估算,分析了该流域季节太阳辐射空间分布规律并探讨了地形和云2个重要因素对太阳辐射空间分布的影响。结果表明:（1） 地形因子中周围地形阻挡即地形开阔度（Sky view factor,SVF）与年总太阳辐射的关系最为显著,太阳辐射随SVF增加而增加。（2） 年总太阳辐射随着高程增加首先减少,再而随之增加。探究SVF随高程的变化,发现其与太阳辐射随高程的变化趋势较为一致,因此在山区复杂地形下地表太阳辐射估算中仅利用高程对其校正存在明显不足,需综合考虑地形效应。（3） 研究计算了季节云出现频率空间分布与太阳辐射空间分布的相关系数,结果表明夏季太阳辐射受云影响较其他季节显著。定量分析了地形因子以及云对地表太阳辐射空间分布影响的贡献率,周围地形阻挡SVF对地表太阳辐射空间分布的影响最大,高程和云次之。因此综合考虑地形和云对太阳辐射的影响在山区太阳辐射模拟中是非常必要的,研究可为山区地表太阳辐射模拟提供理论依据,并为山区生态水文过程研究提供方法支撑。     

中国开辟区不利开采地形类型及其分布

利用1998年"大洋一号"调查船近海底作业所获的深拖海底电视和照相系统资料,对中国开辟区不利开采地形类型及其分布特征进行了研究,并对海底地形的坡度进行了计算,结果表明:(1)中国开辟区东、西两区海底的东向坡和西向坡是均衡分布的。东、西两区海底地形坡度的分布特征明显不同,东区海底地形坡度以0～15°为主,而西区坡度大于3°的地形则很少。坡度大于5°的地形主要分布于坡脚处,特别是坡度超过15°的地形总是出现在水深变化的转折点处。(2)研究区不利开采地形可分为坡度为5～15°和大于15°两种类型,东区地形坡度大于5°的不利开采地形比西区多14%,东区坡度大于15°的地形为3.6%,比西区(仅为1.4%)多,东、西两区都有少量坡度近90°的地形出现,并且这种地形在东区所占比率比西区大,说明东区断崖、陡坎和断裂沟槽比西区多,地形也更为复杂多变。     

1917号台风“塔巴”对浙江沿海风场的影响及其成因分析

通过分析浙江省区域自动站加密资料、常规观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°和0.25°×0.25°再分析资料以及卫星TBB (Black Body Temperature)资料,研究2019年第17号台风"塔巴"影响期间,浙江沿海风场分布的特点及其成因,以寻找台风影响时浙江沿海风场预报的着眼点。此次台风大风具有影响时间早、持续时间长、影响范围大和大风强度强的特点。台风环流与浙江沿海地面弱冷空气之间形成一定气压梯度的堆积,以及后续随着台风环流的发展加强,两者之间气压梯度进一步增大,是导致此次台风大风提早出现的原因之一。垂直环流有利于水平的动量输送和高层动量下传,导致此次台风大风范围大、强度强。冷空气在这次台风大风中起到非常重要的作用。随着台风外围环流与冷空气距离拉近,部分干冷空气侵入台风环流,冷、暖气团之间θse等值线密集,环流附近风速增强。由于干冷空气的继续侵入,冷、暖空气相互作用累积并释放斜压能。同时台风低层的暖心结构被冷空气占据,高层暖心结构上抬,形成上暖下冷的中心结构,导致台风开始变性减弱。地形的辐合、阻挡和摩擦作用对风场的再分布也有一定影响。     

地形和水汽对“7.13”陕西暴雨影响的数值试验

应用WRF V3.5中尺度模式,对陕西省2013年7月12~13日的一次暴雨过程进行数值模拟,并设计了降低地形和减少水汽含量2个敏感性试验,探讨了地形和水汽对本次暴雨过程的影响。结果表明:(1)模式能较好地模拟出本次暴雨天气过程,反映出了主要雨带的形状,但模拟的降水量存在偏差,其可能原因是初始场不能合理反映大气实况;(2)嵌套区域d02的地形高度降低至原始高度的1/3后,107°E~109°E范围的散度垂直剖面呈辐合—辐散的双重结构,暴雨区上空中低层假相当位温梯度变大,垂直上升运动增强,进而改变了降水的强度和范围;(3)将初始场中暴雨区南面的水汽含量减少20%后,水汽通量散度极值中心值减少1/3,进而导致模拟区域的雨量减少了58%,表明偏南水汽的输送对本次暴雨雨量有显著增幅作用,暴雨过程中水汽聚集程度是判断暴雨过程雨量大小的关键因素之一。     

伴随模式同化系统在修正模式地形中的应用

任何模式都只是实际大气的一种近似模拟，存在误差。鉴于传统的四维资料伴随模式同化系统都是假设模式完全正确仅对初始场进行修正。将伴随模式同化系统应用于修正模式地形误差，通过对不同初始地形的修正试验表明，MM5伴随模式同化系统能很好地对地形误差进行修正，能够反演出与初始气象要素场分辨率相匹配、与模式更协调的地形场，为伴随模式同化系统的广泛应用提供了一种新的思路。     

基于风险地形建模的毒品犯罪风险评估和警务预测

犯罪具有明显的时空特征,研究犯罪问题离不开时间和空间维度分析,以及产生犯罪的社会、地理、生态、环境等因素。风险地形建模是美国学者研发的空间风险评估和警务预测技术,已在全球六大洲45个国家和美国35个州得到了独立测试和验证,被广泛应用于警务预测、国土安全、交通事故、公共医疗、儿童虐待、环境污染、城市发展等多个领域。在毒品、纵火、爆炸、强奸、抢劫、盗窃等犯罪研究领域更是取得了显著成果。本文运用犯罪热点分析和风险地形建模,以长三角地区N市毒品犯罪为研究对象,对该市2015年毒品犯罪的危险因子、空间盲区、风险地形进行分析,探索毒品犯罪的生成机理和演化规律,并对2016年毒品犯罪进行预测。研究结果表明,N市毒品犯罪呈现明显的犯罪热点和冷点;出租屋、酒店、车站、ATM机、停车场、娱乐场所、城市快速路、网吧是N市毒品犯罪的风险性因素。风险地形建模能较好地预测毒品犯罪。公安机关禁毒部门应据此进行严密管控,逐步限制、消除犯罪产生地、犯罪吸引地、犯罪促进地的生存土壤和条件。     

基于ArcGIS＋DEM的三眼峪泥石流水动力条件分析

通过对甘肃省舟曲三眼峪特大泥石流灾害的现场调查,从泥石流形成的地形地貌条件和水动力条件人手,以ArcGIS为平台,运用DEM数据,分析了特大泥石流灾害的三区地形地貌特征、固体松散物特征、降雨特征以及泥石流静力学和动力学特征。结果表明：三眼峪三区为泥石流的形成和径流流通提供了极为有利地形条件;固体松散物质补给量潜力巨大,会导致堰塞坝的放大效应;诱发此次特大山洪泥石流是一场局地性、短时强度大的暴雨过程,泥石流容重在2．10t·m^-3左右,属于高容重黏性泥石流;泥石流屈服应力在8000Pa以上,大小眼峪（降雨汇流区）及三眼峪（泥石流堆积区）泥石流流速分别为8．97m／s、7．06m／s和6．02m／s,洪峰流量分别为1659m^3／s、1553m^3／s和1896m^3／s,冲击力分别为46676tf、40236tf和21182tf,其破坏力巨大,危害严重,使得泥石流在汇流区破坏力巨大以切蚀为主,受地形影响,三眼峪出口处,冲击力减小,泥石流发生堆积。     

利用ARC/INFO进行三维地形模型的建立、处理和动态模拟

介绍了利用 ARC/ INFO建立三维地形模型的方法 ,以及利用其新版本的部分新功能处理三维地形模型、进行动态模拟的方法 ,与以往处理三维模型必须借助外部三维图形开发软件包的方法相比 ,具有高速、灵活、可视性强、支持强大分析功能等优点。形成的三维模型可随时与 ARC/ INFO的其它数据模型交换信息 ,与外部进程实时通讯 ,为使用者提供了二维分析工具所不能提供的信息 ,为开发视景仿真系统等与表面分析、立体显示有关的应用系统提供了强有力的支持。