总体最小二乘方法在三维坐标转换中的应用

工程测量中经常需要实现不同坐标系下成果的相互转换,而高精度的转换参数是完成这一工作的基础。获取基准转换参数的实质就是利用公共点在两套坐标系下的坐标,根据相似变换原理建立误差方程求解。传统的最小二乘（LS）相似变换法只考虑了公共点在一套坐标系下的误差,与实际情况不符。基于此,探讨了坐标参数化的平面基准转换方法,解决了考虑公共点在两套坐标系下坐标都含有误差时高斯-马尔科夫（Gauss-Markov,G-M）模型不成立的问题,以相似变换原理为基础,采取通用的最小二乘方法解算基准转换参数。     

线弹性半无限体中开挖引起围岩位移与参数关系的相似方法研究

根据用相似理论导出的、在自重体积力作用下开挖引起围岩位移的一般关系式,借助于量纲分析,并与数值模拟结果比较,给出了在线弹性半无限体中开挖引起围岩位移与岩石材料的单位体重、弹性模量及开挖几何条件的定量关系,并讨论了这种定量关系成立的条件及使用方法。所得到的一个重要结论是,在不完全满足几何相似律和所给定的其他条件下,巷道围岩中一点的位移与其横断面尺寸和几何中心（或形心）到地表的距离的乘积成正比。     

基于崎岖海底定量校正的时深转换方法

研究区位于深水低勘探区,崎岖海底等普遍存在,受地震、钻井和速度等资料条件的限制,只能采用去海水的拟合公式法进行时深转换。然而去海水拟合公式法时深转换会因崎岖海底而造成假构造现象,且常规的崎岖海底填平校正方法存在一定的不足。用去海水拟合公式法计算出时转深层位,并比较时转深层位与深度域地震资料的横向构造形态变化,引入了构造形态相似率的概念,建立了崎岖海底填平量化评分模板来对崎岖海底进行填平校正,最后根据最高得分值来确定最佳平滑网格的海底和合适的时转深层位,在一定程度上消除了崎岖海底造成的假构造现象和支持了构造成图的需求。     

露天转井工采场及其覆岩采动响应特征研究

以云南磷化集团有限公司晋宁磷矿为依托背景,借助数字照相量测技术,通过相似材料模拟试验,对20与50两种矿体倾角赋存下,露转井工后,井下采场及其上覆岩层的位移与应力响应特征及动态演化过程进行了系统研究。结果表明：（1）地下采场围岩及覆岩的变形演化过程可划分为局部小范围微动、线性持续增大以及整体非线性剧烈垮塌3个阶段;（2）矿体倾角由20增至50后,边坡与地下采场围岩及覆岩的变形整体趋缓,采动影响范围小幅度缩减,沉降曲线则由非对称槽型变为碗型;（3）采场矿柱回收过程中,地下采场围岩及覆岩发生突发性失稳,呈现出明显的多米诺骨牌效应。相关研究结论可为矿山露天转地下开采后地压管理与边坡维护提供一定的理论参考。     

多种风电场风速预报订正方法的适用性研究与集成应用

以内蒙古中部某风电场为实验风电场,采用随机森林（Random forest,RF）方法、相似误差订正（Analogue correction of errors,ACE）方法以及概率密度匹配方法（Probability density function matching method,PDF）分别对风电场风速预报进行订正及适用性研究。结果表明：3种方法在各季均对中尺度天气预报模式（Weather research and forecasting model, WRF）风速预报具有不同程度的订正效果,RF方法可以有效改善WRF误差较大的问题,但兼具误差过分放大情况,ACE方法和PDF虽然对较大误差的改善能力不及RF方法,但是能够较好地控制误差过分放大问题。此外,3种方法针对小于5 m·s^-1的小风速段,订正效果不理想,随着风速的增加,订正能力逐渐增强。参照预报模型各自的优势,尝试开展多种预报模型的分风速等级集成应用,可以对不同风速等级下的WRF预报起到较好的改善作用。     

数值天气预报业务模式现状与展望

动力统计结合是提高天气、气候预报水平的重要途径之一,关键问题是如何将数值模式与历史资料进行有效结合;相似预报这一传统方法与动力统计的结合是未来提高天气、气候预报水平的一个重要方向,尽管其原理目前仍停留在相似假设基础上且缺乏坚实的物理基础。文中从准确模式的初值问题出发,提出准确模式初值扰动概念,进而发展了动力统计相似集合预报（Dynamical Statistical Analog Ensemble Forecast,DSAEF）理论。DSAEF理论不仅回答了为什么可以进行相似预报,同时还指出了如何进行相似预报,即其原理是利用准确模式来做预报,并采用集合预报的方式实现预报。基于 DSAEF 理论,建立了登陆台风降水动力统计相似集合预报DSAEF_LTP （Landfalling Typhoon Precipitation,LTP）模型,该模型包括4个步骤：台风路径预报、广义初值构建、初值相似性判别和台风降水集合,其中广义初值由影响台风降水的物理因子构成。DSAEF_LTP模型具有可持续发展特性—可通过引入新因子或改善模型参数来改进模型的性能;目前该模型发布了广义初值包含台风路径、登陆季节和台风强度3个物理因子的1.0版和在此基础上改进了“相似区域”和“集合方案”的1.1版。该模型的性能提升很快,已完成的最新版本（1.1版）3次大样本预报试验均显示,与ECMWF、CMA-GFS、NCEP-GFS和SMS-WARMS （上海区域模式）对比,对≥100 mm和≥250 mm台风过程降水预报的TS评分,DSAEF_LTP模型（V1.1）排名第1。今后,围绕广义初值不断改善,研究引入更多影响登陆台风降水的物理因子,DSAEF_LTP 模型的发展前景广阔。     

海河流域东北冷涡背景下的降水预报订正研究

汛期暴雨预报一直是气象预报业务工作中的重点及难点。首先,利用浙江省2 227个气象站2016—2021年每年汛期(4—10月)逐日降水资料,以欧式距离作为相似度度量标准,通过Kmeans聚类算法对浙江汛期降水进行分区;然后,对偏差订正法进行时空上的改进;最后,将改进后的偏差订正法与分区结合形成分区订正方法。以未与分区结合的全区订正作为对比,对浙江多模式客观集成预报(OCF)进行分区订正和检验。结果显示：(1)将浙江省划分为7个降水相似区,其结果呈现明显的区域特征,并与浙江省地形地貌密切相关。(2)经2021年汛期检验,相较于OCF预报,分区订正预报优于全区订正预报,其优势主要体现在能有效降低晴雨预报的降水空报率和大幅提升大雨以上量级降水的命中率,特别是暴雨以上量级预报命中率由0.25提升至0.41。(3)典型过程检验表明,对于系统性降水和对流性降水,分区订正预报均能改善暴雨以上量级降水强度和落区预报。特别是系统性降水,分区订正预报效果更明显,能预报出大暴雨以上强降水。

     

基于雷达资料的定量降水预报外推算法试验

摘要：目前贵州在短时临近降水预报客观算法方面研究匮乏,而短时强降水常常给贵州造成严重的洪涝灾害和地质灾害。将短时临近降水预报应用于气象防灾减灾、电网输电线路安全预警、水利防洪自动化方面是未来重要的研究应用方向。本文基于灾害天气短时临近系统（Severe Weather Automatic Nowcast System,SWAN）的定量降水预报(QPF)产品进行0～2小时QPF外推试验研究。利用贵州省地面自动站数据、SWAN 输出的1h-QPF产品、SWAN 1h定量降水估测(QPE)产品。选取2018年3次典型暴雨个例进行试验,采用融合订正技术,利用相似离度算法对降水强度位相进行调整、Weibull分布算法对降水极值分布进行订正、改进后的交叉相关法(Improved Cross-correlation Extrapolation Method,COTREC)进行降水外推预报。通过主客观检验对比,初步说明基于Weibull分布算法的降水极值订正对降水极值分布有很好的模拟效果。融合订正外推的贵州省短时临近定量降水预报产品（Nowcasting precipitation forecast of GuiZhou,下文简写为GZ_NPF）在大于5mm以上量级降水的TS检验中评分更高。GZ_NPF的空报率明显降低,但空报率降低的代价是漏报率相对提高。GZ_NPF总的相对误差减小,格点总降水量与实况总降水量更为接近。试验说明新的融合订正外推算法提高了0～2h短时临近降水的预报能力。     

BP人工神经网络在MM5预报福建沿海大风中的释用

利用变分方法建立预报场和预报倾向场这一预报场组合与模式预报非系统性误差之间的映射关系,来估计GRAPES（Global/Regional Assimilation and PrEdiction System）模式的非系统性误差,从而对预报做出修正。采用两种不同的历史样本建立这一映射关系,其中,利用相同时刻历史样本建立映射关系的方法称为DEM方法;通过相似面积比选取“相似样本”来建立上述映射关系的方法称为SEM方法。以FNL分析资料作为评判预报误差的依据,根据2002—2010年7月GRAPES模式500 hPa高度场48 h预报的回报资料,利用两种不同的方案进行非系统性误差的估计及预报订正试验。对279个检验样本的试验结果表明：SEM方法和DEM方法都对非系统性误差有一定的估算能力,二者估算的非系统性误差空间分布和量级与模式非系统性误差较一致,SEM方法的修订效果略优于DEM方法,但并不明显。对预报做出系统性误差和非系统性误差两步订正后,DEM方法和SEM方法的订正有效率分别为98.566%和100%,可明显提高预报的准确性。

     

变形监测网稳定点选取的平方型Msplit相似变换法

针对现有参考网稳定点选取方法在不稳定点数较多时正确性和稳健性不足的问题,通过引入平方型M_split相似变换,提出了一种稳健的稳定点选取方法,在不稳定点较多、甚至不稳定点数超过稳定点数的情况下仍然有效。具体思路是:在计算两期坐标的相似变换参数时,利用平方型M_split估计将参考点组一分为二,取点数多的一组为稳定点组并继续分裂,直至两个点组对应的相似变换参数无明显差异时停止,利用最终的稳定点组计算相似变换参数来开展变形分析。试验结果表明,当参考网中存在变形量较大的点或不稳定点总数接近甚至超过稳定点数时,本文方法与传统S变换和抗差S变换相比,稳定点的判断正确率最高,求得的变形量与模拟变形量相差最小,稳定点组对应的两期坐标差均方根最小,能够正确反映控制点的实际变形。