2004年西南地区多物理集合预报系统试验及初步检验

利用美国PSU/NCAR的高分辨率中尺度非静力MM5模式,选择不同的积云对流参数化方案和边界层方案,构造西南地区多物理集合预报系统,于2004年8月16～9月30日进行了准业务试验.对四川区域短期降水集合预报结果的检验表明,利用双线性插值方法获得的站点预报值较利用临近格点的降水平均值更具有实际参考价值;对比分析表明,对于小雨到暴雨量级的降水,集合预报优于大部分集合预报成员,对大于100mm以上的极端降水预报能力有待提高;分析显示,以Anthes-Kuo和Kain-Fritsch积云对流参数化方案构造的集合预报成员对四川区域暴雨以上量级的预报效果不明显,因而对集合预报系统中参数化方案的选取,集合预报成员的构成,还有待进一步试验分析与优化.     

青海湖湖温预估研究

青海湖对青藏高原的生态安全有着重要作用,深入理解青海湖未来湖表温度变化特征至关重要。本文通过站点观测数据和再分析数据评估第六次国际耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project 6,CMIP6）中3个全球气候模式的常规气象数据,并利用观测数据和MODIS地表温度数据评估一维湖泊模式（Freshwater Lake Model,FLake）在青海湖的适用性,预测4种不同排放情景（SSP126、SSP245、SSP370、SSP585）青海湖未来湖温的演变趋势,阐明湖温变化的驱动机制及其对青海湖裸鲤生存环境的潜在影响。结果表明：（1）再分析数据和CMIP6多模式集合的历史气象数据优于单个模式。2015—2100年,青海湖年均湖表温度持续升高,但由于社会共享经济路径（Shared Socioeconomic Pathway,SSP）和辐射强迫的差异,CMIP6 4种不同排放情景Flake模拟的湖表温度升温速率表现出明显差异。SSP126情景2050年后的升温速率低于历史水平,而在SSP245、SSP370和SSP585情景,2050年前后的升温速...     

基于压缩感知的小波阈值和CEEMD联合去噪方法

中深层地质条件复杂,地震资料品质差,主要表现为:地震资料信噪比低、有效信号弱.如何在去噪的同时有效保留弱有效信号,获取高信噪比的地震数据成为地震数据处理的关键问题.传统小波阈值与互补集合经验模态分解(CEEMD)联合去噪方法相比单一方法可以获取更高品质的地震数据.基于压缩感知理论的去噪方法利用地震数据在变换域中的稀疏特性,通过设定稀疏基矩阵和测量矩阵,可以将地震数据去噪问题转化成求解最优化问题,通过最优解重构原始信号,实现对地震资料的去噪处理.该方法能够在有效衰减随机噪声的同时最大限度的保留有效信号.本文基于压缩感知理论开展小波阈值去噪方法研究,并在此基础上结合CEEMD方法对含噪较多的固有模态分量进行有针对性的随机噪声压制.通过对含噪数据开展不同方法的去噪结果对比可见,本文方法可以在保证高信噪比的基础上更为有效的保留弱有效信号,数值试算验证了该方法对弱有效信号地震数据去噪具有显著优势.     

基于CEEMDAN和SWT的地震信号随机噪声压制

完备集合经验模态分解(CEEMD)通过添加正负成对辅助噪声可较好的解决集合经验模态分解(EEMD)中信号被噪声污染的问题,但CEEMD方法分解后的单个本征模态函数(IMF)分量中仍存在部分随机噪声信息.通过转变辅助噪声形式和分解流程提出自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)方法,该方法在较少集总次数和筛选迭代次数的情况下,即可实现优良的信噪分离功能,大大缩减处理耗时,具备分解精度高、具有完备性的特征.同时,针对传统经验模态分解(EMD)类方法去噪时直接舍弃第1～2阶高频IMF分量,导致其内高波数有效能量损失的问题,通过计算相邻IMF分量互信息熵获取高频噪声和低频有效信号的最优能量分界,对分界点前的各阶IMF分量进行同步压缩小波变换(SWT)处理,分离有效高频信息,最后与低频IMF分量重构达到噪声压制的目的.合成及实际地震资料处理结果表明,本文联合多步骤地震随机噪声压制策略具有较好的去噪效果和能量保持能力,在运算耗时指标上优于传统的EMD噪声辅助类方法.     

基于热层电离层耦合数据同化的热层参量估计

本文采用高效集合卡尔曼滤波(EnKF)算法和背景场热层电离层理论模式NCAR-TIEGCM,开发了热层电离层数据同化系统.基于全球空地基GNSS电离层斜TEC观测、CHAMP和TIMED/GUVI热层参量观测构型设计了系列观测系统模拟实验,对热层参量进行估计.实验结果表明,(1)通过集合卡尔曼滤波算法同化电离层TEC观测能够较好地优化热层参量.(2)中性质量密度优化效果在整个同化阶段均有提升,提升百分比能达到40%.(3)积分氧氮比在同化阶段也能得到较好的优化,但在电子密度水平梯度变化剧烈区域效果较差.最后本文对中性质量密度进行了预报评估,结果表明,由于中性成分优化,在地磁平静条件下其预报时间尺度可长达24h.     

集合数值天气预报的研究进展

集合预报是目前国外广泛应用的一种新的数值预报技术,国内由于计算条件的限制,集合预报的研究应用起步较晚,目前虽已取得了一些研究成果,但还没有广泛的应用到实际的业务预报之中。集合预报的应用,在天气预报上主要是概率预报,另外在“目标观测”、资料同化等方面也有广泛应用。集合概率预报的一系列适用的验证,增加了概率预报的信度。     

集合卡尔曼滤波同化多普勒雷达资料的数值试验

利用集合卡尔曼滤波(EnKF)在云数值模式中同化模拟多普勒雷达资料,并考察了不同条件下EnKF同化方法的性能.结果显示,经过几个同化周期后,EnKF分析结果非常接近真值.单多普勒雷达资料EnKF同化对雷达位置不太敏感,双雷达资料同化结果在同化的初期阶段比单雷达资料同化结果准确.同化由反射率导出的雨水比直接同化反射率资料更有效,联合同化径向速度和雨水有利于提高同化分析效果.协方差对EnKF同化效果起着非常重要的作用,考虑模式全部预报变量与径向速度协方差的同化效果比仅考虑速度场与径向速度协方差的同化效果好.雷达资料缺值降低了同化效果,此时增加地面常规观测资料的同化可以明显提高同化分析效果.EnKF同化技术对雷达观测资料误差不太敏感.初始集合对同化分析有较大影响.EnKF同化受集合大小和观测资料影响半径.同化对模式误差较敏感.利用EnKF同化双多普勒雷达资料,分析了一次梅雨锋暴雨过程的中尺度结构.结果表明,EnKF同化技术能够从双多普勒雷达资料反演暴雨中尺度系统的动力场、热力场和微物理场,反演的风场是较准确的,反演的热力场和微物理场分布也是基本合理的.中低层切变线是此次暴雨的主要动力特征,对流云表现为低层辐合、高层辐散并有垂直上升运动伴随,其热力特征表现为低层是低压区,高层为高压区,中部为暖区而上、下部为冷区,水汽、云水和雨水分别集中在对流云体内、上升气流区和强回波区.     

西北太平洋温盐多模式集合预报

借鉴大气集合预报中的多模式集合预报思想,开展了海洋数值模式的集合预报方法研究,将数据分频集合技术方法应用于6个海洋模式的海洋环境预报中,并以Argo实测资料对集合预报效果进行了验证。比对分析结果表明,多模式集合预报的温盐精度明显提高,预报效果明显优于单一模式。     

基于集合运算的房屋共有建筑面积普适分摊模型研究

根据房产测量中建筑元组在共有建筑面积分摊意义上的性质、建筑元组之间的服务关系、以及文献［1］规定的共有建筑面积处理原则,运用集合论的相关集合运算规则,研究并建立可有效和正确分摊处理任何服务关系和任何种类的房屋共有建筑面积的普适分摊模型;提出本模型的运作流程;通过实例验证本模型的有效性和正确性。     

小波分析和EEMD方法在广州气温及降水的多尺度分析中的差异分析

利用小波变换和集合经验模态分解（EEMD）的方法对广州市1908—2010年103 a的温度、降水资料进行多尺度分析,并对比EEMD和小波分析的差异。结果表明:（1） 小波分解基于先验的小波基函数和分解层次有较大的人为选择性,易产生虚假波动;（2） EEMD具有自适性,分解结果更稳定和一致,处理非线性、非平稳数据更准确;（3） EEMD分解显示,广州的温度、降水均存在2~6.8 a的年际尺度波动,年代际尺度上,温度表现为13.6 a、34 a、68 a的波动周期,降水存在22.6 a的波动周期。