中尺度降水集合预报随机参数扰动方法敏感性试验

中尺度降水模式预报具有很大的不确定性,为更好地描述与模式降水预报密切相关的物理过程关键参数的不确定性,基于中国气象局GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction System）中尺度区域集合预报模式,从对模式降水预报不确定性有较大影响的积云对流、云微物理、边界层及近地面层等4个参数化方案中选取了18个关键参数,设计了一种随机参数扰动方案（Stochastically Perturbed Parameterization,SPP）,并通过2015年6—7月总计10 d的随机扰动集合预报试验,对比分析了SPP方案对不同物理过程参数扰动敏感性、随机场时、空尺度敏感性、能量变化特征及其集合预报效果。结果显示,对所选择的任一物理过程参数化方案增加SPP扰动后,降水及等压面要素的概率预报技巧优于无SPP扰动的预报,而扰动积云对流和边界层过程中的参数较扰动云微物理过程中的参数影响更显著,且同时扰动积云对流、云微物理、边界层及近地面层参数化方案中的18个参数的集合预报效果优于扰动任何单一物理过程中的部分参数,表明SPP方案能够有效地提高中尺度降水概率预报技巧;从能量变化特征可知,不同物理过程的参数扰动对动能、内能和总能量的影响层次和特征有所不同,但总体而言,扰动前后各项能量基本相同;随机场时、空尺度敏感性试验发现,SPP扰动随机场时间、空间相关尺度对集合预报效果有明显影响,当扰动随机场选用12 h抗相关时间及截断波数20时,集合预报结果最优。上述结果表明,SPP随机参数扰动方案不仅能够有效提高集合概率预报效果,还能够提高集合降水概率预报技巧,具有良好的业务应用与发展前景。      

一次冰雹天气过程的云系发展演变及云物理特征研究

利用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting)的数值模拟,结合NECP/FNL再分析资料、地面、探空、多普勒雷达基数据和卫星产品等观测资料,综合分析了2014年3月30日发生在贵州省西南部的一次冰雹天气过程。研究了有利于冰雹发生的环流特征和环境条件,分析了冰雹云系的发展演变特征、云微物理结构特征,初步分析了冰雹形成的云物理机制。结果表明:此次冰雹天气是典型的低压辐合线型降雹类型,地面降雹位置位于700 hPa切变线和近地面辐合线附近及南侧;发生此次冰雹过程的对流云系经历了对流云系的初生阶段、合并加强阶段、成熟降雹阶段和东移阶段。贵州地区上空对流云系的微物理结构具有混合相云特征,高层为冰晶、雪,中层为云水、霰,低层为雨水、冰雹。霰和云水是形成雨水和冰雹的主要来源,霰撞冻过冷云水和霰的自动转化是冰雹形成的主要微物理机制。     

GRAPES区域集合预报两种侧边界扰动方法对比试验

中国气象局数值预报中心自2014年建立了区域集合预报业务系统,其使用的侧边界扰动由全球集合预报系统动力降尺度得到。为深入了解侧边界扰动对区域集合预报的影响,基于15 km水平分辨率的区域集合预报模式,使用动力降尺度方法和尺度化滞后平均法(scaled lagged average forecasting,SLAF)设计构造了两种侧边界扰动方案,并开展了2015年7月共6天的集合预报试验,利用集合均方根误差、集合离散度、连续分级概率评分、离群值、Brier Score及相对作用特征曲线面积等概率预报检验方法进行了多方面检验,分析了两种侧边界扰动方案对区域集合预报质量的影响。结果表明:动力降尺度侧边界扰动方案(DOWN)的扰动总能量在各垂直层次均大于SLAF方案,使得边界上前者的离散度大于后者,集合扰动增长更为合理;对于等压面要素和地面要素,DOWN方案的离散度、Outlier、CRPS等评分优于SLAF方案,反映了DOWN方案构造的侧边界扰动更加合理;在降水概率预报技巧方面,SLAF方案在评分上具有一定优势,但评分的提高没有通过显著性水平检验,因此认为两种方案对降水预报的改进基本相当。     

10~30 d延伸期可预报性与预报方法研究进展

10~30 d延伸期的可预报性既依赖于初始条件,也与缓变的下垫面有关,寻找延伸期时段内可预报性较高的低频特征,识别延伸期的可预报性来源及影响的物理机制是提高延伸期预报水平的关键。近年延伸期可预报性来源、热带大气季节内振荡监测预测和影响等领域的研究取得较大进展,提出和应用了动力统计相结合以及大气低频信号释用等新的延伸期预报方法。对延伸期可预报性来源及其与初值和外强迫异常的关系分析表明,海气相互作用能提高亚洲和西太平洋区域延伸期时段大气环流和要素的可预报性。热带大气季节内振荡、平流层爆发性增温以及各种次季节尺度的海气、陆气耦合作用和大气响应均为延伸期预报提供了重要的可预报性来源。由于数值模式延伸期时段的预报性能与实际业务需求还存在一定距离,基于动力统计相结合和物理统计的延伸期预报方法被广泛应用于业务预报,表现出一定的预报技巧。     

基于最优概率的中期延伸期过程累计降水量分级订正预报

采用ECMWF集合预报降水量资料和中国降水量观测资料,研发了基于最优概率的过程累计降水量分级订正预报(OPPF)技术,并在遵循总体技术思路的基础上设计出三种不同的OPPF计算方案(OPPF1、OPPF2、OPPF3),继而选用2015—2017年汛期(5—9月)中国91次区域性强降水过程进行回报试验和预报效果对比评估,结果表明:(1)在中期延伸期预报时效(96~360小时),对强降水和有无降水的预报效果,三种OPPF均明显优于集合平均(EMPF)和控制预报(CTPF);对中等以上或较强以上强度降水的预报效果,OPPF1和OPPF3明显优于CTPF、与EMPF基本接近。(2)三种OPPF相比,OPPF3的预报效果较OPPF1总体略胜一筹,两者均好于OPPF2。(3)预报效果存在明显的地域差异,南方地区强降水预报的TS评分明显大于北方地区,且OPPF3预报效果明显优于EMPF;在96~240小时预报时效,东北地区东部OPPF3强降水的预报效果也明显好于EMPF。      

SMA复合摩擦阻尼器性能的试验研究

利用形状记忆合金(SMA)的超弹性效应及高阻尼性能,结合传统Pall摩擦型阻尼器的特点,提出了一种SMA复合摩擦阻尼器。在建立阻尼器力学分析模型的基础上,对SMA复合摩擦阻尼器的性能进行了试验研究,分析了位移幅值、加载频率等对阻尼器的等效刚度、单位循环耗能和等效阻尼比的影响,并与理论分析结果进行了对比。研究表明,SMA复合摩擦阻尼器在加卸载循环下会形成比较稳定的滞回曲线,表明这种阻尼器具有良好的耗能能力。     

500kN 足尺磁流变液阻尼器设计的关键技术

对我们制作的、目前出力居世界前列的500kN足尺MR阻尼器设计的关键技术、阻尼器的性能试验及力学模型的参数识别进行了研究。在对磁流变液材料的最大屈服剪应力、抗沉降稳定性以及磁滞响应时间等关键性能试验分析的基础上,确认该磁流变液的抗沉降稳定性和其他两项性能指标满足MR阻尼器的设计与工程应用要求。同时,对此500kN足尺MR阻尼器设计的关键技术,包括内置式碟型弹簧蓄能器、磁场防漏设计以及引线保护等进行了介绍;并通过对此MR阻尼器性能的试验,依据阻尼最小二乘法,对MR阻尼器采用的修正的B ingham模型的参数进行了识别,得到了与试验结果吻合的MR阻尼器的力学模型。通过研究可知,高性能磁流变液材料的制备以及MR阻尼器设计的关键技术是大吨位足尺MR阻尼器成功的关键。     

鄂东铁矿成矿地质特征与找矿预测

鄂东铁矿地处长江中下游铁铜多金属成矿带西部,三叠系下统大冶群及中上统蒲圻群是鄂东铁铜矿主要成矿地层,岩浆夕卡岩型铁铜矿成矿与其关系密切.侵入接触带构造,捕虏体接触带构造,断裂叠加接触带构造,断裂构造是矿床的容矿构造.以中酸性岩为主的燕山期岩浆岩提供了主要的成矿物质来源.文章在系统研究以往地质物探资料的基础上,阐述了鄂东地区铁矿成矿地质特征,总结了该区铁矿的成矿规律,并进行了成矿预测,提出了下一步鄂东地区铁矿找矿方向.     

基于“葵花8号”气象卫星的陇东南地区强对流识别跟踪技术研究

利用常规观测资料、区域自动站资料和“葵花8号”气象卫星资料,对2016年4—9月甘肃省陇东南地区出现的43次强对流天气过程进行分析,确立了强对流云团识别指标、追踪方法及预报指标,并对2018年部分个例进行效果检验。结果表明：（1）利用卫星B13通道（10.4μm）亮温值TBB≤238 K或B08通道（6.2μm）与B13通道亮温差△TBB<0 K双阈值作为强对流云团识别指标,可以准确识别出陇东南地区的强对流天气云团;（2）利用“逆向搜索法”、“面积重叠法”及对云团重心的计算,可以对强对流云团进行准确定位、追踪及移动路径外推预报;（3）建立的强对流天气落区判别指标对该地区短时强降水及冰雹落区具有一定的预报能力。     

新型黏弹性阻尼器足尺性能试验研究

黏弹性阻尼器是一种典型的被动控制装置,它可以通过黏弹性材料的剪切滞回耗能起到提高结构阻尼和减小结构地震或风振响应的作用.自主研发了损失系数不小于0.5的黏弹性材料,并基于此材料研发了新型国产黏弹性阻尼器.通过对黏弹性阻尼器足尺试件进行不同应变幅值、加载频率工况下的基本力学性能试验、以及低周疲劳性能试验,研究了不同工况下...