High-order compact MacCormack scheme for two-dimensional compressible and non-hydrostatic equations of the atmosphere

This study is devoted to application of the fourth-order compact MacCormack scheme to spatial differencing of the conservative form of two-dimensional and non-hydrostatic equation of a dry atmosphere. To advance the solution in time a four-stage Runge–Kutta method is used. To perform the simulations, two test cases including evolution of a warm bubble and a cold bubble in a neutral atmosphere with open and rigid boundaries are employed. In addition, the second-order MacCormack and the standard fourth-order compact MacCormack schemes are used to perform the simulations. Qualitative and quantitative assessment of the numerical results for different test cases exhibit the superiority of the fourth-order compact MacCormack scheme on the second-order method.     

A timescale decomposed threshold regression downscaling approach to forecasting South China early summer rainfall

A timescale decomposed threshold regression(TSDTR) downscaling approach to forecasting South China early summer rainfall(SCESR) is described by using long-term observed station rainfall data and NOAA ERSST data. It makes use of two distinct regression downscaling models corresponding to the interannual and interdecadal rainfall variability of SCESR.The two models are developed based on the partial least squares(PLS) regression technique, linking SCESR to SST modes in preceding months on both interannual and interdecadal timescales. Specifically, using the datasets in the calibration period 1915–84, the variability of SCESR and SST are decomposed into interannual and interdecadal components. On the interannual timescale, a threshold PLS regression model is fitted to interannual components of SCESR and March SST patterns by taking account of the modulation of negative and positive phases of the Pacific Decadal Oscillation(PDO). On the interdecadal timescale, a standard PLS regression model is fitted to the relationship between SCESR and preceding November SST patterns. The total rainfall prediction is obtained by the sum of the outputs from both the interannual and interdecadal models. Results show that the TSDTR downscaling approach achieves reasonable skill in predicting the observed rainfall in the validation period 1985–2006, compared to other simpler approaches. This study suggests that the TSDTR approach,considering different interannual SCESR-SST relationships under the modulation of PDO phases, as well as the interdecadal variability of SCESR associated with SST patterns, may provide a new perspective to improve climate predictions.     

基于多模式集成技术的地面气温精细化预报

基于ECMWF、JMA、T639、WRF四个数值模式2012年6月1日—9月30日地面气温3—60 h预报资料和郑州加密自动站资料,利用多模式集合平均(EMN)、消除偏差集合平均(BREM)、加权消除偏差集合(WBREM)及多模式超级集合(SUP)4种方法,对2012年8月29日—9月27日郑州城区11个站点地面逐3 h气温进行多模式集成预报试验,采用绝对误差对预报结果进行检验评估,结果表明:在30天的预报期内,BREM、WBREM及SUP对于大多数站气温预报效果有明显改善,而EMN方案对11个站预报效果改善则不太明显;4种方案中,BREM和WBREM预报效果相对较好且稳定,各个站上3—60 h预报的绝对误差均在2℃附近或以下;SUP方案虽然对个别站预报误差较低,但是其预报效果并不稳定,一些站点的个别预报时效误差大于2℃。对于郑州观测站的气温预报而言,4种集成方案20时起报的气温误差明显小于08时起报的误差,并且20时起报的SUP集成方案绝对误差明显小于其他方案的绝对误差。总体而言,BREM、WBREM及SUP三种集成方案能够给郑州精细化预报业务提供较好的参考。     

豫西地区雷暴预警预报系统构建方法研究

目前,基层台站在雷暴预警预报中主要依赖传统经验预报方法,而对卫星云图、大气电场、多普勒雷达回波和高分辨率数值预报产品等资料释用水平不高,存在主观定性分析多、客观定量计算少等不足。依托现有气象资料和雷暴预报方法,以雷暴预警预报系统构建为目标,从气象数据仓库构建、支持向量机雷暴预报、相似预报雷暴预报、Poor Man集合预报技术和多源数据融合分析等方面,探讨了雷暴预警预报系统构建方法,实现了雷暴中期预测、短期预报和短时临近预警三个层次的预报功能,解决了气象资料庞杂难以管理、数值预报产品释用水平不高、数值预报结果存在"跃变"、多源数据融合分析缺乏手段等问题,提高了基层台站雷暴预报工作效率和预报水平,同时也为其他地区类似系统构建提供了参考。     

中国地面气温统计降尺度预报方法研究

利用中国752个基本、基准地面气象观测站2000—2010年地面温度日值数据,采用具有自适应特征的Kalman滤波类型的递减平均统计降尺度技术,对中国地面温度进行精细化预报研究。分析该方案的降尺度效果,并与常用插值降尺度方法进行比较。结果表明:1)递减平均统计降尺度技术相比插值方法有较大的提高,显著减小东西部预报效果差异,1~3 d预报的均方根误差减小了1.4℃;2)该方案1~3 d预报的均方根误差为1.5℃,预报误差从东南地区(均方根误差为1.4℃)向西北地区(均方根误差为1.8℃)逐渐增大,并且预报效果夏季优于冬季。因此,递减平均统计降尺度技术对中国地面温度进行精细化预报是可行的。     

利用引力梯度数据计算径向梯度的优化方法

根据重力梯度观测各分量的方差及协方差信息,提出了利用GOCE梯度数据计算径向重力梯度的优化方法。首先给出了径向重力梯度的计算方法,并深入分析了误差传播规律,通过建立相应的条件极值问题,给出了计算径向重力梯度最优组合因子的方法;通过模拟数据验证了本文所提出的优化因子的优越性。实际数据计算表明:相对于传统方法,采用优化组合因子可使反演所得引力位模型的累积大地水准面精度在250阶时提高约2 cm。由于径向重力梯度不仅可以用于地球引力场模型的求解,也可直接应用于地球物理问题的讨论,因此本文所提出的优化方法也可对部分地球动力学问题的讨论提供方便。     

以SRTM-DEM为控制的光学卫星遥感立体影像正射纠正

针对全球测图缺少统一的控制基准的问题,提出了利用SRTM-DEM作为控制基准,对光学卫星遥感影像进行正射纠正的方法。首先,对光学卫星影像构建的立体影像对进行自由网平差并制作DEM;然后,以SRTM-DEM作为控制,将DEM作为单元模型,进行独立模型法DEM区域网平差,获得单元模型的定向参数;最后,改正立体影像的成像几何模型参数,进行正射纠正。选取湖北咸宁和江西某地两个测区的资源三号数据进行试验,试验结果表明,资源三号正视全色影像的平面定向精度由12.93像素提高到6.85像素。     

基于有理多项式模型的GF4卫星区域影像平差处理方法及精度验证

分析了我国首颗静止轨道光学遥感卫星高分四号(GF4)特有的区域成像模式的几何特性,基于静止轨道成像基高比较小的几何特性提出一种利用平均高程面的区域网平差方法。该方法针对GF4卫星影像构建了基于有理多项式模型RFM的区域网平差模型,并在无控制条件下,对GF4卫星区域影像进行区域网平差处理,解决了GF4号区域影像由于定轨误差、定姿误差、大气折光以及镜头畸变等因素导致的拼接精度较低的问题。最后,通过两组真实数据试验对本文方法的精度及有效性进行了验证,同时分析了采用不同的误差补偿模型对于平差结果精度的影响。     

基于规则格网的DEM插值实验

通过地形建模,将6个地形隶属函数按照101×101,112×112,126×126,144×144,168×168,201×201,257×257 7种格网密度生成6种局部地形单元的规则格网DEM;使用反距离加权(IDW)等7种插值算法,将前6种格网密度下的DEM插值成257×257规格;从原始257×257DEM中随机抽取检查点计算残差,并对残差中误差进行分析。通过分组插值实验,运用控制变量法、方差分析等方法研究地貌类型、采样密度和插值算法对DEM插值精度的影响。     

机载LiDAR定位精度分析

介绍机载激光雷达测量技术,根据测量的几何原理推导定位方程。讨论定位的误差来源,建立误差模型并对误差影响进行分析。综合各项因素的影响,将模拟数据代入误差传播公式,计算定位精度。