高分辨率模式雷达回波预报能力分析

利用2018年7—8月GRAPES_3 km、东北短临(WRFRUC)高分辨率模式综合雷达回波预报数据和辽宁省SWAN雷达组合反射率(MCR)实况,基于邻域法FSS评分指数,分析模式在台风北上和副热带高压边缘暴雨过程中的雷达回波预报能力。结果表明:两家模式在不同降水过程中对小阈值雷达回波有较好的预报技巧,随着回波量级增大,模式预报FSS逐渐减小,雷达回波55 dBz时,FSS甚至为0。当邻域半径是3时,35 dBz以下的回波预报中GRAPES模式在台风北上暴雨中的预报技巧低于副热带高压边缘,35 dBz则相反。WRFRUC模式始终表现为台风北上暴雨中预报较好。当邻域半径9时,WRFRUC模式在台风暴雨中的FSS评分高于GRAPES模式,GRAPES模式在副热带高压暴雨中的FSS评分始终高于WRFRUC模式。GRAPES和WRFRUC模式的最大FSS评分技巧均出现在邻域半径是11时,分别为0.239和0.195。GRAPES模式中FSS评分在12 h逐小时预报中前3个时次较强,WRFRUC模式则表现为中间时次强,两头弱。     

不同要素谱逼近对高分辨区域数值模式梅雨模拟的改进

为改进高分辨率区域数值天气预报模式雨带模拟偏差,利用WRF模式探讨了不同要素及其组合谱逼近方法对2015年浙江典型梅雨天气预报性能的影响。结果表明:(1)不同单要素逼近对梅雨模拟效果影响差异明显,风场逼近对模拟结果改进较大,高度场逼近对结果略有改善,而温度场逼近主要表现为负效应;风场组合了其他要素的逼近效果与单要素类似,故将水平风场谱逼近确定为最优方案。(2)最优方案对梅雨期间形势场各要素改进程度的排序为纬向风、经向风、相对湿度、温度场和高度场;三个特征层850、500、200 hPa各要素平均的均方根误差(相关系数)分别降低了(增加了)24. 1%(13.6%)、22.7%(21.7%)和13.0%(12.2%);且改进幅度随预报时效的延长而增加,这主要与区域模式内部大尺度系统的误差随积分时间增长有关。(3)典型个例分析显示,最优方案在较好订正低层风场及切变线动力条件的基础上,经过数值模式各物理过程的协同积分也修正了高湿区等关键热力因子,最终改进了高分辨率区域模式的梅雨模拟。     

基于WRF模式的风电场短期风速集成预报方法研究

风能始源于大气的运动,具有很大的随机性和间歇性。风速预测是风电场风功率预测的基础,其准确性具有重要的意义。对于复杂地形条件下,风速的预报一直是各国研究的难点和重点。为了提高风电场短期风速预报的准确性,本研究采用多种边界层参数化方案来集成预报风速,将各单一边界层参数化方案预报的风速及相应的实测风速数据,应用随机森林算法建立集成预报模型,对风电场的短期风速进行集成预报研究。试验结果表明,采用集成预报风速方法,预报的风速误差相比于单一边界层参数化方案预报的风速误差明显减小,对研究区域的风速、风向等气象要素有着较好的模拟效果,能够有效提高风速预报的准确率。     

Polar WRF模式海冰密集度方案对北极海雾模拟效果的个例研究

全球变暖的背景下,北极航线的常规通航甚至商业运营有望实现,而海雾会严重影响航道上船只的航行安全。海冰的存在使海气之间相互作用变得更为复杂,是研究北极海雾不可忽略的因素。船载观测发现,与中纬度常见平流冷却雾形成时气温下降速度往往超过海水降温速度不同,北极海雾发生时海冰的存在还会使海水降温速度超过空气降温速度。然而目前海冰分布是否会影响模式模拟海雾的准确性还不得而知,因此本文利用Polar WRF（Polar Weather Research and Forecasting）模式模拟了中国第七次北极考察中观测到的一次海雾过程,并进行海冰密集度敏感性试验。通过与船载观测和欧洲中期天气预报中心再分析数据比对发现,在低浮冰区内（海冰密集度小于50%）考虑海冰分布时可以更加准确地刻画潜热通量与水汽通量,模拟出与观测事实相符的表层空气降温与增湿过程以及相对湿度的变化,因此能够更好地刻画海雾的三维结构及其生消演变。     

内蒙古冬季极端多雪气候事件环流演变特征及季节预测信号

文章研究关注了内蒙古冬季极端多雪气候事件的季节预测问题,在对大量降水观测资料、海温及大气环流场资料进行统计、分析、研究的基础上,确定了历史上58a(1960—2017年)内蒙古冬季极端多雪和少雪气候事件样本,通过对大气环流场的对比分析发现极端多雪或少雪冬季环流场特征显著不同,分析后确定了影响内蒙古冬季降雪的主要环流系统,包括西太平洋副热带高压、极涡、东亚大槽、环流E型及南方涛动等系统。同时,探索了对这些主要环流系统具有预测意义的来自海洋和大气场的预测信号,对预测信号关键区做了标准化定量提取,确定了预测信号综合指数分段判别阈值,给出了预测概念模型,取得了较好预测效果。     

水库现代沉积过程沉积磷的早期成岩作用模型研究

在沉积磷形态分析、孔隙水化学、核素计年以及吸附解吸实验等的基础上,运用一维“反应-平流-扩散”模型,研究了红枫湖现代沉积过程中磷的沉积改造。结果表明:红枫湖现代沉积过程中,有机态磷的矿化分解和铁结合态磷的络合/溶解,是控制沉积物磷迁移转化动力学的主要机制。沉积物-水界面附近有机磷的快速降解,可能克服沉积界面上铁氧化物对溶解磷的吸附缓冲,而形成向水体的磷酸盐迁移通量;自生磷灰石的沉积改造相对不明显,沉积磷向稳定形态含磷矿物(钙氟磷灰石)的转化过程同样不能影响红枫湖现代沉积过程中磷转化的质量平衡。     

核心筒部分悬挂结构抗震分析的简化力学模型

提出了核心筒部分悬挂结构体系,在已有该体系振动台试验基础上,建立了该体系的抗震分析简化力学模型及其理论公式。按小震、中震和大震3种不同的地震作用情况,分析了该结构体系力学模型和动力方程的差异。利用有限元分析程序SAP2000,对这种结构体系进行了小震和大震作用下的结构地震反应分析,计算结果与试验结果吻合较好。     

屈曲约束支撑滞回曲线模型和刚度方程的建立

针对屈曲约束支撑,本文根据其反复荷载作用下的滞回特征,提出了一种滞回模型,并建立了屈曲约束支撑的弹塑性刚度方程。根据这种模型编制程序模拟绘制了屈曲约束支撑的滞回曲线,将模拟计算曲线与试验所得曲线进行对比,对比结果表明本文所提模型是准确、有效的。     

A new spatial coherence model and analytical coefficients for multi-support response spectrum combination

In this paper, a new spatial coherence model of seismic ground motions is proposed by a fi tting procedure. The analytical expressions of modal combination (correlation) coeffi cients of structural response are developed for multi-support seismic excitations. The coeffi cients from both the numerical integration and analytical solutions are compared to verify the accuracy of the solutions. It is shown that the analytical expressions of numerical modal combination coeffi cients are of high accuracy. The results of random responses of an example bridge show that the analytical modal combination coeff icients developed in this paper are accurate enough to meet the requirements needed in practice. In addition, the computational effi ciency of the analytical solutions of the modal combination coeff icients is demonstrated by the response computation of the example bridge. It is found that the time required for the structural response analysis by using the analytical modal combination coeffi cients is less than 1/20 of that using numerical integral methods.     

Semi-active model predictive control for 3rd generation benchmark problem using smart dampers

A semi-active strategy for model predictive control (MPC), in which magneto-rheological dampers are used as an actuator, is presented for use in reducing the nonlinear seismic response of high-rise buildings. A multi-step predictive model is developed to estimate the seismic performance of high-rise buildings, taking into account of the effects of nonlinearity, time-variability, model mismatching, and disturbances and uncertainty of controlled system parameters by the predicted error feedback in the multi-step predictive model. Based on the predictive model, a Kalman-Bucy observer suitable for semi-active strategy is proposed to estimate the state vector from the acceleration and semi-active control force feedback. The main advantage of the proposed strategy is its inherent stability, simplicity, on-line real-time operation, and the ability to handle nonlinearity, uncertainty, and time-variability properties of structures. Numerical simulation of the nonlinear seismic responses of a controlled 20-story benchmark building is carried out, and the simulation results are compared to those of other control systems. The results show that the developed semi-active strategy can efficiently reduce the nonlinear seismic response of high-rise buildings.