气象遥感资料变分校准方案改进及应用试验

针对常见气象遥感资料变分校准方案的不足,提出了一个改进方案。该方案不需要将校准参照量插值到遥测资料的格点上,既避免了对稀疏的校正参照量进行客观分析的困难,也避免了校正参照量稀缺区域不准确插值分析带来的不利影响,使遥感资料的整体偏差得到修订的同时,能够更好地保持遥测资料的空间分布形态不变。利用国家卫星气象中心通过9210下发的ATOVS反演产品进行了试验,结果表明改进方案校准效果好;并将校准后的ATOVS反演资料用于Grapes三维变分同化系统,应用试验表明校准后的ATOVS反演资料在三维变分同化系统中具有应用价值。     

适用于大旋转角的三维基准转换的一种简便模型

基于大角度的空间直角坐标转换,提出了以方向余弦为参数、适用于任何角度旋转的空间直角坐标转换的简明计算方法。     

春季中国日最高气温延伸期预报误差分析及订正

数值模式直接输出和经模式后处理得到的预报误差比较,是延伸期逐日要素预报应用基础。针对中国2 583个站点在2020年春季11～30天的日最高温度预报,根据欧洲数值中心的集合预报输出,首先,使用BP-SM(Back-Propagation-Self memory)法和回归法,进行确定性预报订正效果比较;结果表明BP-SM法和回归法都明显降低了预报绝对误差;在11～14天预报中,BP-SM法得到的平均绝对误差为3.3～3.6oC,预报准确率超过35%,订正效果更优。其次,基于模式直接输出和BP-SM法获得的概率预报,使用CRPSS (continuous ranked probability skill score)进行了可预报性分析。结果表明,在地形复杂地区,经过订正,预报准确率明显改善。对于延伸期逐日要素预报,合理的模式后处理方法是降低预报误差和提高预报能力的重要环节。     

异物理模态法物理量差异对集合预报的影响

利用异物理模态法的数学计算方案,选择积分12h的500hPa水汽通量散度(湿位涡)预报离差构造初值扰动的归一化初值扰动模态,进而构造扰动初值,对一次川东北大暴雨个例进行集合预报试验,从扰动初值水平结构、集合预报平均、大于50mm降水量概率、降水离散度、区域预报离差、Talagrand分布、Brier评分、集合预报系统对控制预报的逐时方差演变等多个方面对两种物理量处理方法所得结果进行对比分析,认为两种处理方法所得结果总体上非常相似,不存在显著差异。两种处理方法产生的扰动初值差异并没有引起大尺度环流明显差异,但对中尺度动力场、热力场产生了一定影响。就Brier评分、雨带位置而言,水汽通量散度处理方法略优于湿位涡处理方法,而强降水区范围而言则是湿位涡处理方法略占优。另外,区域预报离差显示,湿位涡处理方法的集合预报系统发散度要大一些。     

煤层气钻孔化学堵漏浆液的配制与试验

为解决山西某矿区煤层气钻孔漏失问题,选择合适的堵漏浆液。基于正交试验的设计方法,以低水解聚丙烯酰胺（PHP）、801堵漏剂、水玻璃和植物胶为堵漏材料制成堵漏浆液,测试了堵漏浆液的相对密度、失水量、塑性黏度、表观黏度、和动切力等指标,并采用极差法与方差法分析了各材料（因素）的显著性。研究表明：塑性黏度、表观黏度受PHP的影响最大,水玻璃对失水量影响最大,801堵漏剂对动切力影响最大。以较大的黏度和动切力及较低的失水量为评价依据,确定了堵漏浆液的最优配方。建立了最优配方堵漏浆液的流变方程,模拟试验测定堵漏浆液的堵漏性能,并通过4个煤层气钻孔工程实践验证了堵漏浆液的堵漏功效。     

一种非监督快速端元提取方法

正交子空间投影(OSP)方法广泛用于目标与背景的分离之中,对于高光谱影像,OSP可用于目标提取和混合像元分解,但缺点是需要端元的先验知识。针对这一问题,本文基于OSP的原理提出了一种非监督快速端元提取方法。实验使用模拟高光谱数据和由OM ISⅠ获取的真实高光谱数据,结果精度令人满意,证明了本文算法进行端元自动提取的可行性。     

基于正交小波变换的海底地形复杂程度分类方法研究

给出了量化的海底地形复杂程度分类指标,并利用正交小波变换所具有的良好的图像识别与分类特点建立了包含18种典型海底的特征海底分类库,同时给出了海底地形复杂程度分类算法。通过分类算法将计划测量海区海底与特征海底分类库中的海底进行分类匹配,确定了计划测量海区海底的海底地形复杂程度。实例验证了该方法的有效性和适用性。     

FY-2C云迹风资料在中尺度数值模式中的应用研究

利用探空观测资料对FY-2C云迹风资料进行统计检验和误差分析,并针对其误差特征进行偏差订正和热成风原理两种方法的质量控制.然后通过GRAPES-3Dvar同化到GRAPES-Meso模式中,对2005年7月1日00时至7月2日00时发生在中国西北部的一次暴雨过程进行了数值对比试验.结果表明:云迹风数量在垂直方向上主要集中分布于500 hPa以上的对流层中高层,在250 hPa附近数量分布概率最大;高度在500 hPa以下云迹风存在明显的风向误差和很大的风速误差,而且误差分布发散,可用性较差.500 hPa以上层次的云迹风误差较小,且误差分布呈高斯分布具有一定的系统特性,可用性较好;通过质量控制后,可以把风向错误或风速偏差太大的云迹风予以剔除,进一步提高云迹风的精度;同化云迹风资料后,在暴雨区附近初始风场低层的西南气流明显加强,有利于暴雨区水汽输送和水汽辐合,最终能很好地改善24 h暴雨预报的强度和落区.     

多普勒雷达资料动态定量估测台风小时降水量的研究

在充分考虑传统的最优化方法和概率配对法优缺点的基础上,使用一种改进的最佳窗概率配对法计算Z-I关系中的系数A和b,得到了雷达测得的基本反射率因子Z和雨量计实时测到的小时降水量I的动态关系.利用温州多普勒雷达体扫资料和浙江省自动雨量站资料,使用该方法对"海棠"(Haitang)和"麦莎"(Matsa)两个台风分别进行了动态计算,得到了不同系数的Z-I关系,进而对两个台风的小时降水量进行了定量估测.使用变分技术对估测的小时降水量进行了校准.结果表明,不同台风Z-I关系的系数差别较大,因而造成台风小时降水量的很大不同.使用雷达基本反射率来估测台风小时降水量,能够清楚表现出台风的螺旋雨带和其中的中小尺度雨团,估测的台风小时降水量与实况基本接近.经过变分校准的估测降水量可以较好地表现出台风雨带与地面中尺度流场动力结构的对应关系.误差统计分析表明,变分校准后的估测台风小时降水量要明显好于变分校准前的估测台风小时降水量.变分校准法既保留了雷达估测台风小时降水量的分布特征,又使估测的台风小时降水雨量与实况的误差明显减小.     

应用经验正交函数估算顶部电离层电子密度剖面

本文基于IRI模型、地面数字测高仪和GNSS TEC数据,提出了一种利用经验正交函数（Empirical Orthogonal Function,简称EOF）估算顶部电离层电子密度剖面的方法,并将其应用于美国Millstone Hill测高仪和GNSS数据以估算顶部电离层电子密度剖面.通过将估算的临界频率、峰值高度、400 km以上电子密度分别与测高仪实测临界频率、测高仪实测峰值高度以及非相干散射雷达实测400 km以上电子密度作对比以对方法的有效性进行验证.统计结果显示估算临界频率、峰值高度与测高仪实测数据基本一致,400 km以上估算电子密度相较于非相干散射雷达实测的绝对误差平均值仅是测高仪推算400 km以上电子密度绝对误差平均值的一半左右.所以本文提出的方法可以更加精确地估算顶部电离层电子密度.