基于WRF模式和自适应偏最小二乘回归法的风能预报试验研究

利用中尺度WRF(Weather Research and Forecast Model)模式预报了2009年1,4,7和10月甘肃某风电场区域的风速和风向,并与离风电场最近的两座测风塔对应时段50m和70m高度实测资料进行了对比,客观地评估了该模式对风场预报的准确率。在相对准确的风场预报基础上,利用2008年1月-2009年4月风电场200台风机的实际功率记录数据和同期气象要素场预报资料,采用自适应偏最小二乘回归法和单机预报法建立了每台风机未来48h逐15min输出功率记录数据与同时刻轮毂高度预报的风速、风向、气温、湿度及气压之间的非线性统计预报模型。为了对该模型的稳定性和准确性进行长期的客观评估,独立进行了2008年1-12月的预报试验,分别建立了12组独立的非线性统计预报模型。试验结果表明:(1)WRF模式预报的各月风向分布、风频大小与实测风向有较好的一致性;盛行风向基本一致,风频大小相当,风向分布特征也较为一致。(2)WRF模式预报的50m和70m高度逐时平均风速与实测值的相关系数介于0.6～0.8之间,均方根误差介于1.5～2.6m.s-1之间。(3)2008年1-12月逐15min风电场风电功率预报值与风机输出功率记录值的相关性较显著,可较好地预报出各月风电功率的时间变化趋势。两者相关系数介于0.58～0.90之间,均达到了99.9%置信度。(4)各月逐15min风电功率预报值与风机输出功率记录值的误差较小,相对于总额定装机容量而言,均方根误差介于2.76%～12.89%之间。     

Two-Dimensional Scalar Spectra in the Deeper Layers of a Dense and Uniform Model Canopy

The turbulent flow inside dense canopies is characterized by wake production and short-circuiting of the energy cascade. How these processes affect passive scalar concentration variability in general and their spectral properties in particular remains a vexing problem. Progress on this problem is frustrated by the shortage of high resolution spatial concentration measurements, and by the lack of simplified analytical models that connect spectral modulations in the turbulent kinetic energy (TKE) cascade to scalar spectra. Here, we report the first planar two-dimensional scalar concentration spectra (ϕ _cc ) inside tall canopies derived from flow visualization experiments. These experiments were conducted within the deeper layers of a model canopy composed of densely arrayed cylinders welded to the bottom of a large recirculating water channel. We found that in the spectral region experiencing wake production, the ϕ _cc exhibits directional scaling power laws. In the longitudinal direction (x), or the direction experiencing the largest drag force, the ϕ _cc (k _x ) was steeper than and followed an approximate at wavenumbers larger than the injection scale of wake energy, where k _x is the longitudinal wavenumber. In the lateral direction (y), the spectra scaled as up to the injection scale, and then decayed at an approximate power law. This departure from the classical inertial subrange scaling (i.e., k ^−5/3) was reproduced using a newly proposed analytical solution to a simplified scalar spectral budget equation. Near the velocity viscous dissipation range, the scalar spectra appear to approach an approximate k ⁻³, a tantalizing result consistent with dimensional analysis used in the inertial-diffusive range. Implications to subgrid modelling for large-eddy simulations (LES) inside canopies are briefly discussed.     

前向散射能见度仪校准技术

基于前向散射能见度仪的工作原理、结构特点及使用环境,分析了前向散射能见度仪的测量误差来源、产生测量误差原因及误差模型,归纳了前向散射能见度仪出厂标定方法、标定参数及标定参数修正方法。为确保能见度观测数据具有准确性,并根据将来量值传递需要,在分析了能见度量值传递参数基础上,提出了前向散射能见度仪的实验室标定条件和方法,梳理了前向散射能见度仪现场光学装置校准、校准板校准及人工校准方法,为今后建立能见度量值传递体系和编写相关校准规范提供参考。     

单多普勒天气雷达的中尺度风场探测技术研究

利用1998年6月海峡两岸暴雨试验中收集的香港天文台的多普勒雷达资料、GMS—5红外卫星云图等资料对1998年6月9日00～11UTC的暴雨过程进行综合对比分析。分析结果表明：UW方法反演的低空风场中的中尺度流场系统的位置、移动和生消变化与雷达回波的分布及时间演变完全配合，并且与红外卫星云图有良好的对应，因此可以认为，利用UW方法能够从多普勒速度场反演出风场中的中—β以上尺度的切变线系统，为强对流天气的临近预报提供高效、实用的预警产品。     

应用涡动相关法计算水热、CO2通量的国内外进展概况

目前涡动相关法被认为是国内外测定CO2、水热通量的最可靠方法。国外应用此方法解决了均匀下垫面假设下森林和农田等生态系统的CO2、水热通量的计算问题，目前致力于非理想下垫面（真实地形）的CO2、水热通量的计算。而国内应用涡动相关技术起步较晚，用此方法测定水热通量已有一定的知识积累，但测定CO2通量还处于资料收集阶段。我国自然生态系统、环境外交和社会经济可持续发展都要求精确查明我国CO2的时空变化特征和动力学机制，这应是今后研究的重点，并提出了应用该方法存在的主要问题及可能的解决方法，指出值得深入研究的领域。     

森林生物化学与CASI高光谱分辨率遥感数据的相关分析

该文介绍了利用光谱范围约 417— 80 0nm的航空高光谱分辨率数据估计森叶族叶化学成分浓度的分析方法。沿横跨美国俄勒冈州中西部收集 6个研究立地上的小型机载成象光谱仪 (CASI)数据。 3个族叶化学成分 [总叶绿素 (TC)、全氮 (TN)和全磷 (TP) ]从相同的研究立地取样并在实验室测定。使用多元统计和光谱微分技术评价CASI数据用于估计冠层生化浓度的潜力和效率。 12个族叶化学成分样本被测定 ,并同时在相同立地上提取CASI图象数据。 7个单回归模型被用来探索单波段和植被指数与 3个化学成分的线性与非线性相关关系及预测效果。光谱微分技术被用来压缩背景噪音对目标光谱的影响。利用CASI原始光谱、一阶和二阶微分光谱数据和逐步回归分析来预测TC、TN和TP。结果表明采用光谱微分技术能显著地改善由拟合度 (R2 )和均方根差(SE)描述的森林冠层化学成分浓度的估计精度。由单波段分析的结果说明族叶化学与CASI数据间的相关性很低。事实上 ,对于TP ,CASI原始数据与实验室测定的数据几乎无关     

BDA方案对台风背景高温天气预报的改进

广州地Ⅸ的高温天气主要是受副热带高压和台风外围下沉气流的影响所致.文中采用BDA(Bogus Data Assimila-tion)方法,探讨BDA方案对广州地区台风背景条件下高温预报的改进能力.选取2005年7月中旬广州地区出现的高温天气进行研究.这是比较典型的受副热带高压和台风(海棠)共同影响造成高温的天气过程.分析有无采用BDA方案的模式初始场.结果表明:采用BDA方案同化Bogus模型可以调整台风中心位置和强度,使所得到的初始场中心位置与观测更为接近,台风强度(气压梯度力、风速)比末用Bogus的情况强,与观测值更为接近.数值模拟的结果表明,采用了BDA方案的敏感试验可以更好地预撤台风路径和台风中心强度变化,从而更好地预报高温天气,对高温区分布、日平均温度大小等的预报都有改进.文中对引起这种预报差异的原因进行了讨论,并探讨高温预报改进的可能机制.大气下沉运动的增强是高温预报改进的主要原因.敏感试验由于广州中低层大气的水汽减少,大气的下沉增强,致使天空的云量减少,对太阳短波辐射的阻挡减小,从而地面吸收热量增多,温度升高,输送给大气的感热增加,大气气温升高.采用BDA方案可以改进模式在台风"海棠"过程对广州高温的预报.     

探地雷达在探测地下采空区范围中的应用

由放心弃的地下采空区引起的地面沉陷,已成为一种典型的地质灾害,严重影响工程建设的顺利进行。为了采取相应的治理措施,查明地下采空区的埋深及分布范围显得十分重要通过实例,简述探地雷达在探测地下采空区范围中的应用,探测目的在于确定地下采空区的深度,查明地下采空区的范围,为公路建设选线提供可靠依据。     

降水集合预报集成方法研究

基于TIGGE(the THORPEX Interactive Grand Global Ensemble)资料,对中国气象局(CMA)、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、美国国家环境预报中心(NCEP)和日本气象厅(JMA)的集合数值预报结果进行降水集成.采用算术平均法、TS评分集成法和BS评分集成法在我国东南地区进行降水集成,对比分析结果表明:基于TS评分的多模式降水集成无论在分区降水评分中,还是在东南地区的台风型降水和非台风型降水实例中,都有效地改进了大雨以上的降水预报效果;基于BS评分的集成方法和算数平均集成法预报效果次之.东南地区5个子区域的降水集成试验结果表明:各子区域基于TS评分集成后降水的平均绝对误差普遍小于基于BS评分后的降水平均绝对误差.广东东南和浙江北部区域基于TS集成后的降水TS评分值最优,浙闽沿海和广东西北部区域基于TS集成后的降水TS评分次之,处于中上水平.基于算术平均集成和BS集成的降水的TS评分值只有在广东东南区域表现出较好的效果.     

多普勒雷达风场信息变分同化的试验研究

文中试验研究了一个在三维变分框架中直接同化多普勒天气雷达信息,获取雷达覆盖范围内大气风场的技术方案。径向风速是多普勒天气雷达数据中可直接被三维变分同化系统用来反演大气风场的唯一信息。由于风矢量有二或三个分量,径向风速作为风矢量的一个分量,不能为反演风矢量提供足够的信息。如果三维变分同化系统仅仅同化径向风速,所存在的不确定性将可能会给所反演的风场带来错误。文中提出的方案,不仅同化雷达径向风速,还同化雷达回波的移动信息,其关键是将雷达回波强度时空变化转换成一个新的雷达观测变量———雷达“视风速”。由于“视风速”是包含风场信息的变量,这在三维变分同化系统中增加了风场探测信息。通过联合利用“视风速”和径向风速,由单一径向风速确定风矢量所带来的不确定性可以被克服。使用中国气象科学研究院数值预报研究中心开发的三维变分同化系统(GRAPES-3Dvar)和广东省新一代天气雷达的监测资料进行了实例试验,结果表明本技术方案能够对获取大气系统结构是有用和有效的,也可用于形成模式初始场,这对中尺度天气预报是有作用的。