GRAPES全球集合预报系统模式扰动随机动能补偿方案初步探究

为了体现次网格尺度能量升尺度转换过程中存在的不确定性, 文中将随机动能补偿(Stochastic Kinetic Energy Backscatter, SKEB)方案应用于GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球集合预报系统(GRAPES-GEPS), 以更好地表征模式误差并且增大集合离散度。使用的SKEB方案基于具有一定时、空相关特征的随机型以及由数值扩散导致的局地动能耗散率来构造随机流函数强迫。并根据流函数与水平风速旋转分量的关系, 将SKEB方案中的流函数强迫转化为适用于GRAPES全球模式的水平风速扰动。结果表明, SKEB方案的使用一方面能够提高GRAPES对大气动能谱的模拟能力; 另一方面能够改善GRAPES-GEPS的集合离散度与集合平均误差的关系, 增加了集合离散度, 并在一定程度上减小了集合平均误差, 尤其是在热带地区这种改进更为显著。而且该方案使得热带地区连续分级概率评分(CRPS评分)显著减小。就降水预报而言, 从Brier评分与相对作用特征面积(AROC, Area under the Relative Operating Characteristics)的结果来看, SKEB方案有助于改善中国地区小雨[0.1 mm, 10 mm)、中雨[10 mm, 25 mm)与大雨[25 mm, 50 mm)量级降水的概率预报技巧, 而对暴雨[50 mm, ∞)量级降水预报技巧影响很小(24 h降水量)。总体上, 模式扰动随机动能补偿方案提高了GRAPES-GEPS的概率预报技巧。      

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。      

GRAPES全球奇异向量方法改进及试验分析

基于总能量模的奇异向量扰动常用于构造集合预报的初始条件。以建立GRAPES（Global and Regional Assimilation PrEdiction System）全球集合预报系统为目的,基于前期研发的GRAPES全球模式奇异向量方法,在GRAPES全球切线性模式和伴随模式2.0版的框架下,开展了引入线性化边界层方案来改善奇异向量结构,并提高奇异向量计算效率的研究。通过连续试验,从奇异向量的扰动能量结构、扰动能量谱及扰动空间分布等方面,综合分析改进GRAPES全球奇异向量的结构及演变特征。试验结果表明,改进后的GRAPES奇异向量方法有效抑制了之前扰动能量在近地面层不合理的快速增长,同时,奇异向量最优扰动的结构更客观地体现了中高纬度区域大气初始条件中的斜压不稳定扰动及其演变,如在初始时刻奇异向量扰动能量主要位于对流层中层,并呈现出随高度向西倾斜的大气斜压特征;经过线性化演变,扰动能量向较大水平尺度转移,并在垂直结构上表现出向对流层高层上传及向对流层低层下传的特征等。针对GRAPES奇异向量迭代求解中伴随模式计算耗时为主的情况,改进伴随模式中广义共轭余差方案的调用方式,并采用大内存存储法来提高其计算效率,进而将奇异向量总计算时间缩短了25%。总之,改进后的GRAPES奇异向量方法,可应用于构建面向业务应用的GRAPES全球集合预报系统。      

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。     

成教GIS专业人才培养方案的优化设计

围绕如何依据成人高等教育的特点办地理信息系统(GIS)专业的建设问题,分析了成教地理信息系统专业的人才培养目标及意义,提出了人才培养过程优化的方案。重点对成教地理信息系统专业的课程体系进行了设计,为成教地理信息系统专业的人才培养提供了实践经验,并提出了一些有借鉴意义的培养方案。     

武汉天兴洲长江大桥市政配套工程测量技术方案

武汉天兴洲大桥是武汉市继长江大桥之后又一座大型公铁两用大桥,两岸市政配套工程属大型市政工程,详细介绍了它的控制测量和地形测量技术方案及产品的检查验收,为类似工程的测量方案提供借鉴。     

中小城市实施电子报批的总体方案研究

电子报批是规划管理部门实施信息化办公的一个重要方向和趋势,能够极大地提高规划管理部门办案的规范性、科学性、严密性和高效性。本文提出了中小城市实施电子报批的总体方案,并对系统建设的框架、功能、建设策略、实施模式等关键问题进行了深入地探讨。提出的策略和技术思路对中小城市实施电子报批有较好的指导意义。     

流动单元划分新方案及其在临南油田的应用

把沉积学与储层物性相结合, 从流动单元体系的角度出发, 提出了流动单元划分的新方案.在流动单元体系内部划分出流动单元、亚流动单元和渗流区3个不同层次.在储层精细小层对比的基础上, 首先根据区域内连续分布的隔层把储层分成几个独立的流体压力系统, 即流动单元; 然后再根据不连续分布的隔层, 把一个流动单元进一步分成若干个亚流动单元; 最后根据储层物性的差别把流动单元/亚流动单元划分成不同的渗流区.按照这个思路, 选取临南油田的典型高产区块———以三角洲前缘亚相沉积为主的夏52块砂三中段三砂组, 进行了流动单元、亚流动单元和渗流区的划分, 共划分出7个流动单元、7个亚流动单元和63个渗流区, 这样划分出来的流动单元体系同时包括了油藏整体与局部细节的特征, 为油藏开发提供了详细的地质依据, 也在实际应用中取得了良好的效果.      

一种可业务化的雷电潜势预报方案

利用2000～2005年的闪电定位资料、常规气象观测资料,实时业务应用的数值预报产品以及NCEP/NCAR再分析资料等,基于雷电发生的天气学分型和完全预报方法原理,以可业务实时实现为原则,对广州地区雷电的短期潜势预报进行了研究,引入了"马赛克化"、不确定度概念以及多元回归、线性/非线性拟合方程等数学统计方法,得到一种较有效的雷电短期潜势预报方案,该预报方案在实时业务预报中试用,预报结果对雷电潜势预报具有参考价值.     

ADSL宽带上网的3种共享方案

近年来,随着气象业务的发展,很多气象台站都用上了ADSL宽带上网。在实现宽带上网方法上各有不同,册享县气象局自2002年以来,先后用了3种ADSL宽带上网共享方法,运行效果良好。现在把这3种方法总结出来,供同行根据自己的条件选择不同的共享方案。