基于卫星资料梯度信息的新型变分同化方法对于台风数值模拟的研究

卫星资料凭着卫星遥感的全球性、连续性和高频次观测等优势,成为一种重要的非常规资料源,但卫星观测仍然存在各种各样的观测误差,其中包含由于观测偶然性所造成的统计学上的随机误差及仪器本身和辐射传输模式等造成的系统性偏差,这些误差在很大程度上影响了卫星资料的质量。文中提出了一种能有效订正卫星观测资料系统性偏差的梯度信息同化算法,该方法用一个梯度算子进行模式变量与观测变量的梯度变换,从而达到订正系统性偏差的目的。本文利用WRF（Weather Research Forecast）模式及其同化模式WRFDA（WRF Data Assimilation system）,以及AIRS（Atmospheric Infrared Sounder）资料,对台风“圆规”进行了实际的数值模拟和同化试验,数值结果表明,梯度信息同化方法能明显改善台风路径的模拟,在处理可信度较低的资料时仍然适用。另外,通过同化诊断分析,发现卫星资料的系统性偏差对于台风数值模拟有较大影响,而文中提出的梯度信息同化方法能较好的解决此类问题。     

NMC第二代中期数值预报系统误差的动力诊断

利用国家气象中心第二代中期数值预报模式计算了１月和７月的预报诊断量。计算结果表明,新一代模式在动力外强迫作用、辐射通量和对流参数化等物理过程方面的改进,使该模式的预报比第一代模式有了较大的改善,模式预报的系统误差明显减小。通过对角动量、热量和水汽的经向输送和收支平衡的分析,认为该模式在地形处理、陆面过程、云辐射和积云对流参数化等物理过程还有待进一步改进。     

利用重复测线校正海空重力仪格值及试验验证

通过分析海空重力测量系统误差的形成机理,我们发现海空重力仪格值标定误差是引起系统性测量偏差的主要因素之一.本文简要介绍了重力仪格值的标定方法,分析论证了格值标定的精度要求,提出了利用东西正反向重复测线检测校正海空重力仪格值的计算模型和补偿方法,分析讨论了该方法的校正精度及其适用条件,利用航空重力实际观测网数据对该方法的合理性和有效性进行了数值验证,证明该方法对消除海空重力测量系统性偏差具有显著作用.     

改进型数据加窗法的高程粗差剔除研究

利用摆动式单波束探测水下微地形时,因掠射角、底质特性等因素对回波信号的影响,导致数字高程粗差产生。本文根据摆动式单波束的探测原理和工作特点,对多波束测量中的数据加窗法进行改进:将回波能量作为探测点的内在属性参与确定起始加窗点;加窗点采用实测点,并要求起始加窗点尽可能靠近整条测线上实测点的高程均值。由此提高了高程粗差剔除的准确性。在实际应用中,随机微地形的高程粗差被成功剔除。     

衰减夹层GPR模拟的时频域全局反射误差

全局反射误差分析是深入研究探地雷达(GPR)吸收边界条件吸收效率的有力工具.基于常规完全匹配层(PML)的标准交错网格有限差分算法必须满足严格的CFL条件限制,即在单位时间步长内,不容许电磁波传播的距离超过单元网格尺寸.为了提高主区域所有网格节点的计算效率,并有效地吸收传播后期出现的低频隐失波,提出基于非分裂递归卷积完全匹配层(UCPML)的旋转交错网格(RSG)GPR正演算法.该算法采用不同的网格交错策略,并在边界条件中引入了吸收低频隐失波的自由可变因子,使得该算法允许选取较大的时间步长,提高了计算效率,并且实现了对低频隐失波的高效吸收.本文首先给出了RSG差分格式,推导了基于UCPML的RSG差分更新方程,探讨了数值色散的稳定性条件,然后以绕射现象严重的衰减夹层数值模拟为例,分别从波场快照、单道波记录、时间域反射误差(TDRE)、频率域反射误差(FDRE)四个方面分析了UCPML与常规PML的全局反射误差,说明了基于UCPML和RSG的GPR正演算法能更有效地吸收低频隐失波.     

Propagation of uncertainties in interpolated rainfields to runoff errors

Conditional daily rainfields were generated using collocated raingauge radar data by a kriging interpolation method, and disaggregated into hourly rainfields using variants of the method of fragments. A geographic information system (GIS)-based distributed rainfall–runoff model was used to convert the hourly rainfields into hydrographs. Using the complete radar rainfall as input, the rainfall–runoff model was calibrated based on storm events taken from nested catchments. Performance statistics were estimated by comparing the observed and the complete radar rainfall simulated hydrographs. Degradation in the hydrograph performance statistics by the simulated hourly rainfields was used to identify runoff error propagation. Uncertainty in daily rainfall amounts alone caused higher errors in runoff (depth, peak, and time to peak) than those caused by uncertainties in the hourly proportions alone. However, the degradation, which reduced with runoff depth, caused by the combined uncertainties was not significantly different from that caused by the uncertainty of amounts alone.     

灰色误差理论在岩矿测试数据处理中的应用

介绍了灰色误差理论,并应用于岩矿测试数据基本处理。结果表明,在误差变化范围小的岩矿化学分析中,测量数据的累加曲线为线性关系,在元素不均匀性分布的岩矿化学分析(例如不均匀性金的测试)和岩石强度试验等分散性大的测试中,测量数据的累加曲线为曲线关系,但灰色标准偏差和传统统计学的标准偏差非常接近。该方法简单易行,具有相当的精度和较强的实用性,对测量数据少或难于寻求统计规律的测量过程尤为实用,是一种新的尝试。     

相位误差、位置误差和灰度误差三者关系及SAR原始图像像元不确定性

由于SAR遥感的独特优势，使它得到了广泛的应用。因此，对SAR图像的不确定性研究也越来越必要和迫切了。针对数据分析方法的不足，该文着重从机理的角度探讨SAR原始像元的不确定性。相位误差、位置误差和灰度误差三者关系、各种误差分类和综合以及这些误差对SAR原始像元不确定性作用等问题往往是困扰从机理角度对SAR图像不确定性研究的主要障碍，该文重点讨论这些问题。     

GRACE估计南极冰川质量变化的泄露影响及其改正

利用2003-01～2013-12期间GRACE数据反演得到地球表面质量变化,使用全球正向建模恢复法改正泄露影响,获得南极冰盖质量变化。比较GRACE直接估计和泄露影响改正后的结果发现,南极冰盖在2003～2013年质量变化信号衰减20.3%,西南极有26.4%的质量消融信号泄露到了周边,东南极的泄露影响更高达70%。改正后的结果表明,南极冰盖绝大部分质量消融发生在西南极和南极半岛,质量积累发生在东南极的Ronne冰架和Amery冰架;西南极冰盖质量变化速度达到-152.47±2.00 Gt/a,基本上等同于南极全岛的质量消融速度,而南极半岛的冰盖融化速度为-27.44±0.75 Gt/a,基本与东南极的冰盖质量积累速度27.27±5.12Gt/a抵消;南极全岛冰川整体质量以-152.64±7.00 Gt/a速度消失,并以-18.85±4.87 Gt/a2的加速度加速融化,导致海平面以0.41 mm/a的速度上升。     

多年平均气温数据空间化误差的尺度效应

属性数据空间化是利用矢量数据生成栅格数据产品的有效方法,它有助于不同来源、不同格式之间的数据的综合分析。空间化是一种必然有误差伴随的过程,为探讨空间化误差与数据源密度、空间化模型方法,以及空间化分辨率之间的关系,本文利用7种水平的气象站点密度、5种空间化模型方法和19种栅格分辨率分析多年平均气温数据空间化误差与这3类影响因子之间的关系。分析发现：（1）气象站点密度的降低导致多年平均气温数据的空间化误差增加;（2）在IDW、Kriging、Adjusted IDW、Regression和Anusplin 5种空间化模型方法中,Adjusted IDW、Regression、Anusplin比IDW、Kriging的精度高;（3）随着栅格分辨率的变粗,多年平均气温数据空间化误差增大;（4）在影响空间化精度的3类因子中,空间化模型方法对空间化精度的影响最大,栅格分辨率次之,气象站点密度的影响最小。通过多元回归分析,建立了多年平均气温数据空间化误差与这3类影响因子之间的定量模型,可为空间化技术方案的制定提供参考和依据。