气象预报的方法与不确定性

根据历史上有关气象的文字记载,结合大气科学发展的历史和现状,以深入浅出的方式回顾了气象预报制作方法的变更与发展.概述了当前业务预报的水平和相关研究的主要进展.针对数值预报,讨论了导致气象预报结果不确定性的主要原因.并通过介绍集合预报,对公众应当如何理解和使用预报产品提出了看法.     

人口中数据在地学应用中的若干问题

地学研究中使用的人口数据主要包括:现代人口调查数据、人口预测数据和历史人口统计数据。不同来源的人口数据,具有不同的特点。在使用中,必须关注人口数据本身蕴含的属性特征、空间特征和时间特征。就属性特征而言,需要注意人口统计指标含义的差异、统计口径的差异、城镇建制标准的变化问题;就空间特征而言,需要注意人口统计单元界线的模糊与争议、行政区划的调整与变更、研究区与人口统计单元不一致问题;就时间特征而言,需要注意人口数据的统计时点。在使用人口数据,特别是不同来源、不同时期的人口数据时,应该根据人口本来的属性对不同统计口径和不同统计方法的人口数据进行重新归类和统计;根据行政区划调整情况进行人口数据的再统计,或开展人口数据的空间化;根据人口数据准确的时间特征进行比较,或采用相应的人口预测方法加以推断和预测,从而实现人口数据的整合,以增强人口数据的时空可比性。     

非绝热物理过程对北京暴雨数值预报不确定性影响

选取了2001年8月发生于北京市的具有不同大尺度环流强迫特征的两次强降水过程,利用MM5模式和国家气象中心的T213预报资料,分析了模式非绝热物理过程对北京市暴雨数值预报的影响特征和不确定性,探讨了解决暴雨预报不确定性的集合预报方法,进行了多物理模式集合预报试验。试验结果表明:模式非绝热物理参数化方案对精细化预报结果有明显影响,包括局地降水强度、空间分布型态、时间演变特征等;在高分辨率模式中,采用积云对流参数化方案后,会出现更多的小量级降水预报,且不论是大尺度强迫较强的暴雨,还是大尺度强迫较弱的暴雨,对流参数化方案都是造成降水预报不确定性的重要因素。多物理集合预报的初步试验结果表明,高分辨率集合预报可提供有价值的预报信息,是解决灾害性天气预报不确定性的一种有效的技术方法,但就目前的模式水平而言,可重点发展降水集合预报,特别是强降水集合预报系统,以反映模式在降水预报中存在的不确定性。     

对流尺度集合预报与模式不确定性研究进展

本文回顾了国内外近10年来对流尺度集合预报系统以及有关模式不确定性研究的成果。对流尺度集合预报在提高局地强天气预报预警能力方面,因其可以提供丰富的概率预报信息而具有显著优势,相关研究和应用受到国内外学者和数值预报业务机构的重视。相对于全球集合预报,对流尺度集合预报中有关模式不确定性的研究缺乏系统性和理论基础,成为目前研究的热点和难点。目前常用的模式扰动方法有多模式、多物理过程、多物理参数、随机物理等。这些方法在强对流事件、热带气旋强度路径等预报中得到了广泛应用,但在提高对流尺度集合离散度方面作用仍有限,主要原因在于其并没有针对性描述影响对流系统发生发展的关键物理过程的不确定性,仍然属于全球集合预报中天气尺度范畴。在回顾相关研究的同时,也提出了值得探索和研究的方向。     

地质条件不确定性下TBM管片结构失事概率计算

不良地质条件是影响TBM施工隧洞管片结构安全的重要因素。综合考虑围岩地质条件和衬砌结构的不确定性,提出了一种定量分析TBM管片结构失事概率的新方法。在基于Markov过程估计隧洞沿程地质岩性变化概率的基础上,建立了隧洞任意位置处管片选型不匹配的概率模型;考虑围岩和管片参数的不确定性,采用随机有限元方法计算某一类型管片在不同围岩下的失事概率;由此,采用全概率公式,可计算隧洞沿程任意位置处管片结构的失事概率。结合实际工程,针对施工期工况,确定了该隧洞管片沿程的失事概率、最大失事概率及其所对应的位置等,为管片选型、优化设计及TBM施工期的风险防范提供了依据。     

西北黄土高原区滑坡遥感解译研究——以陕西延安、宁夏彭阳等地为例

西北黄土高原区面积广,滑坡数量众多,利用遥感技术加快减灾、防灾,开展编目、区划研究,具有重要的研究意义.目前,利用人机交互解译、计算机分类,滑坡灾害解译和识别已取得许多成功的经验.受数据源、数据处理和解译等交叉学科发展的影响,应用多侧重影像预处理、解译标志建立和技术方法研究,滑坡灾害遥感解译不确定性等关键问题研究较少,解译标志也过分关注色和形描述,与滑坡发育规律密切的地形地貌等重要解译标志尚需完善.本文以西北黄土高原陕西延安、宁夏彭阳等地为研究区,从尺度效应、波段组合、数据融合等方面分析滑坡灾害遥感解译的不确定性,结果表明地貌、滑坡和承灾体、岩土体变化呈等级结构,与之对应遥感数据的时空尺度不同,利用ETM+,Spot 5和QuickBird等不同分辨率数据进行识别分类,能减少解译的不确定性;波段组合能有效反映地层岩性时,更适合滑坡识别和分类;高空间分辨率数据的融合算法以主成分或HIS较佳.基于分析结果,采用Spot 5经自然彩色变换主成分融合,依据研究区黄土滑坡的典型特征及影像表现,利用人机交互解译技术建立滑坡解译标志,为编目和区划、滑坡灾害计算机解译等提供依据.     

未来不同排放情景下气候变化预估研究进展

概述未来不同排放情景下气候变化预估研究的主要进展。首先,对用于开展气候变化预估研究的不同复杂程度的气候系统及地球系统模式及其模拟能力进行了简要的介绍,指出虽然目前气候系统模式在很多方面存在着较大的不确定性,但大体说来可提供当前气候状况的可信模拟结果;进而介绍了IPCC不同的排放情景,以及不同排放情景下全球与东亚区域气候变化预估的主要结果。研究表明,尽管不同模式对不同情景下未来气候变化预估的结果存有差异,但对未来50～100年全球气候变化的模拟大体一致,即全球将持续增温、降水出现区域性增加。在此基础上,概述了全球气候模式模拟结果的区域化技术,并重点介绍了降尺度方法的分类与应用。同时对气候变化预估的不确定性进行了讨论。最后,对气候变化预估的研究前景进行了展望,并讨论了未来我国气候变化预估研究的重点发展方向。     

考虑抽样不确定性的水文设计值估计

水文频率分析计算过程中,水文极值样本系列容量一般都较小、代表性不高,使得水文设计值估计具有不确定性。利用Bootstrap方法,研究样本抽样不确定性对水文设计值的影响。与传统水文频率分析方法相比,基于Bootstrap方法不仅可提供设计值的点估计和区间估计,同时能够对设计值的不确定性进行定量评价。此外,基于Bootstrap技术,结合矩法、权函数法及线性矩法,设置3套方案,分析了该方法在不同参数估计方法间的有效性。以南通市1970-2011年共42年的年降雨量数据资料为例,对所提方法进行实例应用分析,结果表明,从期望设计值、90%置信区间及最终设计值角度而言,基于所提方法的设计成果受参数估计方法的选取影响不大,且可回避规范中B值诺莫图通用性较差及误差显著问题。     

考虑非结构构件损伤的钢筋混凝土框架建筑多维地震易损性分析

基于单一指标的传统地震易损性分析忽略了非结构构件损伤对建筑抗震性能的影响。首先基于多维性能极限状态理论建立了三维性能极限状态方程,并对几种特殊情况下的三维阈值曲面进行了讨论。进而以最大层间位移角作为整体结构与位移敏感型非结构构件的性能指标,以峰值楼面加速度作为加速度敏感型非结构构件的性能指标,对建筑的结构损伤和非结构损伤进行描述。考虑各性能指标之间的相关性和各性能指标所对应的极限状态阈值的不确定性,建立了建筑在地震作用下的三维性能极限状态的超越概率函数。最后,采用Open Sees有限元软件对一7层钢筋混凝土框架填充墙建筑进行增量动力分析,得到其各性能水平下的地震易损性曲线。分析结果表明,当忽略非结构构件损伤时,各性能极限状态的超越概率均降低,从而高估了建筑剩余功能水平,进而导致低估建筑的损失。在考虑各性能指标的极限状态阈值的不确定性时,对任一性能极限状态,不同变异系数取值下的易损性曲线会出现交点,在交点之前超越概率随着变异系数的增大而增大,交点之后则随着变异系数的增大而减小。在考虑性能指标间的相关性时,对任一性能极限状态,超越概率随着相关系数的减小而增大。另外,性能指标阈值的不确定性与性能指标间的相关性对地震易损性的影响随着性能水平的提高而逐渐降低,且对低性能水平下建筑地震易损性有明显影响。