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。      

具有随机扰动和混合时滞的两层异质网络的同步研究

在现实生活中,很多复杂的系统不是由单个网络来表示,而是由一组相互依赖的网络系统来表示的.本文研究了具有随机扰动和混合时滞的两层异质网络的对应节点的同步控制问题.基于随机微分时滞方程的LaSalle不变原理和Lyapunov稳定性理论,采用牵制控制方法,对部分节点实施控制,给出了实现同步的充分条件.为了降低反馈控制的增益,结合自适应控制的方法,进一步弱化了两层异质网络实现同步的条件.最后,通过数值仿真,验证了理论结果的有效性.     

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。     

基于轨迹活动语义挖掘的个体社会经济水平评估

个体社会经济水平评估对于商业决策、城市规划和公共卫生具有重要的应用价值。但现有方法多依赖定位数据和呼叫详单记录构建出行位置和手机业务特征集合,未充分考虑个体出行的语义上下文,难以从动机与需求层面理解出行行为,导致建模过程可解释性不足。为此,本文提出一种基于轨迹活动语义挖掘的个体社会经济水平评估方法,通过显式提取居住、购物、餐饮、娱乐、消费喜爱度与探索欲6类消费模式,从消费能力与意愿角度刻画个体社会经济水平,提高评估方法的可解释性。(1)通过网格化的语义地图为停留点赋予出行语义上下文,并划分居住、购物、餐饮、娱乐4类活动的停留点集合;(2)计算4类活动的时间熵、旋转半径和活动区域经济水平等时空语义特征,并通过结构方程模型筛选特征计算各类消费模式价值;(3)使用极端随机森林决策个体社会经济水平。本文基于深圳市635名个体2019年4—11月的私家车轨迹数据开展实验,通过核心商圈、劳动密集型工厂、高档住宅与城中村等典型场景筛选高低社会经济水平人群,验证了方法有效性;此外,对高低社会经济水平群体的出行时空分布和工作强度开展可视化分析,探讨了群体间的出行模式差异。本文方法可为人地交互视角下的人口...     

联合地物轮廓线的三维重建算法研究

针对现有三维重建研究中对线特征利用不充分,重建精度低的问题,提出了一种联合地物轮廓线的三维重建算法。利用BDCN模型和相应预处理算法,提取出二维影像上的边缘轮廓线;基于对极几何原理的核线引导和三角测量原理,建立线段的初始匹配假设;通过相似性计算和图聚类算法重建出三维轮廓线模型结果;将结果应用于三维网格模型的优化。使用Building-Imagery-P36和DTU MVS数据集对本文算法进行验证,结果表明：本文方法提取出的轮廓线段精简而完整。相比经典的Line3D++算法,MAE和标准差值平均降低了0.321、0.699,重建时间平均降低了58%,精度和效率都有明显提升。附加三维轮廓线约束后,生成的网格模型视觉效果更佳,细节信息更为丰富。     

基于微粒群优化算法的空间优化决策

空间优化决策是GIS应用中复杂而又常见的问题。由于涉及到大量的组合,使用穷举法等方法难以找到最优的解决方案,因此需要运用新的理论方法来解决这类问题。微粒群优化算法是近年来新兴的一种优化技术,与GIS相结合可解决空间优化决策问题。首先,对微粒群优化算法和空间优化决策问题作了简单介绍;然后,基于人口密度、最短距离约束条件下,通过GIS技术,对微粒群优化算法用于空间优化决策的方法、实施过程作了详细阐述;接着,用4×4方格单元对PSO方法的正确性、有效性进行了验证;最后,以广州市芳村区为例,对该方法进行实例验证。通过实验,证明微粒群优化算法具有较好的收敛速度、较高的结果精度,是解决空间优化决策问题的一种有效方法。     

关于井炮激发参数优化设计的思考

利用正演模拟的手段进行分析,对影响井炮激发的不同影响因素展开分析,结合对炸药特征阻抗与围岩的阻抗匹配系数、炸药几何耦合系数、激发药量、井深等方面进行分析,对井炮激发参数进行优化设计.通过优化设计,寻求有效提高地震子波品质的方法.结合实际的地震地质条件和地震勘探目标,设计最佳的井炮激发参数,提高地震勘探的效益.     

考虑土-结构相互作用和岩土参数不确定性的核电厂结构地震响应分析

针对核电厂结构,在考虑土-结构相互作用(SSI)的情况下进行随机地震反应分析,探讨地基岩土参数的不确定性对反应堆厂房楼层反应谱(FRS)的影响。运用ANSYS软件模块建立核电厂(NPP)结构有限元模型,通过设置边界弹簧单元和阻尼装置来考虑SSI效应;并且通过设置具有概率意义的弹簧刚度和阻尼系数,来模拟土特性参数的不确定性。随机响应分析与确定性分析的结果对比,揭示了岩性地基条件下SSI效应对核电厂FRS的影响以及地基岩土参数不确定性对FRS的影响程度。研究表明,在岩性地基条件下,亦不应忽略SSI效应;考虑SSI效应的随机分析模型同确定性模型相比,二者的分析结果较为接近,两方法都可用于NPP的FRS敏感性分析评估之中,并可进行相互比照。     

基于随机振动理论确定桥梁地震碰撞的临界间隙

确定梁桥邻跨间避免地震碰撞的最小间隙,对于梁桥地震碰撞危险性预测及防地震碰撞措施的设计有着显著意义。本文基于随机振动理论建立梁桥地震碰撞邻跨临界间隙的计算方法,分析模型采用跨径不等的两跨简支梁桥,且考虑隔震支座非线性恢复力的影响。文中首先建立了系统的非线性运动方程;随后运用随机等效线性化理论将其线性化;最后在复模态空间推导了临界碰撞间隙的均值与方差的计算方法。人工地震动的非线性时程分析结果验证了本文算法的正确性。参数分析表明,临界间隙随邻跨长度比增大而增大,随支座屈服力与上部结构重量比值减小而增大,随隔震支座屈服位移增大而增大,随桥墩振动周期增大而增大。隔震支座屈服前后刚度比值对临界间隙大小影响很小。