全耦合空气质量预报模式系统

介绍了正在研发的全耦合空气质量预报模式系统,以及目前全耦合空气质量预报模式的不足,包括稳定边界层参数化方案、新粒子生成机制及其增长过程、二次有机和无机气溶胶形成过程、污染源追踪技术、自适应网格空气质量模式、模式初值优化以及动态污染源反演等。     

西安空气质量预报系统业务运行评估

利用2014年8月至2015年1月西安市环保局实况监测数据、西安空气质量预报系统(XAWRF-CMAQ)预报产品及国家气象中心空气质量预报指导产品,按照中国气象局发布的《城市空气质量预报检验评估和考核办法(试行)》对XAWRF-CMAQ进行业务运行评估。结果显示:在评估时段内,XAWRF-CMAQ空气质量预报考核评分为61.1,空气质量预报准确性评分为71.0,重污染预报能力评分为0.36,达到中国气象局的要求。另外,XAWRF-CMAQ的预报结果对粗颗粒物存在一定程度的偏低估计,这可能是由于系统对颗粒物排放估计偏低所引起。     

西安空气质量预报系统及检验

介绍了西安地区空气质量预报业务系统WRF-CMAQ及其预报产品,该系统主要包括:气象模式WRF(Weather ResearchForecasting Model)、稀疏矩阵排放源模式SMOKE(Sparse Matrix Operator Kernel Emissions)以及公用多尺度空气质量模式CAMQ(Community Multi-scale Air Quality Model)。初步检验表明:系统的预报结果处于合理范围,24h内对PM2.5和PM10的逐小时模拟质量浓度与实况的相关系数达到0.6以上,能够满足业务需求。     

分布式水文模型的GPU并行化及快速模拟技术

分布式水文模型对流域水文过程的应用深度及广度不断加深,常与数值天气及气候预报相结合,面临巨大的计算量。近年来GPU技术的进步使普通电脑能够实现高效而又廉价的并行计算。提出了资料插值、单元产流以及单元汇流采用GPU并行计算,马斯京根法河道汇流采用一种非并行的递归方法。基于笔记本电脑和NVIDIA GPU/CUDA结合C#语言,由分布式新安江模型在沂河流域的模拟应用表明,降水量空间插值及新安江产流的并行执行效率为普通CPU上C#的8~9倍。使用直接递归法实现马斯京根汇流演算比以往采用汇流次序表的执行效率提升0.5~0.9倍。     

一种基于横向或纵向扫描线处理的填洼算法

针对传统PlanchouDarbous算法采用递归执行方式导致处理效率低下等问题,该文提出了一种适合基于CUDA的GPU并行执行的DEM洼地填充算法。此算法采用淹没-排水思路,多次推进式扫描完成排水;在串行执行和并行执行两种方式下,算法处理有所差异,其中串行算法代码更短;串行算法的时间复杂度为O(n),测试结果表明串行执行时快于PlanchonDarboux算法,且在CUDA环境下的并行执行用时不到串行执行用时的一半。算法思路简单,易于编程实现。     

国产微景一号小卫星影像的城市裸地识别应用

低成本微小卫星及其星座组成是近年来卫星遥感领域发展的重要方向之一,可有效弥补单一卫星过境频次过少和组网成本过高的问题.遥感卫星监测具有覆盖面广、不易受人为干扰的优点,是生态环境领域获取裸地信息的重要手段.该文基于国产微景系列低成本微小卫星的遥感影像数据开展了城市裸地识别的探索性研究,并将其结果与美国陆地系列卫星(Lan...     

蒙特卡罗不确定性分析在O3模拟中的初步应用

利用蒙特卡罗不确定性分析方法,分析了嵌套网格空气质量模式系统(NAQPMS/IAP)中154个模式输入变量不确定性对臭氧模拟的影响,量化了模式在北京奥运会期间臭氧模拟的不确定性,并确定出了主要不确定性因子。结果表明:(1)在奥运会期间(2008年8月8日～2008年8月24日),北京城区臭氧模拟的平均不确定性为19ppb,不确定性存在明显的日变化特征,白天不确定性大,夜间不确定性小。(2)在白天,北京城区近地层臭氧模拟最重要的不确定性来源是局地前体物排放,其次是NO2光解系数、风向、北京周边前体物排放和垂直扩散系数。另外,地面约150m以上,对臭氧模拟影响最大的不确定性因子是风向和北京周边前体物排放;夜间,北京城区近地层臭氧模拟的最大不确定性来源是局地NOx排放和垂直扩散系数。     

北京奥运会期间CBM-Z化学机制的模拟应用

利用CBM-Z化学机制模拟了中国科学院大气物理研究所气象塔站在北京奥运会期间高臭氧时段O3浓度的日变化,评估了气象条件、北京奥运会加强控制措施以及O3前体物浓度对近地面O3生成的影响。结果表明:(1)CBM-Z化学机制较好地模拟了北京奥运会期间典型时段气象塔站O3、NO、NO2日变化特征。(2)有利于局地高臭氧事件发生的气象条件非常相似;北京奥运会加强控制措施的实施显著减少了NOx及VOCs的排放量,导致近地面O3浓度的明显下降。(3)奥运会期间VOCs和CO是影响气象塔站O3生成量的关键因素。     

1960年以来新疆地区蒸发皿蒸发与实际蒸发之间的关系

利用中国新疆地区1960-2005 年109 个设有蒸发皿蒸发观测的常规气象站资料, 并结 合不同驱动场和不同陆面模式的模拟结果, 对蒸发皿蒸发及模拟的实际蒸发的年、各个季节 的变化及其它们的相互联系进行了详细的分析和讨论。结果发现, 在过去的46 年里, 年蒸发 皿蒸发总体上都表现为明显的下降趋势, 而实际蒸发在总体上显著上升, 与蒸发皿蒸发的变 化趋势相反。在80 年代中后期, 蒸发皿蒸发、实际蒸发和降水的转折点(1986 年) 一致, 进 一步说就是无论在转折点的前后, 降水增加的转折性变化与模拟的实际蒸发的转折性增加变 化一致, 而与蒸发皿蒸发减小的转折性变化相反, 这表明, 在新疆地区, 蒸发皿蒸发和实际 蒸散之间具有相反的变化关系, 这支持Brutsaert and Parlange 提出的蒸发皿蒸发和实际蒸散 之间具有互补相关关系(变化趋势相反) 的理论。分析气温、降水、湿度、云量和日照时数等 环境变量的变化趋势发现： 降水、云量等表征大气中水分特征的变量表现为明显的上升趋势, 这也间接的证明了蒸发皿蒸发和实际蒸散之间存在相反的关系, 而与各个环境变量之间相关 系数的分析则表明, 气温日较差、风速、低云量和降水是与蒸发皿蒸发和实际蒸发关系最紧 密的环境因子, 它们的变化可能是导致蒸发皿蒸发和蒸散量变化的原因。     

准全球陆表干旱严重程度的多传感器遥感监测方法研究

在全球气候变暖的背景下,持续的干旱事件将对生态系统和人类社会产生不利影响。尽管存在多源卫星遥感资料及多种干旱指数,然而区域和全球尺度干旱事件的监测仍具有挑战。采用TRMM（Tropical RainfallMeasuring Mission）数据量化降水异常、MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）和陆表温度（Land Surface Temperature,LST）数据表征植被生长异常,构建了一种兼顾降水异常和植被生长状况异常的多传感器陆表干旱严重程度指数（Multi-sensorsDrought Severity Index,MDSI）。结果表明:MDSI 能够准确检测准全球范围（50°S～50°N,0°～180°～0°）的气象干旱事件,如亚马逊流域2005 和2010 年干旱、中国川渝地区2006 年干旱、中国云南2010 年干旱、非洲东部2011 年干旱、2012 年美国中部干旱等;MDSI 与PDSI（Palmer Drought Severity Index）呈现出大致相同的干湿空间格局,并且MDSI 有助于湿润地区干旱程度的检测。