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基于图卷积记忆网络对珠海臭氧时空预测
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作者 孙磊 蓝玉峰 +6 位作者 梁秀姬 孙弦 聂会文 苏烨康 贺芸萍 王静 夏冬 《中山大学学报(自然科学版)(中英文)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期48-59,共12页
臭氧(O_(3))已成为影响珠三角(乃至广东)空气质量达标的首要因素。数据驱动的统计模型(较数值模式)虽展现出改进的预报能力,但多数未能解析站点数据(非欧结构)之间的空间依赖性。本文基于珠海市6个环保国控站及其周边气象站监测数据,通... 臭氧(O_(3))已成为影响珠三角(乃至广东)空气质量达标的首要因素。数据驱动的统计模型(较数值模式)虽展现出改进的预报能力,但多数未能解析站点数据(非欧结构)之间的空间依赖性。本文基于珠海市6个环保国控站及其周边气象站监测数据,通过构建时空协同的图卷积记忆网络(GCN-LSTM)开展多站点未来3天逐小时O_(3)质量浓度预报。结果表明:GCN_LSTM在不同预报时效均准确还原了O_(3)的年、季节和昼夜变化特征,但对日变化的预报技巧随预报时效增加下降明显。通过与业务数值模式(GRACEs)和长短期记忆网络(LSTM)对比发现:GCN-LSTM表现最优,其72 h预报时效内RMSE和R均值分别为27.13μg/m^(3)和0.64,LSTM表现次之(RMSE=28.44μg/m^(3);R=0.61),而GRACEs与统计模型存在明显差距(RMSE=40.93μg/m^(3);R=0.33)。此外,相较于LSTM,GCN-LSTM全局考虑所有站点及其之间的相互联系,不仅将计算速度提高了71%,而且在不同站点的表现也更为优秀和稳定,同时捕捉秋季O_(3)污染事件的能力也有所提高。最后,敏感性实验揭示出考虑相关性较高的变量作为预报因子可以提高模型能力。 展开更多
关键词 臭氧 时空预报 机器学习 图卷积记忆网络
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Short-Term Wind Speed Forecasts over the Pearl River Estuary:Numerical Model Evaluation and Deterministic Post-Processing
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作者 SUN Xian SUN Lei +4 位作者 LIANG Xiu-ji SU Ye-kang HUANG Wen-min KANG Hong-ping XIA Dong 《Journal of Tropical Meteorology》 2024年第4期390-404,共15页
The Pearl River Estuary(PRE)is one of China’s busiest shipping hubs and fishery production centers,as well as a region with abundant island tourism and wind energy resources,which calls for accurate short-term wind f... The Pearl River Estuary(PRE)is one of China’s busiest shipping hubs and fishery production centers,as well as a region with abundant island tourism and wind energy resources,which calls for accurate short-term wind forecasts.First,this study evaluated three operational numerical models,i.e.,ECMWF-EC,NCEP-GFS,and CMA-GD,for their ability to predict short-term wind speed over the PRE against in-situ observations during 2018-2021.Overall,ECMWF-EC out-performs other models with an average RMSE of 2.24 m s^(-1)and R of 0.57,but the NCEP-GFS performs better in the case of strong winds.Then,various bias correction and multi-model ensemble(MME)methods are used to perform the deterministic post-processing using a local and lead-specific scheme.Two-factor model output statistics(MOS2)is the optimal bias correction method for reducing(increasing)the overall RMSE(R)to 1.62(0.70)m s^(-1),demonstrating the benefits of considering both initial and lead-specific information.Intercomparison of MME results reveals that Multiple linear regression(MLR)presents superior skills,followed by random forest(RF),but it is slightly inferior to MOS2,particularly for the first few forecasting hours.Furthermore,the incorporation of additional features in MLR reduces the overall RMSE to 1.53 m s^(-1)and increases R to 0.74.Similarly,RF presents comparable results,and both outperform MOS2 in terms of correcting their deficiencies at the first few lead hours and limiting the error growth rate.Despite the satisfactory skill of deterministic post-processing techniques,they are unable to achieve a balanced performance between mean and extreme statistics.This highlights the necessity for further development of probabilistic forecasts. 展开更多
关键词 Pearl River Estuary wind speed forecast numerical model evaluation bias correction multi-model ensemble
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两种空气质量数值模式的应用评估与集合改进研究 被引量:3
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作者 孙弦 孙磊 +4 位作者 聂会文 梁秀姬 苏烨康 王静 夏冬 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2023年第3期361-373,共13页
利用2018—2019年国控站观测,评估CAMx和CMAQ模式对广东珠海主要污染物时空分布与演变特征的预报能力,并引入多元线性回归和随机森林方法对预报结果进行集成,探究不同集合方法的改进能力。结果表明:CMAQ在各污染物浓度季节-日变化方面... 利用2018—2019年国控站观测,评估CAMx和CMAQ模式对广东珠海主要污染物时空分布与演变特征的预报能力,并引入多元线性回归和随机森林方法对预报结果进行集成,探究不同集合方法的改进能力。结果表明:CMAQ在各污染物浓度季节-日变化方面明显优于CAMx,但两者存在明显系统偏差,并对多数污染物(除O_(3)之外)的昼夜和空间变化的模拟能力仍存在明显缺陷。例如,CMAQ合理地还原了CO、PM_(2.5)、PM_(10)、SO_(2)、O_(3)和NO_(2)的季节变化,相关系数介于0.72~0.84,但NMB分别达到-0.58、-0.18、-0.30、1.52,-0.16和-0.20,RMSE分别达到0.40 mg/m^(3)、6.86、16.02、10.71、25.05和10.21μg/m^(3)。同时,基于不同污染物构建的两种集合方法均有效移除了系统偏差,加强了CMAQ的模拟优势,并且随机森林方法明显优于多元线性回归,但两者均对模式缺陷无明显改进。进一步分析发现,CMAQ与CAMx模型的重要性基本相当,表明集合方法的预报能力与集合成员的线性偏差无关,主要取决于不同成员的代表性。最后,本研究揭示以随机森林为代表的集合方法虽有效提高了污染物的预报能力,但改进数值模式自身能力和增加具有代表性的集合成员对预报水平的进一步提升十分关键。 展开更多
关键词 空气质量模式 应用评估 集合方法 随机森林
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珠海市沿海码头风暴增水及最高潮位情景预测
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作者 孙弦 王静 +4 位作者 夏冬 聂会文 高斯 苏烨康 吴志棚 《广东气象》 2022年第6期6-10,共5页
为进一步评估和预测台风对珠海市沿海码头风暴增水的影响,提高珠海市应对台风次生灾害的科学防御能力,基于历史台风个例资料,利用风暴潮增水模型和天文潮调和分析预报模型,构建以珠海九洲港码头为对象的百年一遇风暴增水和天文潮情景。... 为进一步评估和预测台风对珠海市沿海码头风暴增水的影响,提高珠海市应对台风次生灾害的科学防御能力,基于历史台风个例资料,利用风暴潮增水模型和天文潮调和分析预报模型,构建以珠海九洲港码头为对象的百年一遇风暴增水和天文潮情景。结果表明:风暴潮增水模型和天文潮调和分析预报模型均可以很好地模拟风暴潮和天文潮。基于重现期的计算结果构建出未来可能出现的最大台风,通过不同路径的模拟,发现台风移动方向越接近正北,风暴增水越大;当中心最低气压和中心附近最大风速设为100年一遇的值时,最大风暴增水为5.1 m,且码头北侧增水要比南侧增水更大;叠加最高天文潮位预测值(1.4 m),得出未来100年沿海码头的最高潮位可能达6.5 m。 展开更多
关键词 海洋气象 风暴增水 最高潮位 重现期 情景预测 沿海码头 珠海市
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