基于分层生成对抗网络的短临降水预报方法研究

本文使用深度学习方法中的生成对抗网络(GAN)来提升短临降水预报的准确率,提出了一个基于历史雷达回波图序列预测未来雷达回波图序列的分层生成对抗网络(HGAN)方法。HGAN方法由全局生成器和局部鉴别器两部分组成,全局生成器以多子网的层次结构构建,采用上采样过程训练模型,捕捉雷达回波的演变趋势,有利于生成清晰的未来雷达回波图。局部鉴别器根据局部区域将预测的雷达回波图与观测的雷达回波图区分开,并引入缓冲区机制,保存历史预测序列,使最终预测的结果更加符合时序性。两者以对抗的方式加以训练,得到的模型能够生成足够清晰且接近真实的未来雷达回波序列,对于回波强度极值和范围的刻画更为准确。对HGAN和GAN进行测试集检验及个例分析,分析结果验证了HGAN对雷达回波预测的有效性。同时在检验反射率阈值相同的情况下,HGAN的临界成功指数命中率高于GAN,而虚警率低于GAN,且在相同预测时长下,HGAN结构相似性指数(SSIM)优于GAN。

奥运青岛帆船赛场气象服务关键技术分析

帆船比赛是与气象关系最密切的比赛项目。以青岛 8,9月份的天气为分析、预报的对象 ,在深入分析及参照悉尼 2 0 0 0年奥运气象服务的预报技术组成、实施方法与技术要求的基础上 ,分析讨论了青岛奥运帆船比赛气象服务体系中关键性环节的技术要求与技术构成。主要研究问题包括 :( 1 ) GIS青岛气象资料预报服务系统 ;( 2 )青岛地区站点的布设及资料观测系统 ;( 3 )

2003年12月19日日本海极地低压个例的观测研究

为进一步认识冬季灾害性天气 ,利用尽可能多的观测资料对 2 0 0 3 12 19～ 2 0日在日本海北部发生的 1个中α尺度的极地低压进行了研究 ,并对其时空结构进行了详细分析。该极地低压于 19日 11UTC在 1个天气尺度的低压后部形成 ,2 0日 0 8UTC消亡在日本以东洋面上 ,持续时间约为 2 0h以上 ,卫星云图显示其成熟阶段出现了罕见的“双眼壁”结构。利用高分辨率的NCEP (NationalCentersforEnvironmentalPrediction)的FNL(FinalAnalyses)资料的分析发现 ,来自欧亚大陆的冷空气侵入到日本海上空相对暖的空气中并相互扭缠在一起 ,为极地低压的发展提供了有利的条件 ,在成熟阶段极地低压中心出现了“暖心”结构。

一次黄海海雾事件的观测与数值模拟研究——以2004年4月11日为例

利用各种观测资料和RAMS(RegionalAtmosphericModelingSystem)模式 4.4版对 2 0 0 4年 4月 11日发生在黄海海域的一次海雾事件进行了研究。利用GOES(GeostationaryOperationalEnvironmentalSatellite) 9和NOAA(NationalO ceanicandAtmosphericAdministration) 14可见光卫星云图对海雾的发生范围、演变过程等进行了描述 ,并对海雾发生前的大气背景场和气海温差场进行了分析 ;利用青岛和韩国济州岛 2个站的探空资料对海雾发生时低层大气的稳定度进行了分析 ;利用RAMS模式对本次海雾事件进行了模拟 ,并计算了大气的水平能见度分布。计算结果与卫星云图所显示的雾区范围分布吻合很好。

渤海灾害性海浪特征分析

渤海是我国的北方内海,海洋捕捞、海上航运、石油平台等海洋生产活动频繁,几乎每年都有由灾害性海浪引起的海难事件发生,造成较大的经济损失和人员伤亡。利用渤海周边10个波浪观测站40余年的海浪观测资料,进行了灾害性海浪特征分析和海浪致灾原因分析,给出了渤海灾害性海浪的时、空变化和分布特征,并对海浪灾害致灾原因进行天气学分析。结果表明:渤海灾害性海浪季节和区域特征明显,冬季多发于渤海海峡和莱州湾,一般强度较强;夏季多发于辽东湾和渤海湾,强度较弱。

小麦岛附近海域表层沉积物重金属分布特征及环境评价

利用等离子质谱仪(ICP-MS)对青岛市小麦岛附近海域28个表层沉积物中重金属元素Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni的含量进行了测定,平均值分别为17.9 mg.kg-1、56.5 mg.kg-1、29.8 mg.kg-1、0.12 mg.kg-1、61.1 mg.kg-1、26.5 mg.kg-1。各重金属元素的空间分布趋势较为一致,低值主要分布在研究区的中部,高值主要分布在研究区两侧,沉积物粒度是影响其分布的重要因子。潜在生态风险危害评价结果表明,所有站位的单个重金属参数Eri全部低于40,生态综合风险指数(R)I均不超过150,研究区整体为轻微生态风险水平。综合地质累积指数和沉积物质量基准评价结果,除Pb、Cr和Ni受人类活动影响明显,其他元素在底质沉积物中基本不构成污染。底质沉积物中的重金属累积尚未对附近海域的生态环境构成不良影响,小麦岛周围海域生态环境状况良好。

奥运青岛帆船赛的有碍天气的基本特征分析

为了适应 2 0 0 8青岛奥运帆船比赛气象保障以及建设青岛国际水上赛事基地的需要 ,着重进行了如下问题的分析讨论 :( 1 )青岛 8,9月份近岸区域风速<3 m/ s天气的日变化特征及其与海 /陆风环流发展的关系分析 ;( 2 )青岛 8,9月份对流性降水过程特征及与之相关的阵性风 ;( 3 )上述天气现象的定时、定点。

基于海上试验对海上漂移物运移轨迹影响因素的分析

为了提高现有的海上搜救和绿潮漂移预测模型的预报精度,在2011年7月20日进行了一次落水人员、绿潮和无动力船漂移预测的海上试验。通过分析这三种海上漂移物运移轨迹的实验数据,确立了落水人员、绿潮、以及无动力船在海上漂移轨迹的主要影响因素。实验结果表明,落水人员和绿潮的漂移轨迹比较一致,基本都受限制于海流运动。其中,落水人员相较于绿潮来说受到潮流的作用比较大,风对绿潮的影响相比对落水人员的影响大。无动力船的漂移轨迹与落水人员和绿潮的漂移轨迹略有不同,受潮流往复作用较小。根据海上实验的结果,我们重新确立了搜救模型的中海流和风应力的参数,使得搜救模型的模拟结果更吻合于实验数据。

岛屿地形对极地低压和热带气旋发展的线性理论模型和观测资料分析

基于轴对称和热成风平衡系统,研究了柱坐标系中的线性涡旋动力学方程组的初值问题,分析了岛屿地形对极地低压和热带气旋类涡旋的影响,同时分析了感热和潜热,摩擦和地形在极地低压和热带气旋类涡旋的强度和结构演变中的作用.通过对地形影响下的流体运动的径向和法向速度,以及垂直速度和流体运动的不稳定增长率的分析指出,流动和地形的相互作用对极地低压和热带气旋类系统的强度和结构演变起着非常重要的作用.在岛屿山脉地形的迎风坡上,地形强迫的径向入流气流和垂直上升运动有利于极地低压和热带气旋类涡旋的加强和发展,有利于加强流体的不稳定增长率.但是,在山脉地形的背风侧,地形强迫的径向入流气流和垂直下沉运动,有利于极地低压和热带气旋类涡旋的减弱和消亡,有利于减弱流体的不稳定增长率.同时,基于气象观测资料分析了2003年12月19日发生在日本海上的一次极地低压生消和演变过程,所得到的观测事实和理论分析具有较好的一致性,并在此基础上讨论了极地低压和台风涡旋,斜压背风涡旋和斜压锢囚涡旋的生消机制和演变特征的异同.

2004年11月南大洋上一对气旋的结构分析

利用各种观测资料,包括美国国家环境预报中心发行的FNL(Final Analysis)资料和GOES-9(Geostationary Operational Environmental Satellite)红外卫星云图资料,对2004年11月15日至25日中国"雪龙"号南极科学考察船穿越南半球西风带时对其影响最大的一对气旋M和N进行了研究.首先对天气背景进行了介绍,并利用FNL资料和卫星云图对气旋对的演变过程进行了描述,最后对这对气旋的垂直结构进行了分析,发现气旋M具有明显的暖心结构,斜压性较弱,而气旋N有不太明显的暖心结构,在其上空有明显的螺旋云团,斜压性较强.

北太平洋风暴轴的三维空间结构

文中利用最新的0.5°×0.5°分辨率QuikSCAT(Quik Bird Satellite Microwave Scatterometer Sea Winds Data)海面风场资料、NCEP(National Center for Environmental Prediction)的10m高度风场资料和全球客观再分析资料,对1999—2005年冬季(1月)和夏季(7月)北太平洋风暴轴的三维空间结构进行了分析,发现冬季北太平洋风暴轴的强度较强,呈明显的纬向拉伸带状分布特征,位置偏南。夏季北太平洋风暴轴的强度较弱,位置偏北。根据不同高度上位势高度方差的水平分布特征,绘制了北太平洋风暴轴的三维结构示意图。利用高分辨率QuikSCAT资料对风暴轴特征的刻画更为细致,不但验证了Nakamu-ra在南大洋发现的双风暴轴现象,而且还发现在北太平洋和北大西洋下层分别存在"副热带风暴轴"和"副极地风暴轴"两个风暴轴。对1999—2005年冬季北太平洋气旋和反气旋的移动路径进行的统计分析,为北太平洋"双风暴轴"的存在提供了强有力的证据。

2002年7月15日华北地区酷热事件的诊断分析

为开展对高温酷热天气事件的研究 ,根据 2 0 0 2年 7月 15日我国华北大部分地区出现地面气温 >40℃的酷热天气 ,利用已有的各种观测资料 ,对酷热事件发生前和发生时的地面和高空天气形势进行了分析 ,并详细讨论了各物理量的时空分布情况。热力学方程各项因子的诊断分析表明 ,此次“酷热”事件是由于温度平流、温度垂直输送和非绝热加热 3个因子共同作用的结果。

2005年12月上旬山东半岛暴雪的观测与数值模拟研究

利用NCEP(National Centers for Environmental Prediction)的FNL(Final Analyses)资料、红外卫星图像、中分辨率成像光谱仪MODIS(Moderate-Resolution Imaging Spectrometer)图像以及位于烟台的Doppler雷达图像,对2005年12月3日～8日发生在山东半岛的暴雪进行了观测和数值模赔分析。天气形势分析表明:高空冷涡从西北方向持续不断地向山东半岛输送冷空气。此次暴雪过程中,渤海海水温度异常偏高,平均海温在11℃左右,远高于气候平均值8.2℃,表明渤海对过境冷空气的增温增湿作用是此次暴雪形成的重要原因,山东半岛的复杂地形对降雪带分布也有重要影响。降雪地点、持续时间、降雪量以及雪带方向等主要特征都被美国宾夕法尼亚州立大学和美国大气研究中心联合研制的中尺度模式(MM5)较好地模拟再现。模拟结果分析表明:此次暴雪过程属于浅对流过程,主要集中在对流层低部。

青岛两次极端高温天气成因分析

本文从天气学角度分析青岛历史上两次极端高温过程的特点 ,发现青岛出现极端温度两次过程有共同的特性 :都发生在厄尔尼诺当年 ,都是大陆深厚暖高压控制 ;低空有强而持久的暖中心 ;高空为较强的下沉运动 ,有利于下沉增温 ;高低层相对湿度小 ,天气晴好 ,有利于太阳辐射地面增温 ;地面北风场 ,有利于大陆高温热风南袭。这些是促成高温过程的重要原因。

南大洋夏季气旋的统计特征

为增加对南半球气旋及爆发性气旋的理解,利用美国国家环境预报中心NCEP(National Centers for Environmental Prediction)提供的1(°)×1(°)FNL格点资料对南大洋2004~2007年3个夏季(12,1,2月)热带地区以外的气旋及爆发性气旋的位置及路径等特征进行统计分析,发现1月份为南大洋夏季气旋与爆发性气旋发生发展的高峰月,55°S^70°S为气旋分布最大值区,较多的气旋生成于南美洲东部、南极半岛附近,而爆发性气旋则大多生成于澳大利亚大陆西南50°S^60°S内,南极半岛东北部以及20°E,60°E附近,并且随着夏季向秋季过渡,南大洋气旋位置分布逐渐向高纬度集中。南大洋夏季气旋及爆发性气旋路径走向大多为东-东南走向,个别为东北走向。南大洋夏季气旋生命周期平均为2~6 d,水平尺度平均约为1000 km,爆发性气旋一般维持在1周左右,水平尺度平均约为3000 km。特殊的地理环境使得南大洋气旋具有发生频率高、中心气压值低、水平尺度大等特点。

WRF模式在“大洋一号”随船预报中的应用

首次使用WRF模式对"大洋一号"科考船第二十六航次第二航段大西洋工作海区进行了风场和气压场数值预报,并对预报结果与实况资料进行了对比分析。结果表明,在资料稀少的大洋科考工作海区,WRF模式预报的天气形势变化与实况完全吻合,其定点的风速、风向和气压预报误差都比较小。尤其是风场能较好的反映出北大西洋10 m风的变化趋势,可以有效弥补大洋科考海区资料短缺的不足。根据WRF模式数值预报图做出的主观预报与船测实况吻合程度较高,为大洋科考海区风场预报提供了一种新的途径,为今后开展大洋考察工作海区精细化业务预报打下基础。

海洋环境观测预报技术需求与“十三五”发展重点——以北海区为例

发展海洋环境观测预报技术是认识海洋、开发海洋的一项基础性工作,是发展海洋经济、开发海洋资源的必然要求,具有迫切的国家需求。我国提出了建设海洋强国的宏伟目标,在新的形势下如何进一步提升我国海洋环境观测预报技术水平及业务应用能力,满足海洋事业全面发展的迫切需求,值得我们深入思考和研究。以我国北海区为例,概述了我国海洋环境观测预报技术体系的发展现状,指出了面临的突出技术问题,据此提出了"十三五"期间我国海洋环境观测预报发展的重点,主要包括:数据考古、研发新型观测技术与装备、推动新型观测技术的业务应用、发展智能化的海洋观测数据管理技术、海洋环境组网观测、海洋环境预报精细化、加强国际合作、产学研用结合的业务化支撑体系建设等方面。

对2005年12月4日日本海极地低压的个例分析

利用GOES(Geostationary Operational Environmental Satellite)-9红外卫星云图和NCEP(National Centers for Environmental Prediction)发行的FNL(Final Analyses)客观分析资料以及潜热通量资料,对2005年12月4日发生在日本海上空的1个极地低压的时空特征进行了研究。首先根据卫星云图特征,对该极地低压的演变过程进行了分析,可以划分为初始、发展、成熟和衰亡4个阶段。极地低压发展前,大气的斜压性较强,高空伴随有很强的冷平流。在卫星云图上,成熟时的极地低压伴随有螺旋云系,并有明显的眼区,眼区为无风区,且眼区中心附近有很强的上升气流。该极地低压具有暖心结构,眼区周围的气压梯度很大,大风区位于低压中心的西侧。在极地低压发展和成熟阶段,其中心附近的潜热通量可达到220Wm2。

东太平洋克拉里昂-克利帕顿断裂区多金属结核保留区的气象状况和预报规律

为保障我国大洋矿产资源的勘探和开采,文章根据我国于2017年对东太平洋克拉里昂-克利帕顿断裂区多金属结核保留区开展首次调查的志愿船观测数据,结合实际天气和预报过程,在对观测数据进行处理和分析的基础上,总结调查期间该保留区的气象状况和预报规律。研究结果表明:受冷高压及其外围的影响,保留区风向和风速变化较大,在预报过程中须实时关注冷空气的中心位置、走向和持续时间,适时调整作业方案;保留区气压与天气系统吻合较好,气温和湿度受降水影响,且降水频繁;除10月可能受到飓风影响外,保留区11月风速通常比10月大。

海域使用论证中现状资料归档和信息化管理的建议

对用海项目进行海域使用论证工作,可以科学使用海域,保证海洋资源合理开发利用,使经济效益、社会效益和环境效益相统一,促进海洋经济的可持续发展。目前项目海域使用论证的现状资料在归档工作中存在不及时、不完整的问题;此外,我国海洋数据交流渠道不畅,信息共享困难,来之不易的海域现状资料没有进行有效的信息化管理,亟须利用的部门很难及时获取到有效数据:因此海域现状资料的归档和信息化管理尤为重要。为解决存在的问题,文章以工程实例来说明资料完整归档情况,并提出了几点建议。以期为同行提供参考,为我国海域使用论证工作水平的提高作出贡献。