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基于WRF模式的好溪流域致洪暴雨千米尺度预报研究 被引量:1
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作者 贾彦方 吴志勇 +3 位作者 李源 何海 欧剑 汪瑛琪 《水电能源科学》 北大核心 2024年第4期6-9,14,共5页
鉴于好溪流域内多山地和丘陵,梅汛期和台汛期常突发强暴雨,致使其千米尺度下的数值预报难度较大的问题,选取好溪流域2015~2020年的10场致洪暴雨事件,利用中尺度数值天气预报模式WRF和GFS预报数据进行6、30、54 h的回顾性预报,并测试了5... 鉴于好溪流域内多山地和丘陵,梅汛期和台汛期常突发强暴雨,致使其千米尺度下的数值预报难度较大的问题,选取好溪流域2015~2020年的10场致洪暴雨事件,利用中尺度数值天气预报模式WRF和GFS预报数据进行6、30、54 h的回顾性预报,并测试了5种云微物理参数化方案的敏感性。结果表明,在千米尺度下,WRF模式模拟的降雨量偏小,对山区的预报效果优于河谷地区;Lin方案的整体预报效果最佳,而WSM3方案最差;选取的10场极端降水事件受到台风和西南低空急流等异常天气的影响,Lin方案和WSM5方案适用性较好;WRF模式对暴雨的预报效果优于大暴雨。研究结果对于提高山区小流域致洪降雨的模拟和预报精度具有借鉴意义。 展开更多
关键词 暴雨预报 WRF模式 对流解析尺度 异常天气 山区小流域
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基于高分辨率数值预报和深度学习的地面气温预报研究 被引量:1
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作者 李浙华 肖安 郑丽君 《高原气象》 CSCD 北大核心 2024年第2期464-477,共14页
基于2020-2021年的中国气象局(CMA)陆面数据同化系统(CLDAS)逐小时地面气温(T2m)产品,融合CMA上海快速更新循环数值预报(CMA-SH3)的T2m预报数据,构建深度学习语义分割模型(MT-Cunet),实现逐小时滚动更新的24 h T2m网格预报,并对2022年... 基于2020-2021年的中国气象局(CMA)陆面数据同化系统(CLDAS)逐小时地面气温(T2m)产品,融合CMA上海快速更新循环数值预报(CMA-SH3)的T2m预报数据,构建深度学习语义分割模型(MT-Cunet),实现逐小时滚动更新的24 h T2m网格预报,并对2022年预报结果进行了检验评估。结果表明,在研究范围内,MT-Cunet在3~9 h时效订正效果最好,平均MAE和平均RMSE分别降低42.4%、40.89%;10~24 h时效的订正效果较好,平均MAE和平均RMSE分别下降26.7%、26.3%。低温(≤0℃)和高温(≥35℃)事件检验评估表明,MT-Cunet在高温预报整体表现为正偏差,而低温整体为负偏差,但误差幅度远低于CMA-SH3;空间尺度上,MT-Cunet能较大幅度减少复杂地形下的T2m预报误差,降低CMA-SH3的MAE离散度,使预报误差分布较为稳定。通过对2022年2月和3月的区域性增温、寒潮过程分别进行检验评估发现,MT-Cunet能较好预报出增(降)温转折时间和增(降)温幅度。在增温和寒潮过程中,MT-Cunet的MAE比CMA-SH3分别降低28.9%和33.8%,表明MT-Cunet模型在转折性天气过程中同样具有较好的预报能力。因此,利用可以快速增加预报样本数量的快速更新循环数值预报,经过语义分割深度学习模型客观方法订正,就能较大幅度降低数值模式预报误差,解决常规数值预报由于数据量太少,深度学习训练效果较差的问题,这对充分利用国产模式资源,更广泛地开展国产模式后处理和应用提出了一个新的思路。 展开更多
关键词 CMA-SH3 CLDAS 2 m地面温度 偏差订正 深度学习
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基于深度学习的火星12小时全球尘埃分布预测
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作者 何泽锋 张杰 +1 位作者 盛峥 唐满 《地球与行星物理论评(中英文)》 2024年第4期479-492,共14页
火星沙尘暴对大气结构影响深远,对火星着陆器构成多重风险,并极大地影响探测仪的精度,因此对沙尘暴进行准确的短期预测对未来的火星探测任务极为重要.然而,传统的统计分析无法准确捕捉沙尘的变化规律.本文展示了Conv-GRU-Seq2Seq模型可... 火星沙尘暴对大气结构影响深远,对火星着陆器构成多重风险,并极大地影响探测仪的精度,因此对沙尘暴进行准确的短期预测对未来的火星探测任务极为重要.然而,传统的统计分析无法准确捕捉沙尘的变化规律.本文展示了Conv-GRU-Seq2Seq模型可以充分利用数据实现全球沙尘12小时预报.研究发现,考虑多个相互关联的气象要素,尤其是风场,并考虑季节性变化,可以提高预报的准确性.与最初的ConvGRU模型相比,加入Seq2Seq结构后,MSE降低了85.3%,MAE降低了75.07%.在比较的六个模型中,ConvGRU-Seq2Seq模型的测试性能最好,MSE、MAE和R2值分别为8.73×10^(-4)、13.48×10^(-3)和98.12×10^(-2).该模型的预测性能稳定可靠,误差空间分布更加集中准确.本文实现了12小时内快速变化的沙尘活动预报,MAPE小于10%.该研究首次提出了火星沙尘暴短期预报的深度学习模型,为未来的火星探测任务提供了重要的气象保障. 展开更多
关键词 大气 火星尘埃 深度学习 预测
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山东近15年首场区域性暴雨物理量特征诊断分析
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作者 刘洁 邹大伟 邓荣蒙 《河南科学》 2024年第4期529-536,共8页
利用近15年(2008—2022年)资料对山东首场区域性暴雨进行分析,结果表明:①山东首场区域性暴雨均发生在4—6月,发生在鲁中、鲁南的概率最大.②影响系统主要有三类,以温带气旋暴雨最多,其次是低涡切变线暴雨和低槽冷锋暴雨.③首场区域性... 利用近15年(2008—2022年)资料对山东首场区域性暴雨进行分析,结果表明:①山东首场区域性暴雨均发生在4—6月,发生在鲁中、鲁南的概率最大.②影响系统主要有三类,以温带气旋暴雨最多,其次是低涡切变线暴雨和低槽冷锋暴雨.③首场区域性暴雨发生时,700、850、925hPa比湿分别在7.33、9.97、11.6g/kg左右,绝对水汽条件弱于常规区域性暴雨,但湿层深厚;850 hPa假相当位温在60℃左右,能量条件弱于常规区域性暴雨;700和850 hPa有19.5和17.1m/s的低空急流,动力条件强于常规区域性暴雨.综合利用以上条件和数值模式预报结果,可以对数值模式的降水量级进行有效订正. 展开更多
关键词 首场区域性暴雨 水汽条件 能量条件 动力条件
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基于漂浮式测风激光雷达观测数据的海上预报风速订正
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作者 易侃 李肖雅 +6 位作者 朱碧泓 顾晨 王浩 于淼 王彩霞 王言哲 杨靖文 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期226-236,共11页
本文阐述了海上漂浮式测风设备对数据的测量方式和校准方法后,利用三部漂浮式测风激光雷达50、80和100m三个高度的风速数据,对同地点和高度的GFS全球天气预报模式的风速数据进行预报订正。结果表明,直接采用滑动自适应权重的Kalman滤波... 本文阐述了海上漂浮式测风设备对数据的测量方式和校准方法后,利用三部漂浮式测风激光雷达50、80和100m三个高度的风速数据,对同地点和高度的GFS全球天气预报模式的风速数据进行预报订正。结果表明,直接采用滑动自适应权重的Kalman滤波方法产生累积的滞后平均偏差对风速进行订正的结果并不理想,统计发现通过降低预报订正公式中的滞后平均偏差项的比值,可以获得更好的标准偏差结果。滞后平均偏差比值减小至0.1~0.5后经Kalman滤波方法订正后的风速标准偏差整体要低于订正前的风速标准偏差,其中最佳的比值为0.3。利用这一滞后偏差比值对三部雷达不同预报时刻和预报时效的风速样本组进行订正后发现,除了个别数据样本组外,超过90%数据样本组的风速标准偏差较订正前是减小的。经改进的算法订正后各高度层风速预报值的改善率大致在5~20%范围内。 展开更多
关键词 漂浮式测风激光雷达 设备性能 偏差订正方法 预报改善率
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Advances in Deep-Learning-based Precipitation Nowcasting Techniques
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作者 ZHENG Qun LIU Qi +1 位作者 LAO Ping LU Zhen-ci 《Journal of Tropical Meteorology》 SCIE 2024年第3期337-350,共14页
Precipitation nowcasting,as a crucial component of weather forecasting,focuses on predicting very short-range precipitation,typically within six hours.This approach relies heavily on real-time observations rather than... Precipitation nowcasting,as a crucial component of weather forecasting,focuses on predicting very short-range precipitation,typically within six hours.This approach relies heavily on real-time observations rather than numerical weather models.The core concept involves the spatio-temporal extrapolation of current precipitation fields derived from ground radar echoes and/or satellite images,which was generally actualized by employing computer image or vision techniques.Recently,with stirring breakthroughs in artificial intelligence(AI)techniques,deep learning(DL)methods have been used as the basis for developing novel approaches to precipitation nowcasting.Notable progress has been obtained in recent years,manifesting the strong potential of DL-based nowcasting models for their advantages in both prediction accuracy and computational cost.This paper provides an overview of these precipitation nowcasting approaches,from which two stages along the advancing in this field emerge.Classic models that were established on an elementary neural network dominated in the first stage,while large meteorological models that were based on complex network architectures prevailed in the second.In particular,the nowcasting accuracy of such data-driven models has been greatly increased by imposing suitable physical constraints.The integration of AI models and physical models seems to be a promising way to improve precipitation nowcasting techniques further. 展开更多
关键词 precipitation nowcasting deep learning neural network classic model large model
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Ingredients-based Methodology and Fuzzy Logic Combined Short-Duration Heavy Rainfall Short-Range Forecasting:An Improved Scheme
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作者 TIAN Fu-you XIA Kun +2 位作者 SUN Jian-hua ZHENG Yong-guang HUA Shan 《Journal of Tropical Meteorology》 SCIE 2024年第3期241-256,共16页
Short-duration heavy rainfall(SHR),as delineated by the National Meteorological Center of the China Me-teorological Administration,is characterized by hourly rainfall amounts no less than 20.0 mm.SHR is one of the mos... Short-duration heavy rainfall(SHR),as delineated by the National Meteorological Center of the China Me-teorological Administration,is characterized by hourly rainfall amounts no less than 20.0 mm.SHR is one of the most common convective weather phenomena that can cause severe damage.Short-range forecasting of SHR is an important part of operational severe weather prediction.In the present study,an improved objective SHR forecasting scheme was developed by adopting the ingredients-based methodology and using the fuzzy logic approach.The 1.0°×1.0°National Centers for Environmental Prediction(NCEP)final analysis data and the ordinary rainfall(0.1-19.9 mm h-1)and SHR observational data from 411 stations were used in the improved scheme.The best lifted index,the total precipitable water,the 925 hPa specific humidity(Q 925),and the 925 hPa divergence(DIV 925)were selected as predictors based on objective analysis.Continuously distributed membership functions of predictors were obtained based on relative frequency analysis.The weights of predictors were also objectively determined.Experiments with a typhoon SHR case and a spring SHR case show that the main possible areas could be captured by the improved scheme.Verification of SHR forecasts within 96 hours with NCEP global forecasts 1.0°×1.0°data initiated at 08:00 Beijing Time during the warm seasons in 2015 show the results were improved from both deterministic and probabilistic perspectives.This study provides an objectively feasible choice for short-range guidance forecasts of SHR.The scheme can be applied to other convective phenomena. 展开更多
关键词 ingredients-based methodology fuzzy logic approach probability of short-duration heavy rainfall(SHR) improved forecasting scheme objectively obtained membership functions
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Multimodel Ensemble Forecast of Global Horizontal Irradiance at PV Power Stations Based on Dynamic Variable Weight
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作者 YUAN Bin SHEN Yan-bo +6 位作者 DENG Hua YANG Yang CHEN Qi-ying YE Dong MO Jing-yue YAO Jin-feng LIU Zong-hui 《Journal of Tropical Meteorology》 SCIE 2024年第3期327-336,共10页
In the present study,multimodel ensemble forecast experiments of the global horizontal irradiance(GHI)were conducted using the dynamic variable weight technique.The study was based on the forecasts of four numerical m... In the present study,multimodel ensemble forecast experiments of the global horizontal irradiance(GHI)were conducted using the dynamic variable weight technique.The study was based on the forecasts of four numerical models,namely,the China Meteorological Administration Wind Energy and Solar Energy Prediction System,the Mesoscale Weather Numerical Prediction System of China Meteorological Administration,the China Meteorological Administration Regional Mesoscale Numerical Prediction System-Guangdong,and the Weather Research and Forecasting Model-Solar,and observational data from four photovoltaic(PV)power stations in Yangjiang City,Guangdong Province.The results show that compared with those of the monthly optimal numerical model forecasts,the dynamic variable weight-based ensemble forecasts exhibited 0.97%-15.96%smaller values of the mean absolute error and 3.31%-18.40%lower values of the root mean square error(RMSE).However,the increase in the correlation coefficient was not obvious.Specifically,the multimodel ensemble mainly improved the performance of GHI forecasts below 700 W m-2,particularly below 400 W m-2,with RMSE reductions as high as 7.56%-28.28%.In contrast,the RMSE increased at GHI levels above 700 W m-2.As for the key period of PV power station output(02:00-07:00),the accuracy of GHI forecasts could be improved by the multimodel ensemble:the multimodel ensemble could effectively decrease the daily maximum absolute error(AE max)of GHI forecasts.Moreover,with increasing forecasting difficulty under cloudy conditions,the multimodel ensemble,which yields data closer to the actual observations,could simulate GHI fluctuations more accurately. 展开更多
关键词 GHI forecast multimodel ensemble dynamic variable weight PV power station
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重庆市长寿区暴雨特征及基于“配料法”的暴雨预报模型研究
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作者 江姣 田凤国 +2 位作者 徐元照 方丽 高松 《沙漠与绿洲气象》 2024年第3期56-62,共7页
利用2011-2018年地面常规观测、高空探测等资料分析重庆市长寿区暴雨特征,研究表征暴雨过程中水汽、动力、热力、不稳定条件的比湿、散度、垂直速度等物理参数及暴雨发生时各物理参数的阈值,构建基于“配料法”的预报模型,并对模型进行... 利用2011-2018年地面常规观测、高空探测等资料分析重庆市长寿区暴雨特征,研究表征暴雨过程中水汽、动力、热力、不稳定条件的比湿、散度、垂直速度等物理参数及暴雨发生时各物理参数的阈值,构建基于“配料法”的预报模型,并对模型进行试用、检验和评估。结果表明:长寿区暴雨多发生在5、9月,影响暴雨的主要天气系统按出现频率自高到低排列依次是高空槽、地面冷锋、西南涡、切变线、低空急流,32.1%的暴雨是在高空槽、切变线、西南涡和地面冷锋的共同作用下产生的,其他天气系统配置下较少产生暴雨。基于“配料法”的主观预报方法准确率较EC提高27%,漏报率较其他模式明显减小,TS评分较EC提高0.15;客观方法准确率较EC提高16%,TS评分较EC提高0.03。 展开更多
关键词 配料法 暴雨 预报指标 模型
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概率匹配订正法在湖北襄阳地区降水预报中的应用
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作者 袁良 谭江红 +1 位作者 闫彩霞 张玉翠 《沙漠与绿洲气象》 2024年第2期92-98,共7页
利用2016—2020年汛期ECMWF模式预报降水与湖北襄阳区域站观测降水进行对比分析,结果表明:ECMWF对中雨及以上降雨的预报,第1、2天预报值偏小,第3天预报值偏大;3个预报时段强降雨中心位置偏差无规律。为更好地对ECMWF产品进行释用,提高... 利用2016—2020年汛期ECMWF模式预报降水与湖北襄阳区域站观测降水进行对比分析,结果表明:ECMWF对中雨及以上降雨的预报,第1、2天预报值偏小,第3天预报值偏大;3个预报时段强降雨中心位置偏差无规律。为更好地对ECMWF产品进行释用,提高汛期降水预报准确率,从概率匹配角度研究了不同降水量级订正值,并对2021年汛期ECMWF降水预报进行逐日检验。结果显示:概率匹配订正法可有效地改善模式预报性能,对中雨及以上降雨预报均有良好的订正效果,尤其对第1天暴雨预报改进最为明显。228站平均的TS评分提高了6%,由11.1%增加到17.1%,漏报情况改良了13.5%,由85.0%降至71.5%。采用该订正法开展定量降水预报,由于增加了当地降雨概率分布的背景信息,能表现出比原模式更高的参考价值。 展开更多
关键词 降水预报 累积概率 概率匹配 模式订正
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短时临近天气预报在气象防灾减灾中的应用与提升措施研究
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作者 汪婵娟 仇丹妮 +1 位作者 胡玉玲 夏露 《中文科技期刊数据库(全文版)自然科学》 2024年第9期0031-0034,共4页
如今全球气候在逐渐恶化,进而影响全球各地灾害性天气出现的频率越来越高。而短时临近天气预报能够提高气象预报的准确性和气象灾害预报预警能力,从而确保天气预报的时效性和针对性,降低灾害性天气造成的影响。基于此,本文将对短时临近... 如今全球气候在逐渐恶化,进而影响全球各地灾害性天气出现的频率越来越高。而短时临近天气预报能够提高气象预报的准确性和气象灾害预报预警能力,从而确保天气预报的时效性和针对性,降低灾害性天气造成的影响。基于此,本文将对短时临近天气预报在防灾减灾方面的优势和实际应用进行剖析,同时提出几点提升短时天气预报和临近天气预报在防灾减灾作用的措施以供参考,希望能够对提升我国短时临近天气预报在气象防灾减灾中的应用能力。 展开更多
关键词 短时临近天气预报 气象防灾减灾 应用 提升措施
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雷达及卫星云图产品在昌吉州短时强降水中的特征及应用分析
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作者 王江华 彭劲松 +1 位作者 方雯 王金辉 《农业灾害研究》 2024年第8期106-109,共4页
采用新疆气象信息中心资料库数据质量控制的2015—2019年6—8月(简称汛期)短时强降水高发期新疆昌吉州地区国家基本气象站和区域自动站逐时降水资料,筛选出35场短时强降水天气过程,并分析了乌鲁木齐市新一代天气雷达反演产品和国家卫星... 采用新疆气象信息中心资料库数据质量控制的2015—2019年6—8月(简称汛期)短时强降水高发期新疆昌吉州地区国家基本气象站和区域自动站逐时降水资料,筛选出35场短时强降水天气过程,并分析了乌鲁木齐市新一代天气雷达反演产品和国家卫星气象中心Fy-2G亮温产品在短时强降水中的应用及特征。结果表明按照影响系统的分类及定义,分别概括了3类主要影响系统,即中亚低槽型、西西伯利亚低槽型和西北气流型;从35场短时强降水天气卫星云图TBB分析来看,TBB值一般为-36~57℃,在降水大值出现2 h前,云宏观参量TBB会出现数值上的跃增;根据天气雷达衍生产品统计特征分析,得出有利于强降水发生的阈值条件,如回波强度一般为45~55 dBz,回波顶高一般在5.0~6.0 km,具有反气旋特征,0~6 km垂直风切变风速为12~16×10^(-3)/s。 展开更多
关键词 雷达 卫星产品 短时强降水 西北气流
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ECMWF模式在恩施山区强降水预报中的偏差订正方法
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作者 谭艳立 虞列辉 +1 位作者 郑翔天 吴松 《气象水文海洋仪器》 2024年第5期5-8,共4页
为了提高暴雨的预报准确率,文章利用恩施土家族苗族自治州342个区域气象站逐日降水资料,EC细网格降水、风场和湿度场预报资料,分类统计2013-2021年共49次强降水过程影响系统类型,并分析其面雨量强度和强降水中心位置偏差。结果表明:恩... 为了提高暴雨的预报准确率,文章利用恩施土家族苗族自治州342个区域气象站逐日降水资料,EC细网格降水、风场和湿度场预报资料,分类统计2013-2021年共49次强降水过程影响系统类型,并分析其面雨量强度和强降水中心位置偏差。结果表明:恩施土家族苗族自治州区域强降水影响系统分为低涡东移类、冷切南压类、暖切类、低涡切变类及不典型风场类,其中冷切南压类和暖切类降水系统占据了所有强降水影响系统的62%;将各类降水系统的实况与预报场进行对比分析,根据各类降水类型面雨量强度和强中心位置的偏差建立了相应的偏差订正方法;应用2022年4次强降水过程检验偏差订正方法,发现虽然不是每一次过程订正后都能达到完全理想的结果,但都能减少预报偏差,面雨量强度预报和强降水中心位置预报订正均符合天气学规律。研究结果为提升恩施山区强降水预报水平提供支持。 展开更多
关键词 ECMWF模式 恩施山区 强降水 偏差订正
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相似预报原理之再认识:动力统计相似集合预报理论及其对登陆台风降水预报的应用研究进展 被引量:1
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作者 任福民 贾莉 +5 位作者 吴彩铭 丁晨晨 张大林 贾作 马蕴琦 邱文玉 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期193-204,共12页
动力统计结合是提高天气、气候预报水平的重要途径之一,关键问题是如何将数值模式与历史资料进行有效结合;相似预报这一传统方法与动力统计的结合是未来提高天气、气候预报水平的一个重要方向,尽管其原理目前仍停留在相似假设基础上且... 动力统计结合是提高天气、气候预报水平的重要途径之一,关键问题是如何将数值模式与历史资料进行有效结合;相似预报这一传统方法与动力统计的结合是未来提高天气、气候预报水平的一个重要方向,尽管其原理目前仍停留在相似假设基础上且缺乏坚实的物理基础。文中从准确模式的初值问题出发,提出准确模式初值扰动概念,进而发展了动力统计相似集合预报(Dynamical Statistical Analog Ensemble Forecast,DSAEF)理论。DSAEF理论不仅回答了为什么可以进行相似预报,同时还指出了如何进行相似预报,即其原理是利用准确模式来做预报,并采用集合预报的方式实现预报。基于DSAEF理论,建立了登陆台风降水动力统计相似集合预报DSAEF_LTP (Landfalling Typhoon Precipitation,LTP)模型,该模型包括4个步骤:台风路径预报、广义初值构建、初值相似性判别和台风降水集合,其中广义初值由影响台风降水的物理因子构成。DSAEF_LTP模型具有可持续发展特性—可通过引入新因子或改善模型参数来改进模型的性能;目前该模型发布了广义初值包含台风路径、登陆季节和台风强度3个物理因子的1.0版和在此基础上改进了“相似区域”和“集合方案”的1.1版。该模型的性能提升很快,已完成的最新版本(1.1版)3次大样本预报试验均显示,与ECMWF、CMA-GFS、NCEP-GFS和SMS-WARMS (上海区域模式)对比,对≥100 mm和≥250 mm台风过程降水预报的TS评分,DSAEF_LTP模型(V1.1)排名第1。今后,围绕广义初值不断改善,研究引入更多影响登陆台风降水的物理因子,DSAEF_LTP模型的发展前景广阔。 展开更多
关键词 相似预报 原理 动力统计相似集合预报理论 登陆台风降水 DSAEF_LTP模型
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基于深度学习的高时空分辨率降水临近预报方法 被引量:2
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作者 方巍 齐媚涵 《地球科学与环境学报》 CAS 北大核心 2023年第3期706-718,共13页
降水临近预报在强对流天气监测预警中具有重要地位,对于防灾减灾至关重要。在气象业务中,主要采用雷达回波外推方法解决高时空分辨率的临近预报问题。针对传统雷达回波外推方法中普遍存在的资料信息利用率不足和预报准确率低的问题,利... 降水临近预报在强对流天气监测预警中具有重要地位,对于防灾减灾至关重要。在气象业务中,主要采用雷达回波外推方法解决高时空分辨率的临近预报问题。针对传统雷达回波外推方法中普遍存在的资料信息利用率不足和预报准确率低的问题,利用上海地区多年的高时空分辨率天气雷达探测资料,基于数据驱动的深度学习方法进行雷达回波外推,提出了一种新的降水临近预报模型——SwinAt-UNet模型。该预报模型通过融合UNet模型和Swin Transformer结构捕捉历史天气雷达探测资料中的短期和长期动态变化特征,可以自适应地学习潜在的雷达回波生消演变规律。此外,为提高模型的泛化能力和预报准确率,引入深度可分离卷积和卷积块注意力模块。结果表明:在不同基本反射率阈值下,SwinAt-UNet模型的预报准确率均高于UNet、SmaAt-UNet、TransUNet和AA-TransUNet模型;在45 dBZ的基本反射率阈值下,SwinAt-UNet模型临界成功指数提高了13%,同时在预报时效上具有一定的优越性;SwinAt-UNet模型外推图像具有更加清晰的边缘和细节性纹理,对降水范围、移动方向和强度变化的预测更为准确。 展开更多
关键词 降水临近预报 强对流天气 深度学习 雷达回波外推 SwinAt-UNet模型 时空分辨率 天气雷达探测
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基于差分Causal LSTM模型的气象图像短时预测研究 被引量:1
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作者 张晓晖 白文奇 +1 位作者 杨松楠 王晓娟 《西安理工大学学报》 北大核心 2023年第4期529-535,共7页
为解决气象图像序列在短时预测时预测精度低的问题,利用一种具有级联记忆单元的Causal LSTM,将图像梯度差分惩罚因子引入训练过程,来提高预测模型对短时序列动态和突变的建模能力,提出了差分Causal LSTM模型。研究首先通过循环神经网络... 为解决气象图像序列在短时预测时预测精度低的问题,利用一种具有级联记忆单元的Causal LSTM,将图像梯度差分惩罚因子引入训练过程,来提高预测模型对短时序列动态和突变的建模能力,提出了差分Causal LSTM模型。研究首先通过循环神经网络建立气象图像短时预测模型,然后分析了ConvLSTM模型对气象雷达回波图与卫星云图序列的预测效果,对于ConvLSTM模型预测气象图像存在严重模糊的问题,使用差分Causal LSTM模型进行优化,结果表明改进的模型能够有效改善模糊,提升预测结果的准确性。改进后的差分Causal LSTM模型在HKO-7数据集的测试样本中,关键成功指数(CSI)提高了0.019,在气象云图数据集中提高了0.078,模糊程度有所减弱。 展开更多
关键词 ConvLSTM Causal LSTM 端到端模型 图像梯度差分损失
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基于雷达回波的临近降水预报卷积循环神经网络模型研究 被引量:1
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作者 王永灿 魏加华 +5 位作者 李琼 乔禛 杨侃 朱旭东 包淑萍 王忠静 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2023年第1期24-41,共18页
【目的】临近降水预报是涉水灾害预警、洪水预报和调度管理等依赖气象预报决策的重要基础。高精度、高时空分辨率的气象雷达观测能够有效捕捉天气过程变化,发展基于雷达回波外推的临近降水预报方法,是中小流域高精度雨洪预报预警的关键... 【目的】临近降水预报是涉水灾害预警、洪水预报和调度管理等依赖气象预报决策的重要基础。高精度、高时空分辨率的气象雷达观测能够有效捕捉天气过程变化,发展基于雷达回波外推的临近降水预报方法,是中小流域高精度雨洪预报预警的关键。【方法】以银川贺兰山地区2017—2020年的C波段天气雷达和地面降水资料为基础,开展了ConvLSTM、ConvGRU和PredRNN三种卷积循环神经网络模型在不同降水情景下的预报性能研究,并将三种模型的预报结果与基于半拉格朗日外推的光流法进行对比分析。研究采用临界成功指数(CSI)、命中概率(POD)、虚警率(FAR)、均方根误差(RMSE)和结构相似性指数(SSIM)5种指标评估了三种模型在不同天气系统发展过程中的预报能力。【结果】结果显示:ConvLSTM模型可以较好的预测回波变化过程,而PredRNN模型对回波驻留和发展的过程预报效果较好;随着雨强的增大、预报时长的增加,卷积循环神经网络模型对回波运动的捕捉能力和回波强度变化的预测能力显著强于光流法;ConvLSTM模型能够更好的预报中小雨天气过程,结构更加复杂的PredRNN模型对暴雨过程具有更好的预报效果。【结论】结果表明:三种卷积循环神经网络模型中,ConvLSTM和PredRNN模型的预报效果优于结构较为简单的ConvGRU模型,且三种模型均优于光流法;在实际的应用中,1 h之内的预报可优先考虑ConvLSTM的预报结果,1 h后的预报则应更关注PredRNN模型的预报结果;三种卷积循环神经网络模型随预报时长的增加均出现“模糊化”“平滑化”的现象,需要从模型结构、训练方式等多方面进行改善。 展开更多
关键词 卷积循环神经网络 临近降水预报 雷达回波外推 深度学习 降雨 极端降水 气候变化
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基于观测的短时强降水深度学习预报模型 被引量:1
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作者 夏侯杰 肖安 聂道洋 《高原气象》 CSCD 北大核心 2023年第4期1005-1017,共13页
短时强降水致灾性强,常呈现局地突发性且分布不均,0~2 h预报预警难度大。本文基于2017-2019年雷达组合反射率拼图和地面露点、3 h变压数据,采用卷积神经网络CNN和长短期记忆网络LSTM构建了0~2 h短时强降水预报模型,并在2020年4-9月江西... 短时强降水致灾性强,常呈现局地突发性且分布不均,0~2 h预报预警难度大。本文基于2017-2019年雷达组合反射率拼图和地面露点、3 h变压数据,采用卷积神经网络CNN和长短期记忆网络LSTM构建了0~2 h短时强降水预报模型,并在2020年4-9月江西省汛期中进行实时检验。结果表明:基于雷达和地面资料的双通道深度学习DCDL模型,可以较好解决常规短临降水预报中对雨带生消变化预报较差的问题。1 h和2 h短时强降水预报命中率POD分别为46.7%、39.6%,虚警率FAR分别为67.9%和76.8%,TS评分分别为23.4%和17.1%,均优于仅基于雷达拼图的雷达回波外推SDL模型和中国气象局上海快速更新同化数值预报系统CMA-SH3,也表明在数据集中增加对短时强降水有物理意义的物理量,能提高深度学习的预报准确率。 展开更多
关键词 短时强降水 深度学习 双通道 CNN LSTM
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用改进的光流法和卫星TBB资料进行对流临近预报 被引量:1
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作者 齐大鹏 杨林 +1 位作者 周明飞 朱文达 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2023年第1期47-54,共8页
为了在缺少雷达观测的地区开展对流临近预报,利用光流法和半拉格朗日外推法进行了卫星云图外推实验,同时利用无辐散约束改进光流矢量来避免云图辐散失真。(1)光流法反演的风场能够准确反映出台风涡旋环流结构,采用半拉格朗日方案进行外... 为了在缺少雷达观测的地区开展对流临近预报,利用光流法和半拉格朗日外推法进行了卫星云图外推实验,同时利用无辐散约束改进光流矢量来避免云图辐散失真。(1)光流法反演的风场能够准确反映出台风涡旋环流结构,采用半拉格朗日方案进行外推,可以保持云系的旋转特性,具有良好的稳定性和精度,但随着外推时间的增加光流矢量中的噪声会导致云图辐散失真。(2)无辐散约束减少了风矢量杂乱无序现象,弥补了缺失的光流,还能对风速进行平滑,使风速空间梯度更平滑。(3)用改进后的风场进行外推,避免了云系辐散失真,在保持其形态不被破坏的同时,还能减少云团TBB虚假增长。(4)检验表明改进后的外推预报方案,具有更小的平均绝对误差,MAE提高了4%,临界成功指数提升了9%。 展开更多
关键词 光流法 半拉格朗日外推 COTREC FY-4A TBB
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华北—东北地区南部汛期降水影响因子分析及季节预报模型的建立
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作者 唐筱 陶丽 邓敏君 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期741-763,共23页
华北—东北地区南部夏季受东亚夏季风的影响,频繁发生干旱和洪涝等灾害,但华北—东北地区南部汛期降水成因复杂,其季节预测因子的选择和预报模型还需进一步研究。由经验正交函数分解(EOF)得到1981—2020年华北—东北地区南部汛期(7—8月... 华北—东北地区南部夏季受东亚夏季风的影响,频繁发生干旱和洪涝等灾害,但华北—东北地区南部汛期降水成因复杂,其季节预测因子的选择和预报模型还需进一步研究。由经验正交函数分解(EOF)得到1981—2020年华北—东北地区南部汛期(7—8月)降水前两个模态(分别为整体一致型、南北相反型的空间结构),基于信息流特有的因果关系挑选前两个模态的预报因子,并通过多元逐步回归进一步筛选预报因子、建立季节统计预报模型。第一模态降水对应的主成分时间序列(PC1)的预报因子经过筛选有3个,分别为超前5个月的热带西印度洋海表温度(SST)、超前6个月的西西伯利亚平原850 hPa经向风以及超前2个月的热带中太平洋850 hPa经向风。第二模态降水对应的主成分时间序列(PC2)的预报因子经筛选有4个,分别为超前2个月的南印度洋中部SST、超前3个月的鄂霍次克海地区向外长波辐射(OLR)、超前2个月的热带西太平洋850 hPa经向风以及超前9个月的北大西洋涛动指数(NAO)。基于前两模态的回报/预报时间序列的重构场与观测场的时间相关系数(TCC)全场平均达到0.46,实际两个模态的时间序列重构场与观测场空间相关系数(PCC)的年际变化较大,而回报/预报时间序列重构场和观测场年际变化与其类似,其40 a平均PCC为0.35,说明前两个模态重构拟合较好的年份预报技巧也较高。 展开更多
关键词 华北—东北地区南部汛期降水 季节预报模型 信息流
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