基于主客观环流分型的强降水数值预报MODE检验方法及其在2019年暖季东北地区的应用

本文构建了基于主客观环流分型的强降水数值预报空间检验(MODE)方法框架,并利用该框架对欧洲中期天气预报中心全球模式(ECMWF)和中国气象局区域中尺度数值天气预报模式(CMA_MESO)的2019年暖季东北地区强降水预报进行检验。结果表明,2019年暖季东北地区54个强降水日的环流型可分为:西风槽型(15个)、副热带高压影响型(13个)、急流型(5个)、西部(12个)和东部冷涡型(9个)。其中,西风槽型和急流型以区域性强降水为主,模式对其强降水发生与否的预报能力强,TS评分较高;西部、东部冷涡型强降水的局地性强,模式对其强降水发生与否的预报能力差,TS评分低;副热带高压影响型也以区域性强降水为主,模式对其强降水发生与否的预报能力也比较强,但是对其强降水质心位置、强度、面积等属性预报偏差较大,TS评分也相对较低。另外,从两种模式预报性能对比看,CMA_MESO强降水强度和面积预报较实况普遍偏强,虽然其预报的TS评分一般高于ECMWF,但其对强降水预报的空报率也都比ECMWF大,对强降水的属性预报偏差一致性一般也低于ECMWF,其预报的可订正性整体上不及ECMWF。

MODE方法在降水预报检验中的应用分析

采用WRF模式MET检验包中MODE方法,对BJ-RUC降水预报产品进行客观检验。使用2008—2009年汛期北京自动站逐小时降水数据,挑选出2个及以上站3小时累计降水≥50 mm的局地强降水个例及主要降水时段,根据其环流形势及影响系统进行分型,并将其归纳出三种型:西来槽型、低涡型、切变线型。分别针对这三种型中强降水个例的主要降水时段进行检验。在检验中使用BJ-RUC模式降水预报产品,实况数据使用与强降水时段相对应的雷达QPE降水估计产品。检验结果表明,BJ-RUC模式降水漏报比空报造成的误差更为明显,对移动较明显的西来槽型降水预报能力较差,相似度评分与TS评分没有本质区别,但它能给模式应用和模式开发人员提供更多有用信息。此项工作能为该模式应用及模式改进提供参考依据。

基于BOM动态测试框架的设计与实现

为基于基本对象模型(BOM)的仿真模型测试提供测试平台,提高模型可靠性,为仿真系统的集成提供可靠的仿真模型,缩短仿真系统集成联试的周期,设计了独立的模型测试平台,在测试平台中提供BOM模型运行所需要的对象管理、数据分发、时间管理等服务,通过仿真模型在平台中的运行结果分析,验证模型接口以及功能。模型测试平台可为各种类型的模型提供仿真运行环境,平台运行效率可达到超实时仿真要求,模型集成效率提高。在大规模作战仿真系统开发中,可推广使用模型测试平台,提高模型可靠性,降低集成成本,缩短集成周期。

利用XMI实现基于BOM的仿真模型组件的交换

BOM(Base Object Model)是快速构建仿真系统或联邦的可重用信息交互包,基于BOM的仿真模型组件是BOM信息描述的实现体,作为构建仿真系统或联邦的可重用模块。通过应用模型驱动体系结构(MDA,Model-Driven Architecture)提出的实现模型交换标准XMI(XML-based Metadata Interchange),HLA(HighLevel Architecture)仿真模型组件的建模和实现在两个不同层次上实现跨平台、跨语言和跨领域间的交换,而且HLA的重用性和互操作性思想能够在除分布式仿真领域外的其他应用领域中得到推广。

面向重用的BOM概念模型相似度评估研究

针对BOM概念模型重用的问题,提出了概念模型相似度用于描述两个概念模型之间的相似程度。并提出相似度评估算法用于计算概念模型之间的相似度。根据概念模型的定义,将相似度的计算归结为名字相似度计算和最优匹配计算两个基本过程。研究了算法中接口权重参数和行为权重参数的不同组合对算法查准率和查全率的影响。通过对JC3IEDM数据模型的测试,表明相似度能够正确反映概念模型的组成元素和结构的相似程度,算法可以正确计算出概念模型之间的相似度。算法在保证100%查全率的基础上,查准率大于75%。

基于BOM和FEDEP的多分辨率建模框架

为了规范和统一多分辨率模型的描述方法、建模步骤和活动,提出一种基于BOM(Base Object Model)和FEDEP(Federation Development and Execution Process)的多分辨率建模框架.该框架包括3种基于BOM的多分辨率建模方法和基于FEDEP的多分辨率建模过程.简要介绍这3种方法,重点分析FEDEP中与BOM和多分辨率建模相关的基本活动,将基于BOM的多分辨率建模过程与FEDEP集成在一起.该框架可以实现多分辨率模型描述的形式化和通用性、建模步骤和过程的规范化,促进多分辨率模型的重用、互操作和组合,保证模型的一致性和多分辨率建模的有效性.

基于BOM的组件并行仿真引擎研究与实现

在组件化建模与仿真领域内,基于BOM规范的组件建模与仿真环境KD-SmartSim得到了广泛应用,它通过RTI实现了组件仿真系统的并行运算,但是其运行性能较低。讨论了KD-SmartSim系统存在的不足,在继承其基于BOM规范组件建模的基础上,提出了新的支持组件并行化计算的结构,设计了SPMD运行模式的并行组件仿真引擎,研究和开发了各种模型计算需要的仿真服务,实现了支持串行和保守时间推进机制的组件并行仿真引擎原型系统。测试结果表明该系统具备BOM组件仿真运行必须的功能,能够显著地提升组件系统的运行性能。

软件框架技术在BOM组件开发中的应用

基于BOM的仿真系统开发具备诸多优点,但仿真模型组件开发及测试也存在辅助过程复杂、工作量大、协调困难等问题,为辅助仿真模型组件开发及测试,文章借助于软件框架技术,建立了一套配置简单、资源需求小的仿真组件开发辅助框架,通过该框架可减小组件开发中的迭代活动涉及范围,降低组件修改带来的附加工作量,加快仿真组件开发进度。

基于BOM的光电信息控制仿真系统设计

介绍了BOM模板结构及其相互关系,采用BOM开发标准设计光电信息控制系统的层次化仿真框架和模型设计,阐述模型实现的基本方法,建立了基于BOM的HLA光电信息控制仿真系统,说明了光电信息控制仿真系统的开发步骤和实现过程。基于BOM标准构建的光电信息控制仿真系统可有效提高系统效率和模型重用性,为今后光电信息控制仿真系统的高效开发提供有利技术支持。

BOM概念模型到DEVS过程的演化研究

在DEVS理论的基础上,对BOM结构进行分析,推导出BOM的DEVS过程,同时根据这一过程,对BOM状态机进行了扩展,使之在理论上具备可执行能力。通过扩展,BOM将能够成为一种支持概念模型到对象模型和仿真模型快速转换的工具。同时,作为BOM扩展的前提条件,文中讨论了BOM Assembly的完备性约束条件。最后,通过一个仿真实例,对扩展的BOM状态机进行了实验验证。研究成果将为实现基于BOM的的仿真描述语言提供理论根据。

基于MODE对模式预报强风风场的检验分析

基于专业气象服务领域十分关注的模式强风预报性能的客观检验和致灾性强风预警服务效果的合理性判别问题,利用一次强风过程对电网专业气象预警服务效果的检验示范,探讨基于目标(面向对象)的诊断检验方法(Method for ObjectBased Diagnostic Evaluation,MODE)对强风事件检验的适用性。通过对强风空间检验的各个关键参数的选择确定、匹配分析,发现:(1)MODE检验的卷积半径、诊断量权重和匹配阈值等参数的选择,将影响检验目标的适度聚焦和误差表达的客观性,因此需要综合考虑预报和实况场的水平分辨率、用户对该类强天气预报误差的空间和时间冗余度等;(2)MODE检验可较好地量化给出模式预报的整体效果,包括:强风落区的范围大小和位置偏差、强风过程的时间相位差等,从而可量化判别出模式在各个时刻的空报和漏报区域以及对强风过程移动速度和生命周期长度的预报性能。

基于HLA视景仿真系统的BOM组件开发

分析基于HLA分布交互仿真中视景仿真联邦成员的结构和开发流程,描述了接口规范.提出了构建视景仿真联邦成员BOM组件的基本方法,并建立了一组规范的通用的视景仿真联邦成员BOM.

基于BOM的并行离散事件仿真概念建模研究

概念建模是仿真建模过程前期中的重要环节,良好的概念模型有利于明确模型需求,以及模型的重用和互操作。针对目前并行离散事件仿真缺乏有效概念建模方法的问题,提出了基于基本对象模型(BOM)的并行离散事件仿真概念建模方法。结合UML和本体工程思想,从静态和动态两方面刻画概念模型,生成XML格式的概念模型文件。在YH-SUPE并行仿真开发及运行支撑环境的应用表明该方法切实可行。

基于BOM的雷达对抗仿真系统设计

雷达对抗仿真系统具有仿真实体繁多、交互关系复杂等特点,在分布式仿真系统开发过程中面临着联邦成员不易更改、模型开发规范缺乏以及模型重用性差等困难。为克服以上困难,按照BOM开发标准,构建了典型雷达对抗仿真系统的层次化框架结构,阐述了基本模型的插件设计方法和复合模型的组合设计方法,有效地提高了系统开发效率和模型的可重用性。该方法不仅适用于雷达对抗功能仿真系统的设计,也可以进一步应用于信号仿真系统设计。

MODE方法在西南区域模式降水预报检验中的应用

为了弥补传统检验方法的缺陷,本文基于对象目标的空间检验方法MODE,对四川2019年6月22日的强降水过程进行检验,分析西南区域模式在短时强降水的预报效果。通过对该方法各参数的确定,可以发现:(1)MODE检验方法在确定卷积半径R和降水阈值时应灵活地进行选取;(2)模式较好地把握了此次降水过程的发展消亡过程,尤其是对盆地东北部的降水预报效果很好,对降水目标物的形状、走向、移动方向以及落区有比较好的相关性;但对于降水发展初期,模式预报效果不理想,存在明显的空报;(3)对于强度预报,降水发展强盛期预报场对高原目标物强度预报在降水大值区存在一定高估,对盆地目标物强度预报基本接近于实况,但在降水减弱时对盆地目标物强度预报也存在明显高估。

CBTA理念下飞行签派员培养课程体系建设及培训效果测评研究

为提高飞行签派员的专业技能,通过设计科学的培训方式解决原有飞行签派员人才培养模式与民航高质量发展契合不足的问题,建立以岗位胜任力量化管理为特征的飞行签派员技能培训体系和培训效果测评体系。研究过程基于能力的训练和评估(CBTA)理念下飞行签派员特色化、精细化的人才培养、课程实施和培训效果评价模式。首先,建立飞行签派员岗位知识地图,覆盖飞行签派员履职应具备的知识、技术和能力,构建具有一定前瞻性的岗位胜任力体系。其次,结合飞行签派员工作应具备的八种胜任力分解出35种飞行运行岗位任务目标,强调对工作绩效衡量和评估。再次,根据不同阶段的培训授课需求,以布鲁姆教学分类法挖掘培训需求,并以培训目标为导向,以学员为中心,绘制出CBTA理念下实施飞行签派员培训课程的流程图。最后,为实现培训贴近生产运行实际,增强培训的效果,采用柯氏四级评估模型梳理各层次评估的内容和方法,从精准确定培训目标等三个方面提出培训建议。

2020年北上台风不同模式的预报误差分析

2020年台风“巴威”、“美莎克”和“海神”直接北上引发了辽宁地区大范围的强降水天气过程。针对业务数值预报模式在路径、强度和降水等方面预报存在一定偏差,利用多家数值模式台风预报资料,采用评分检验和空间检验方法对北上台风的模式预报结果进行检验评估,为以后的台风气象预报工作提供参考。结果表明:各模式对台风路径的可预报时效为72 h,随着台风逐渐北上,台风的路径预报误差偏大,台风的强度预报较稳定。在降水的MODE检验结果中,ECMWF全球模式的相似度更高,CMA_MESO_3KM区域模式对降水量级预报偏大,空报较多,但两者对台风降水都有着较好的可参考性,同时台风降水预报效果与台风路径和强度预报密切相关。

基于基本对象模型的仿真模型组装器的研究

在遵循联邦开发运行全过程标准的联邦开发过程中,出现了一种新的联邦开发模式。新的模式不再以联邦成员为单位,而是以仿真模型组件为单位多人协调合作开发所需的联邦。仿真模型组件的组装技术是构建这种仿真应用系统的关键技术之一。仿真模型组件必须通过组装才能形成仿真应用系统,才能实现仿真模型组件的价值。通过组合具有可重用和互操作能力的仿真模型组件来构建一个功能可定制和大小可伸缩的联邦成员,使联邦成员在不同的联邦中仍然保持重用性和互操作性。

目标检验方法在高分辨率数值天气预报检验中的应用

基于高分辨率数值模式的特点,为了弥补传统站点对站点等检验方法的不足,采用基于目标诊断的空间检验方法 MODE,对上海快速更新同化系统预报的2014年3月19日强对流降水和冰雹雷达回波进行了客观检验。该方法通过在空间场中识别目标,综合考虑了空间位置、形状、面积等多种因素,采用模糊逻辑算法计算预报和观测目标的相似度。结果表明,MODE在高分辨率数值模式检验中比传统方法具有明显的优势,尤其针对雷达回波的检验有较高的实际应用价值。同时讨论了MODE方法卷积平滑半径参数的选取对高分辨模式检验结果的影响。

多目标决策下雄安新区雨水资源综合利用模式优选

基于雄安新区规划建设要求,提出了构建雨水资源综合利用模式的原则与方法,分析提出适合雄安新区的6种雨水资源综合利用模式,并在雨水径流总量控制一定的情况下,以径流峰值削减率和径流污染负荷削减率(以SS计)为决策依据,构建了模型模拟与熵权TOPSIS算法相耦合的模式优选模型,实现了对各模式的多目标定量比选,结果表明模式三"地块分散收集处理后利用,道路集中收集处理后利用"为最优模式。