基于AERMOD模式的大气扩散参数方案比较研究

在美国法规空气质量模式AERMOD的框架下,比较了4种已被广泛应用的扩散参数化方案(基于边界层微气象要素的AERMOD湍流参数化方案,基于湍流观测资料和扩散函数的Tub-Obs方案,Briggs参数化方案,NEPA方案).分析了不同稳定度、不同扩散参数方案下的污染物SO2地表浓度差别.总体来说,在中性和不稳定条件下,4种方案模拟结果的差别不大;在稳定条件下,AERMOD方案的地面浓度明显低于Briggs和NEPA方案,可能是由于AERMOD方案不能很好地识别局地湍流的贡献.

光伏电站电能信息采集系统中发电模型的参数方案设计与分析

面向电网的光伏电站电能采集监视系统的核心之一是光伏电站发电模型。主要对提出的电网电能采集信息系统中的光伏电站发电模型进行参数分析,设计了最少的静态参数和最少的动态测量方案;对发电模型的静态参数、动态测量参数进行了灵敏度分析,掌握了其误差对功率精度的影响程度,并提出了满足功率总精度要求的各静态参数、动态测量的精度要求,便于对设备制造商提供的静态参数和电站监控系统测量参数提出精度要求或提出复核的依据。通过了真实投运电站的验证,显示所提出的光伏电站发电模型的可行性、经济性、实用性。

陆面模式中植物根系吸水过程参数方案研究进展

根系吸水对水循环起重要调控作用,开展根系吸水过程及参数方案研究,将加深对地表水文和生物地球化学过程的理解,对提高陆面过程模型乃至气候模式的模拟能力均起到促进作用。本文简述了植物根系吸水模型的发展进程,归纳了根分布、土壤水分对根阻影响函数及根系水分再分配作用参数方案的研究概况,指出现有陆面过程模型根系吸水参数方案存在的不足,提出未来发展方向,为相关研究提供参考。

初始场与云微物理参数方案在飑线数值模拟中的对比研究

采用CM1模式以200 m的高精度水平网格距对一次东北冷涡下的飑线过程进行模拟,采用1 km的水平网格距进行对比试验探究网格距的影响,并通过探空资料的替换与修改研究不稳定能量和垂直风切变对飑线发展的影响。研究表明,水平网格距增大主要使系统演变减缓,强度也有一定的减弱;初始场的不稳定能量减小会使飑线减弱明显,直至无法生成;垂直风切变对飑线的形成影响较小,主要改变了飑线的结构,没有垂直风切变时形成的飑线更为松散。最后的敏感性试验研究了7种云微物理参数方案对飑线内水粒子分布的影响,发现不同的云微物理参数方案会使水粒子的含量和分布出现变化,进一步影响固、液态的降水,飑线模拟采用的NA方案高层冰和雪含量最高,但由于雨和降落到地表的雹、霰含量低,使得累计降水量最小。

光子嫩肤个体化参数方案的临床应用

目的:总结光子嫩肤个体化参数方案在面部皮肤美容中的应用经验,探索适合中国人皮肤的光子嫩肤治疗参数。方法:采用560～1200nm强脉冲光、个体化参数方案,治疗面部皮肤色素性病变、毛细血管性病变、真皮和表皮结构的改变。结果:582例患者,经过4～6次治疗,痊愈125例(21.5%),显效256例(44.0%),有效149例(25.6%),无效52例(8.9%);共治疗2956例次,发生皮肤红斑、小水疱、色素沉着等不良反应109例次(3.7%)。结论:强脉冲光子嫩肤技术是皮肤美容的无创伤性、安全有效的方法;根据病变情况,灵活选择个体化参数方案可显著提高疗效,预防不良反应的发生。

基于粗糙模糊数与耦合分析的产品工艺参数方案绿色优选

针对绿色制造的工艺参数方案优选问题,提出基于粗糙模糊数、占优层次分析法、关联耦合分析与Choquet积分集成的多属性决策新方法。为有效处理性能指标权重评价数据的模糊性和不确定性信息,以区间形式的粗糙模糊数表征性能指标的相对重要度并构造出粗糙模糊成对比较矩阵,进而通过强度Pareto进化算法求解获得性能指标的权重。考虑到性能指标之间交互影响的复杂性对工艺绿色性评价的影响,利用敏感性分析和拉格朗日插值拟合工具确定性能指标之间的耦合度数值。引入Choquet积分算子对工艺参数方案的绿色度进行全面计算,并筛选出绿色度最佳的工艺参数。以风机端盖的注塑加工参数评价为例,验证了该方法的可行性与有效性。

WRF模式中不同积云对流参数方案在四川地区试验研究

首先对WRF模式和积云对流参数化方案进行简要介绍,并采用该模式中六种不同积云对流参数方案对四川地区降水个例进行数值模拟,分析模拟结果并分析出针对四川复杂地区降水模拟效果最好的积云对流参数方案,旨在为WRF模式在四川地区的应用提供一定的参考价值。结果表明,从总体预报效果上来说,BMJ方案较好,其次是TS方案和KF方案。BMJ方案在模拟天气过程中对降水落区和降水强度的预报最接近实况,且从平均雨水混合比和平均云水混合比分析来看,该方案的数值模拟与降水场配合得当。另KF、BMJ、GD、SAS、G-3D和TS这六种积云对流参数方案均能够基本模拟出降水的范围但比实际降水范围大,其中降水强度上KF方案模拟较实况强。

正交实验设计在家具工艺参数方案设计中的应用

我国质量管理已经历了“质量检验管理阶段、统计质量管理阶段、全面质量管理阶段(TQM)和标准质量管理阶段(ISO9000族)”四个阶段。除质量检验管理阶段仅仅是“事后把关、终端检验”之外其它各阶段都强调了统计技术在质量管理中的作用。通过统计技术的应用有助于发现问题、分析问题、解决问题,并实施持续的改进,确保质量管理的充分性、适宜性和有效性。

WRF模式不同边界层参数化方案对沈阳地区近地面气象要素模拟差异评估

采用WRF(weather research forecast)模式中三种不同边界层参数化方案(YSU、MYJ、MYNN2)对2022年8月沈阳地区近地面逐时气象要素进行模拟研究,对比分析不同边界层参数化方案在模拟沈阳地区近地面气象要素时所表现出的差异。结果表明:三种边界层参数化方案均能较好地模拟沈阳地区近地面气象要素逐时变化趋势。在模拟近地面风速方面三种边界层参数化方案模拟结果整体偏大;MYJ方案平均偏差最小,相关系数最高,模拟效果最好。三种参数化方案在对近地面温度模拟整体偏低,平均偏差均为负值;YSU方案相关系数最高,可达0.94。在模拟近地面相对湿度方面三种参数化方案模拟结果整体偏低;从相关系数来看YSU方案和MYNN2方案差异性不大。

基于三维参数化方案的二元分布式水文模拟

分布式水文模型通过参数化方案处理参数空间异质性对水文模拟的影响。针对目前参数化方案对山区流域参数垂向差异考虑不足的问题,开展了三维参数化方案研究,建立了基于垂直地带性的三维参数化方案,针对性地改进了WEP-L模型,并以密云水库上游流域为例对方案效果进行了分析。结果表明:(1)和以往二维参数化方案相比,三维参数化方案可大幅提升分布式水文模拟精度,流域内主要控制站近60年逐月实测径流过程模拟效果得到有效改善;(2)模拟精度提高的主要原因是改进后方案同时考虑了植被类型垂直地带性及海拔高度对参数空间分布的影响。

WRF模式不同参数化方案对长江上游降雨模拟的影响

WRF(Weather Research and Forecast)模式参数化方案众多,不同参数化方案对降雨模拟效果有较大的影响。为研究WRF模式中云微物理、陆面过程及积云对流参数化方案组合对长江上游地区降雨模拟效果的影响,以长江宜宾至宜昌干流区间为研究区域,选取5种云微物理参数化方案、2种陆面过程参数化方案和3种积云对流参数化方案共30种方案组合对该地区4场不同降雨中心落区的典型强降雨过程进行模拟,并以实测站点数据和GPM(Global Precipitation Measurement)降水数据产品为参考,采用TS评分、空报率、漏报率、准确率、平均绝对误差以及均方根误差作为评价指标,充分考虑各指标的不同影响,运用基于熵权的密切值法对降雨模拟结果进行综合评价。结果表明,WRF模式中云微物理WSM3(WRF Single-Moment 3-class)方案,陆面过程Noah(Noah Land Surface Model)方案和积云对流Grell-D(GrellDevenyi Ensemble)方案的参数化方案组合对长江上游地区降雨模拟效果较好,在该参数化方案组合下,WRF模拟的24 h日面雨量平均值的模拟结果与实测资料基本一致,模拟得到的四场典型降雨的24 h面降雨中心和降雨量级分布带均与实际降雨较为接近,大部分地区的模拟误差小于10 mm,且对小雨和中雨的模拟效果更好,此外WRF模拟降雨精度会受地形变化的影响,地形起伏加剧会降低降雨模拟精度,西南山区降雨模拟精度稍低于东北平原地区。研究结果可为流域水文预报提供重要参考。

基于数值模式评估细尺度参数化方案在南大洋背风波生成源地的适用性

验证基于GM(Garret-Munk)大洋内波普适谱的细尺度参数化方案在不同海域的适用性,对于湍流混合研究来说非常重要。包含背景GM内波场的高分辨率数值模式被用于评估细尺度参数化方案在背风波生成源地处的适用性。细尺度参数化方案主要包括基于剪切的G89 (Gregg 1989)方案、基于应变的W93 (Wijesekera 1993)方案、基于剪切和应变的GHP (Gregg-Henyey-Polzin)方案以及对GHP方案中的频率矫正项作出变换的IH (Ijichi-Hibiya)方案。计算结果显示,背风波的生成伴随着海底上方近惯性内波的增强,使得内波场的动能与势能的比值相较于GM内波场偏大。在这种情况下,基于剪切的G89方案会因为高估内波场的总能量而高估耗散率。反之,基于应变的W93方案会因为低估内波场的总能量而低估耗散率。计算结果还显示,已经考虑了内波谱变形的GHP方案仍然会高估耗散率,但IH方案能比较准确地估算耗散率。

边界层参数化方案对台风“烟花”北上阶段模拟影响的差异比较

利用中尺度数值预报模式(WRF)中的8种边界层参数化方案(ACM2、Boulac、GBM、MYJ、MYNN、QNSE、UW、YSU),采用高分辨率数值试验的方法研究不同边界层参数化方案对台风“烟花”(2021)北上影响环渤海区域阶段的路径、强度、降水及动热力结构等方面的模拟差异。结果表明:台风北上后的路径模拟对边界层参数化方案较敏感,其中Boulac方案模拟的路径误差最小,随着积分时间延长,各试验的路径差异也越来越显著;由于台风北上阶段强度较弱,模拟的最低气压绝对误差总体偏小,基本分布在2~6 hPa之间;各试验对累积降水极值大小和位置的模拟存在较大差异,通过分析24h累积降水的TS评分可知,Boulac方案在中雨以上量级的模拟中表现最优,而ACM2方案则在大雨及暴雨以上量级的模拟中表现最优;各试验对于台风动热力结构的模拟存在差异,其中动力结构的差异更加明显,并且低层大气比高层大气差异更显著。造成这种差异的原因可能是由于各方案对边界层热通量以及动热力结构的模拟存在差异,并通过边界层顶的夹卷过程将这种差异引入高层大气。

WRF模式中不同物理参数化方案组合在中国近海风能资源评估中的适用性研究

基于中尺度气象数值模式WRF(Weather Research and Forecasting),分别对我国广东、浙江、山东这3个近海典型风能资源储备区域进行了45组物理参数化方案组合连续1 M的敏感性试验,对试验中多要素的模拟结果进行综合评估,分别确定了适用于3个风能资源储备区各自排名前3的物理参数化方案组合,并对其模拟性能较优的原因进行分析。为了测试3个风能资源储备区筛选得到的物理参数化方案组合的适用性,利用不同于敏感性试验时段的模拟结果,结合海上测风塔和海洋气象站的实测数据开展进一步评估。结果表明,优选得到的物理参数化方案组合具有较好的适用性,其对近海的风速模拟性能较优,具有实际业务应用价值。

WRF参数化方案与初始场对闽江流域 暴雨模拟的敏感性研究

数值模式作为目前最主要的天气预报手段之一,已经广泛应用于极端降雨等强天气过程的预警和预测。在实际预报业务中,数值模式受初始场、边界条件、参数化方案等影响,难以进行长时间精准预报。基于新一代中尺度数值天气预报模式WRF(The Weather Research and Forecasting Model),交叉组合16套微物理过程和积云对流参数化方案,对闽江流域2021年5月17—24日的一场连续性暴雨过程进行敏感性对比模拟。结果表明,WRF模式基本可以再现本次降雨过程的时空分布特征,但明显高估了暴雨中心的强度和范围,EXP9(Lin-NT组合)整体表现较优。对于初始场质量敏感性试验,基于最优参数化方案组合的模拟结果表明,ERA5(The Fifth-generation Atmospheric Reanalysis of the European Center for Medium-Range Weather Forecasts)对各个量级降雨模拟效果均相对较好,与观测数据的时空特征最吻合,其次为GDAS/FNL(Global Data Assimilation System/Final Operational Global Analysis),而CFS(Climate Forecast System Operational Analysis)表现最差。可为提高极端降雨模拟和预报精度提供方法借鉴。

WRF 4.0模式陆气耦合对不同物理参数化方案的敏感性初探

模式的不同参数化方案会对模拟的天气和气候产生影响,但如何影响陆气耦合还不是很清楚。利用WRF 4.0模式设计了一组16种不同参数化方案组合的集合试验,对华北地区2013年夏季气候进行模拟。结果表明,不同积云对流参数化方案对模拟的降水平均态影响较大,其次是短波辐射方案,而微物理方案影响较小。进一步利用潜热通量(LH,Latent Heat flux)和土壤湿度(SM,Soil Moisture)、抬升凝结高度(LCL,Lifting Condensation Level)的相关系数R(SM,LH)和R(LH,LCL)表征陆气耦合过程,评估了陆气耦合对不同参数化方案的敏感性。模式模拟的R(SM,LH)在不同区域随着平均降水、相对湿度的增加以及平均短波辐射的减少而减小,而R(LH,LCL)的变化正好相反。它们内在的物理机制类似,与气候态的干湿变化密切相关,即随着土壤湿度趋于饱和,蒸散发过程逐渐受太阳辐射的限制,陆面对大气的影响减弱。另外,陆气耦合强度受积云对流方案、微物理方案和短波辐射方案的影响而产生差别,这与不同参数化方案模拟的气候态的不同密切相关,因此本研究对于WRF 4.0模式中参数化方案特别是积云对流方案的选择同样有着重要的指导意义。

我国东南地区Noah-MP模式地表温度模拟参数化方案寻优研究

陆面模式Noah-MP(Noah land surface model with Multi-Parameterizations)为陆面物理过程提供了大量复杂的参数化方案,往往受限于计算量和计算能力,使得利用全组合方案实验,来确定适用的参数化方案难以实现,从而给模式模拟带来不确定性。为科学减少实验次数,本文引入正交试验法,选择了影响地表温度模拟较大的5个主要过程,包括动态植被、气孔阻抗过程、控制气孔阻抗的土壤湿度参数过程和表面热交换系数过程以及辐射传输过程等,设计了9次正交试验,利用CLDAS-V2.0(中国气象局陆面数据同化系统)驱动Noah-MP陆面模式对我国东南地区地表温度进行模拟,对参数化方案寻优,以确定其适用的参数化方案组合。结果表明,参数化方案的选择对林地区域的模拟,以及在7月和8月的模拟影响较大。物理过程的敏感性和最优参数化方案同时受到下垫面和季节的影响,多数情况中,动态植被与冠层气孔阻抗过程对模拟影响显著,是较敏感的物理过程。通过对不同下垫面不同季节的最优参数化方案组合的时空尺度分析,经模拟验证,东南地区地表温度模拟的较优方案组合为开启动态植被,Ball-Berry的冠层气孔阻抗方案,Noah的土壤湿度参数方案,M-O的地表热交换系数方案和GAPFVEG的辐射传输方案。

边界层参数化方案对文昌近地层风速模拟的影响

为了研究边界层参数化方案对文昌近地层风速模拟的影响,本文选用美国国家环境中心终分析资料FNL (Final Operational Global Analysis)作为模式的背景场资料,应用WRFV4.2.1模式10种边界层参数化方案(YSU, MYJ, QNSE, MYNN2, MYNN3, BouLac, UW, TEMF, Shin-Hong和GBM),对文昌近地层2015年每月前三天的风速进行数值模拟,检验评估了它们对不同高度层风速的预报能力。结果表明:MYNN2方案和MYNN3方案在低层的风速模拟效果较好,UW方案、GBM方案和BouLac方案在高层风速模拟效果较好,TEMF方案风速模拟效果最差,且总体来看10个方案在70 m和90 m高度层的风速模拟效果更好。

边界层参数化方案对文昌近地层湿度模拟的影响

本文基于WRF中尺度预报模式,采用10种边界层参数化方案(YSU、MYJ、QNSE、MYNN2、MYNN3、GBM、BouLac、UW、TEMF、Shin-Hong),对2015年12个个例的近地层湿度开展了数值模拟。通过浅层风塔观测数据进行对比,研究了不同边界层参数化方案对文昌近地层湿度模拟差异。结果表明:随着近地层高度的增加,三月到七月的观测相对湿度增加,模拟相对湿度变化不大;其余月份观测和模拟的相对湿度均会降低;模拟和观测的均方根误差随高度增加而增加,相关系数随高度增加则会减小。通过对均方根误差和相关系数的分析,MYJ方案模拟数据接近观测数据,并且可以模拟出每个月份的日变化趋势,是模拟结果最好的方案。TEMF方案的均方根误差最大且相关系数表现最差,是模拟效果最差的方案。

不同边界层参数化方案对台风“烟花”北上阶段暴雨模拟的影响试验

边界层参数化方案是造成数值模式预报误差的重要来源之一,筛选适用于环渤海地区台风暴雨模拟的边界层参数化方案,可为该地后续业务应用及科研工作提供参考依据。应用WRFV4.3模式中的8种边界层参数化方案(ACM2、BouLac、GBM、MYJ、MYNN、QNSE、UW、YSU),对2021年第6号台风“烟花”北上阶段造成的暴雨过程进行数值模拟试验,对比分析不同边界层参数化方案对暴雨模拟结果的影响,并基于ERA5资料进行边界层热动力结构的模拟效果检验。结果表明:(1)各方案对台风北上阶段的降水(24 h累积降水量、累积降水极值和位置、降水ETS评分、小时最大降水量以及逐小时10.0、20.0 mm降水的落区分布)模拟结果表现出明显差异,对路径的模拟差异主要体现在模拟时段的中后期。(2)局地闭合的BouLac方案对于10.0 mm以上量级24 h累积降水量的ETS评分表现最优,而非局地ACM2方案所模拟的24 h累积降水量在25.0、50.0、100.0 mm以上量级降水的ETS评分均为最优,且累积降水极值、区域平均24 h累积降水量以及小时最大降水量均值等也与ERA5资料较为接近,在环渤海地区海陆共存的下垫面背景下,ACM2方案是最适合台风“烟花”暴雨过程模拟的参数化方案。(3)与其他方案相比,ACM2方案对于边界层高度、位温和水汽混合比垂直廓线的模拟与实况最接近,这是ACM2方案对大雨以上量级预报较为准确的原因。(4)各方案模拟的700 hPa垂直速度基本决定了小时最大降水量的变化趋势以及区域平均24 h累积降水量的相对大小。