大气风温湿垂直观测网资料快速更新混合同化试验研究

基于WRF预报模式、WRFDA Hybrid集合变分同化系统和ETKF方法,构建了面向城市气象观测网数据的快速更新混合同化系统。针对北京地区地基微波辐射计和风廓线雷达组网观测资料数据同化,开展了静态背景误差调整因子(特征长度尺度因子和方差因子)、局地化距离和集合权重系数4个重要参数敏感性试验研究。试验结果表明:当温度、相对湿度、u风和v风的特征长度尺度因子和方差因子分别调整为0.7/1.0、1.0/1.0、0.7/1.0和0.7/1.0,局地化距离和集合权重系数分别调整为11.2 km和0.5时,快速更新混合同化系统的分析场均方根误差最小。为对比三种常用同化方案,开展了默认参数混合同化、最优参数混合同化、三维变分同化对比试验,试验结果表明:在针对北京地区地基微波辐射计和风廓线雷达组网观测资料的快速更新同化预报试验中,混合同化方案表现优于三维变分,同时相对于默认参数混合同化方案,最优参数混合同化方案的风场、温度及湿度的分析场和预报场得到了进一步改善:风温湿的分析场均方根误差分别最大降低了13%、19%和5%,12~24 h预报场的均方根误差分别最大降低了2%、12%和5%。

数值预报中气象卫星资料同化前处理技术进展

在数值天气预报变分同化中,利用同化前处理将卫星资料完成有效信息优选、资料拼接和稀疏化、初级通道选择、下边界参数耦合等处理,实现卫星资料同化对数值天气预报业务的正贡献,是决定海量卫星资料同化效率、质量和效果的重要环节。针对多种格式的卫星资料,中国气象局研发标准格式的高时效卫星资料拼接等技术,有效减小整轨卫星资料时间滞后对数值天气预报业务的负面影响。对于风云气象卫星资料,将云和降水检测、资料质量分析等处理置于同化前处理中,实现多光谱资料融合的同化预质量控制,保证了风云卫星微波温度探测资料和红外高光谱资料的同化正贡献。利用统一资料格式对预处理卫星资料进行再处理,拓展针对卫星成像和主动探测资料的处理,将卫星资料同化的部分质量控制功能置于卫星资料同化前处理中,是风云卫星资料同化前处理技术发展的重要趋势。

CMA-MESO千米尺度变分同化系统中极小化控制变量的重构

重构GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球、区域一体化变分同化系统中的极小化控制变量,提升中、小尺度同化分析能力,为中国气象局业务区域数值预报系统CMA-MESO提供千米尺度适用的同化方案。新方案用纬向风速(u)和经向风速(v)替代原有流函数和势函数作为新的风场控制变量,采用温度和地面气压(T,ps)替代原有非平衡无量纲气压作为新的质量场控制变量,同时不再考虑准地转平衡约束,而是采用连续方程弱约束保证分析平衡。背景误差参数统计和数值试验结果表明,采用重构后的极小化控制变量,观测信息传播更加局地,分析结构更加合理,避免了原方案在中、小尺度应用时存在的虚假相关问题。连续方程弱约束的引入,限制了同化分析中辐合、辐散的不合理增长,帮助新方案在分析更加局地的同时保证分析平衡。为期1个月的连续同化循环和预报试验结果表明,新方案可以减小风场和质量场分析误差,CMAMESO系统地面降水和10 m风场的预报评分显著提升。

闪电资料同化对河南郑州“7.20”特大暴雨预报的影响

研究了闪电资料同化对2021年7月20日河南郑州特大暴雨短临预报的影响。利用天气研究与预报(WRF)模式的三维变分(3DVAR)数据同化系统(WRFDA),开展了两组循环同化试验:(1)同化地面和探空常规观测资料(包括风速、风向、温度和气压)的试验(CONV);(2)同化常规观测资料和由闪电资料反演的伪相对湿度的试验(LGDA),并与无资料同化的试验(NoDA)进行对比。结果表明,CONV的分析场和NoDA都未能模拟出强对流系统的回波结构,但由于LGDA增加了对整层大气的湿度场的调整,其分析场在闪电发生位置处的水凝物增量较大,相对湿度和反射率的分布情况与中国全球大气再分析资料(CRA)及雷达反射率观测值最接近。降水预报方面,LGDA显著提高了大暴雨雨带(6 h累积降水量≥50 mm)和强降水中心(6 h累积降水量≥200 mm)位置和强度的预报效果,对本次强降水过程的预报起到了积极作用,尤其是对前3 h的降水预报。

往返平飘式探空在CMA-MESO三维变分中的同化及对模式预报的影响

往返平飘式探空通过一次探空气球施放实现“上升段-平飘段-下降段”三段观测,其下降段能实现在06时(世界时,下同)和18时自动垂直加密观测大气,具备提升区域高分辨率快速同化循环预报系统在06时和18时的预报技巧潜力。为了实现往返平飘式探空在区域高分辨率模式中的同化,分析其对预报的影响,初步提出了“选取模式层最接近观测”的垂直稀疏化方法来预处理资料,深入分析了稀疏化对同化效果的影响,论证了资料垂直稀疏化对于同化应用的必要性;在此基础上,开展了为期1个月的批量同化影响试验,着重分析了往返平飘式探空在长江中下游区域的组网观测对CMA-MESO模式预报技巧的影响。稀疏化敏感性试验结果表明,同化不稀疏化的往返平飘式探空相比同化传统业务探空,分析和预报误差显著增加,降水预报评分也显著降低,相反,“选取最接近模式层”数据的垂直稀疏化方案能提高模式的分析和预报技巧,表明往返平飘式探空同化前必须进行垂直稀疏化。批量同化试验结果表明,在冷启动时刻(00时和12时,为常规探空释放时刻),同化往返平飘式探空(上升段)相对同化传统业务探空,分析误差和预报误差变化较小。但在暖启动时刻(03、06、09、15、18、21时,无常规探空释放时刻),增加往返平飘式探空下降段数据,相比控制试验,分析场精度提高了约0.4%。此外,0~12 h累计降水预报的ETS评分变化较小,但12~24 h累计降水预报在0.1、1.0、5.0、10.0、25.0 mm量级降水ETS评分提高了约0.5%,在50.0 mm量级的降水ETS评分提高了约2.3%。总体而言,同化往返平飘式探空对于区域高分辨率快速同化循环预报系统在暖启动时刻的降水预报技巧有正贡献。

一种近实时全球电离层数据同化和预报系统的构建与实现

电离层天气变化正成为目前空间天气预报最重要的内容之一,建立一个可靠的、精确的电离层特征参量现报和预报系统对空间科学研究及军民用无线电信息系统保障均具有重要价值。基于国际GNSS服务组织(International GNSS Service,IGS)的地基GNSS和全球电离层无线电观测站(Global Ionospheric Radio Observatory,GIRO)数字测高仪的实时数据,以国际参考电离层(International Reference Ionosphere,IRI)模型为背景模型,采用高斯-马尔可夫-限带卡尔曼滤波同化技术,结合超大规模矩阵稀疏存储与处理方法,在云计算平台上构建完成了近实时全球电离层数据同化和预报系统(near-Real-Time Global Ionospheric Data AssiMilation and forecasting system,RT-GIDAM)。该系统具备了全球电离层TEC和电子密度的近实时(延时约5 min)、较高空间(5°×2.5°)和时间分辨率(15 min)的同化和预报功能,可为空间物理研究及相关无线电系统应用提供数据支撑。

多源极轨卫星微波温度计资料实时区域同化系统

基于中尺度数值预报模式WRF和WRFDA同化系统,实现多源极轨卫星微波温度计资料实时区域同化,并对同化产品进行评估和应用。2018年同化试验结果表明:通过质量控制和偏差订正,AMSU-A资料第5~9通道亮温观测增量O-B(观测值O和背景场的正演辐射模拟值B的差值)的标准差有效降低,同化后各通道亮温分析残差O-A(观测值O和分析场的正演辐射模拟值A的差值)的标准差有效降低。同化预报产品被应用在暴雨强对流个例和台风个例中,取得良好效果。

基于WOFOST模型与遥感数据同化的县级尺度玉米估产研究

区域尺度的作物生长动态监测和产量预测对于保障粮食安全和农业政策的制定具有重要参考依据。遥感数据同化应用极大提高了作物估产的时效性和精度。为及时、准确地实现县级尺度粮食产量的估测,以及提升产量估测的精度,以辽宁省铁岭县为研究区,采用WOFOST(world food studies)模型与遥感同化相结合的方法对铁岭县玉米进行估产研究。通过采用扩展傅里叶幅度敏感性检验算法(extened Fourier amplitude sensitivity test,EFAST)敏感性分析方法实现玉米估产敏感性参数的分析,以及本地化;通过采用参数自动率定程序PEST(parameter estimation)实现参数的优化,验证结果为采样点产量的平均误差为852.39 kg·hm^(-2),模型模拟的精度达到92.82%。为进一步提高和优化模型估产精度,将遥感反演得到的叶面积指数采用集合卡尔曼滤波算法与模型模拟的叶面积指数进行数据同化,平均误差从同化前的852.39 kg·hm^(-2)降低为435.01 kg·hm^(-2),估产精度从92.82%提高到96.33%,有效提高了WOFOST模型估产的精度。结果表明:水分对玉米的生长发育限制并不大,其产量形成主要受光温影响,对温度、光能利用效率和最大同化速率有关的参数具有较高的敏感性;优化后的模型能够较好模拟铁岭县玉米生长发育情况,产量验证表明优化后的模型模拟的效果较好,但仍存在一定的误差;比值植被指数与叶面积指数的相关性最高,反演模型精度较好,反演结果表明叶面积指数在抽雄吐丝期差距较大,而在成熟期的差距不大;经过作物模型与遥感数据同化之后,估产的精度得到明显提高,说明遥感与作物模型同化是一种有效地提高作物估产和产量预测精度的方法。

“约”和“不约”而同:李双元教授法律趋同化思想的破产法表现

在近年逆全球化挑战的背景下,李双元教授提出的法律趋同化思想依然有着强大的生命力。法律趋同化思想在破产法领域的表现形式包括国际协调的趋同化和国内自发的趋同化。一方面,联合国国际贸易法委员会关于破产法的立法指南、示范法和《欧盟跨境破产程序条例》都是企业破产法国际协调的趋同化的重要实践,而《世界银行自然人破产问题处理报告》则为个人破产国际协调的趋同化提供了参考。另一方面,全球性危机也使各国破产法国内自发趋同化的表现形式受到了更多关注。各国在应对全球性危机时自主采取的企业破产法措施集中表现为三种相似类型,包括:(1)调整和适用现有破产程序;(2)引进新的重整或拯救程序;(3)引入新的非破产解决方式。个人破产法也在寻求利益平衡的过程中表现出趋同化。未来的法律趋同化研究需更加重视法律趋同化的多样化表现形式和本土法律文化对法律趋同化的影响。

两岸术语求同化异路径初探

语言文字的统一是促进和维护国家统一的标志。术语是各领域知识和信息传播的核心和灵魂。现有研究发现,两岸多个领域的术语差异高达30%以上。从语言学角度看,同实同形术语包含两岸共同的语言表述规律性,“同实异形”的差异术语存在共性规律和微观可协调性;从术语使用现状看,异形术语有两岸融合的情形。学界已建设了大量的术语对照资源,据此本研究提出两岸术语研究应以“求同化异”为理念。本着同中求规律、异中找共性的研究思路,文章以社科领域两岸对照术语为研究基础,以英语对照术语含system的一组术语为例,对两岸同实同形、同实异形术语进行了分类研究,归纳了两岸同实同形术语的共同表述规律,分析了同实异形术语的差异类型和共性特征,讨论了相应的协调策略,期待为之后的术语生成、翻译提供参照,从而服务于两岸统一大业。

全方位育人视角下地方财经高校来华留学生趋同化管理研究--基于H大学的调查

由于办学条件、师资力量及国际学生素质等多方面条件的限制,地方高校来华留学生趋同化管理存在着更多的短板。实施全方位育人是推进地方财经高校来华留学生趋同化管理的重要途径。地方财经高校在不同程度上存在着来华留学生管理与培养体系比较封闭,促进国际学生全面发展的载体、平台尚不丰富,趋同化管理中的价值引领作用有待强化等问题。来华留学生的整体治理水平,来华学生培养方案优化程度,国际化、信息化校园建设直接制约着地方财经高校的趋同化管理水平。优化政产学研协同育人模式、丰富来华留学生见证中国社会发展的渠道、构建全方位育人的趋同化教育生态环境、打造国际化智慧校园是地方财经高校留学生趋同化管理水平提升的重要路径。

趋同化管理背景下来华留研究生教育困境与发展路径研究

随着经济全球化和中国综合国力的不断提升,中国在国际上的地位和影响力不断增强,越来越多的留学生 来到中国进行学习,来华留学研究生教育成为我国教育体系的重要组成部分。但在趋同化管理背景下,来华留学研究生 教育存在着培养质量与预期目标存在差距、办学机制不健全、师资队伍建设有待加强、信息化水平有待提高等问题。要 实现来华留学研究生教育的持续健康发展,首先第一步完善来华留学研究生培养机制,第二步完善来华留学研究生管理 体制,第三步加强来华留学研究生师资队伍建设,第四步提升来华留学研究生教育信息化水平。只有这样,才能培养出 高质量的、符合中国经济发展需求的人才,满足世界各国人民对中国高等教育的期待。

“一带一路”背景下留学生趋同化管理策略探析

文章提出在推动“一带一路”倡议的同时,强调留学生管理过程中应注重多元文化的尊重和交流合作,促进文化融合和共享。在这一过程中,政府、高校、学生个人都要负起相应的责任,并在此基础上建立起一个良好的交流机制,为学生的综合发展和素质的提高提供帮助。通过尊重多元文化、加强跨文化交流和提供全方位支持,可以更好地促进留学生与中国社会的融合,为“一带一路”倡议的成功实施提供有力支持,实现留学生的全面发展和国际化素质的提升。

高校来华留学生管理怎样“异”中求“同”?--兼论趋同化管理

伴随中国高等教育国际化进程的逐步推进,高校来华留学生趋同化管理成为新时期高校管理的重要课题。从留学生趋同化管理可能遇到的困难入手,阐述对趋同化管理和文化认同间关系的新理解,同时对中国5所高等院校留学生趋同化管理的实践进行分析比较,提出摆正国际办学理念、丰富教学内容、增强校园软硬件设施建设等推动高校留学生趋同化管理的建议,以期为更多高校的留学生培养实践提供有益借鉴。

面向内流的激波/边界层湍流模型数据同化及应用

为研究压缩拐角激波/边界层干扰问题和机器学习方法在湍流模型参数辨识中的有效性,提出一种面向内流的激波/边界层湍流模型数据同化方法,以Kriging代理模型传播参数不确定量化过程,基于贝叶斯框架构建似然函数作为评判标准,最后利用粒子群优化算法近似获取参数的最大似然估计并进行参数验证。结果表明,通过校准大角度(24°)压缩拐角获取的湍流模型参数,可以应用到相同条件下相对较小的小角度(20°,16°和8°)压缩拐角,获取的壁面压力、摩阻系数和速度剖面均与试验值基本吻合。在Ma=2.85下校准的壁面压力,均方根误差由60.29%下降到16.56%。将大角度下获取的参数应用到Ma=2.9和不同的入射边界层厚度的条件下,获取的壁面压力和速度剖面仍与试验值基本吻合,验证了小范围马赫数内湍流模型参数的适用性。

基于Fortran语言的地球外辐射带电子三维数据同化建模

开发地球电子辐射带的数据同化模型,对于理解辐射带电子的动态演化过程和辐射带空间天气预报具有重要意义.结合范阿伦卫星的辐射带电子观测数据和外辐射带三维扩散模型,采用卡尔曼滤波算法,本文开发了基于Fortran语言的外辐射带电子三维数据同化模型(Three-dimensional Data Assimilative Model of Outer Radiation belt Electrons,简称TDAMORE),实现对L^(*)=3~7、能量范围为0.1~5 MeV、投掷角范围为5°~90°的外辐射带电子时空变化过程的三维重构.通过对2018年8月期间外辐射带电子通量演化过程的重构,证实TDAMORE模型可以较好地重现不同能量和不同投掷角电子通量在磁暴前后的演化特征.通过分析电子通量的观测和同化结果之间的相关系数、平均误差、平均绝对误差和均方误差,发现对于能量低于4 MeV的电子,观测与同化结果之间的相关系数基本大于0.8且误差相对较低.而对于更高能量的电子,观测与同化结果之间的误差相对较高,这可能是同化模型忽略了电磁离子回旋波对电子的散射损失导致的.

两种彗星兰应对干旱胁迫的光合碳同化途径响应

为更加科学和高效地对两种彗星兰进行繁育工作,开展了叶片厚度、稳定碳同位素分馏值(δ^(13)C)、昼夜净CO_(2)吸收动态和可滴定酸含量检测,探索该两物种应对干旱胁迫的光合碳同化途径响应。结果表明:长距彗星兰(Angraecum sesquipedale)的叶片厚度为1.07 mm、δ^(13)C值为-17.24‰;拟长距彗星兰(A.sororium)的叶片厚度为0.58 mm、δ^(13)C值为-27.74‰;长距彗星兰仅在暗期吸收CO_(2)并随着干旱胁迫的加深其净CO_(2)吸收速率也逐渐降低;拟长距彗星兰在未干旱条件下主要在昼期吸收CO_(2),但在干旱处理后的第2~5天暗期净CO_(2)吸收速率转变为正值并逐渐增加;长距彗星兰的早晚可滴定酸含量差值由未干旱的47 mmol·g^(-1)降低至干旱胁迫的22 mmol·g^(-1),而拟长距彗星兰的由39 mmol·g^(-1)增加至60 mmol·g^(-1)。结果支持长距彗星兰为景天酸代谢(CAM)途径植物,而拟长距彗星兰为C3植物的兼性CAM物种;前者CAM途径的启动不受干旱胁迫调控,但后者反之。

基于数据同化系统的作物产量预测研究进展

数据同化系统融合了遥感数据和作物生长模型的优势,是实时监测农业生产状况的有力手段。本文在简要介绍作物产量遥感估测方法的基础上,重点对数据同化算法的发展情况、多源遥感数据在数据同化上的应用潜力、数据同化系统的不确定性以及数据同化系统的尺度效应4方面进行论述。并且针对农业应用现状,提出未来应充分挖掘多源遥感数据、多作物生长模型集合和数据算法的优势,最终实现以机理模型为纽带的作物估产模式,并为制定田间管理策略、规划粮食产业布局和制定进出口贸易政策提供有力的数据和技术支撑。

化肥有机肥配施比例对油菜根际土壤利用光合同化碳微生物的影响

【目的】利用同位素标记方法,研究化肥有机肥施用配比对油菜根际土壤利用光合碳细菌和真菌群落结构和多样性的影响,以了解有机肥改善根际土壤微生态环境的主要途径。【方法】盆栽试验在湖南中国科学院桃源农业生态试验站温室内进行,供试油菜品种为湘杂油6号,土壤为红壤。在等氮磷钾投入量下,设置3个化肥有机肥配施比例处理:3∶1(OF25)、1∶1(OF50)、1∶3(OF75),以及单施有机肥(OF100)、单施化肥(CK)处理,共5个处理。于油菜移栽40天(蕾薹期)进行土壤^(13)CO_(2)标记,连续标记20天后采集根际土壤,用气相色谱-燃烧-同位素比率质谱联用仪测定各类磷脂脂肪酸PLFA种类及其^(13)C值(^(13)C-微生物),用于分析微生物种类及其相对丰度,共获得15种PLFA单体脂肪酸结构,依据^(13)C值计算各类微生物相对丰度和绝对含量,以其总和作为微生物总量。【结果】油菜根际土壤共测得12种利用光合同化碳细菌和3种真菌,细菌包括革兰氏阳性菌(G^(+))a15:0、i17:0,革兰氏阴性菌(G^(-))2OH 14:0、3OH 14:0、cy17:0;14:0、16:0、15:0、18:0、19:0、20:0、17:0;真菌为18:1w9tans、18:2w6c、18:1w9c。OF75和OF100处理^(13)C标记G^(+)细菌、真菌PLFA量与CK无显著差异,G^(-)菌分别比CK提高36.41%和62.03%。^(13)C标记真菌和G^(+)菌是利用光合同化碳的主要群落,随着有机肥比例的增加,细菌相对丰度增加,真菌相对丰度减少;G^(-)菌相对丰度增加,G^(+)菌相对丰度减少。土壤有机碳、全磷、全氮以及氨基酸总量显著影响根际土壤微生物和利用光合沉积碳土壤微生物群落分布,而根际分泌物氨基酸量只与根际^(13)C土壤微生物多样性呈显著正相关。【结论】化肥有机肥配施比例引起土壤有机碳、全氮含量以及根系分泌物中氨基酸含量的变化,进而影响根际土壤中利用光合沉积碳微生物群落组成和多样性。当化肥和有机肥配施比例达到1∶3时,油菜根际土壤微生物特征性PLFA含量和多样性明显优于单施化肥,表明此配比为根际土壤微生物提供了更友好的微生态环境。

卫星微波湿度计资料同化对雅鲁藏布江大峡谷暴雨模拟的影响

利用数值预报系统Weather Research Forecast Model(WRF)与三维变分同化系统Data Assimilation(WRF-DA),通过控制方案(Con)、NOAA-19方案(MHS)和FY-3C方案(MWHS-2),研究了FY-3C搭载的Micro-Wave Humidity Sounder 2(MWHS-2)和NOAA-19(National Oceanic and Atmospheric Administration-19)的Microwave Humidity Sound-er(MHS)微波湿度计资料同化了雅鲁藏布江大峡谷暴雨模拟预报的影响。结果表明:利用WRF-3DVAR(Three Dimensional Variation)同化MHS与MWHS-2微波辐射资料的模拟,改善了降水的落区位置,但MWHS-2试验降水落区更偏北;同化使得水汽场的落区明显改善,但相较于落区的改善,其对强降水量级的改善作用较小。同化增强了700 hPa南北风分量,加大了研究区域水汽的输送强度,有利于水汽聚集。同化也改善了温度场,如700~400 hPa层形成具有不稳定性的垂直温度场结构,有利于降水产生和发展。总之,MHS试验的模拟结果优于MWHS-2,主要体现在风场、温和湿度场。此外,MWHS-2试验的24 h预报均方根误差变化较稳定,说明该数据更有利于中后期的模拟。