基于AI的洪涝过程快速模拟预报方法及应用

针对洪涝预报对时效性较高的技术需求,基于AI技术,结合基于物理过程的水文水动力模型,通过对典型暴雨和洪涝过程进行学习训练,形成可快速预报洪涝过程的AI方法。首先构建研究区域洪涝过程的水文水动力数值模型;其次使用水文水动力模型模拟计算不同降雨下的洪涝过程,形成成果库;再次使用不同类型的AI学习方法,对降雨主要特征要素和洪涝过程的相关关系进行机器学习,并验证该学习方法的可靠性,形成该研究区域洪涝过程的快速模拟预报机器学习模型;最后输入预报降雨值,应用机器学习模型快速预报洪涝过程。分城市内涝和流域洪水两种洪涝类型进行了方法介绍和应用展示。表明所构建的AI模型可在相似精度的基础上,较物理过程模型提速300~400倍。

水文模型模拟预报的多源数据同化方法及应用研究进展

介绍了水文遥感数据同化中常用的数据同化方法,总结了变分和顺序两类数据同化常用方法的优势与不足;以土壤湿度与径流两个水文变量的数据同化研究为重点,探讨了土壤湿度、径流、降水、蒸散发、积雪等多源数据在水文模型模拟预报中的同化研究进展及其在同化应用中存在的问题;最后,从数据同化方法、多源数据同化应用方面总结了水文遥感数据同化的未来发展方向,提出遥感、地面等多源数据的同化在改进水文模型模拟预报方面的应用潜力将会随着遥感观测技术与反演方法的改进、水文模型结构的完善以及数据同化方法的优化而不断增大,多源数据在水文模型模拟预报中的综合应用将是水文遥感数据同化发展的必然趋势。

凌河保护区综合管理的洪水模拟预报研究

近年来,水文部门根据降水预报,探索流域洪水模拟预报,对密切监视暴雨洪水、做好防汛调度决策起到良好作用。文章在统计分析小凌河多年暴雨洪水的基础上,采用不同雨级平均24 h时段比率,进行凌河保护区洪水模拟预报成果编制研究。构建"以流域为单元、以干流为主线、以水库和河道水文站为控制节点"的流域河库联合模拟预报调度成果图表,实现流域水系河库模拟预报调度。通过科学的实时洪水调度可以调蓄洪水,减轻洪水灾害。同时,也可为流域洪水资源化提供保障和科学依据,实现流域的综合管理。

松嫩平原南部区域地下水数值模拟预报所反映出的水文地质条件变化

建立了研究区水文地质概念模型和数学模型,采用WINFEM软件对第四系孔隙潜水、孔隙承压水双层含水层 进行了仿真模拟,结合新提出的模糊均生函数残差模型REMFAF和其它统计模型对源、汇项的科学处理,对2005、 2010及2015年地下水位进行了预报,并通过模拟提出了研究区地下水可开采资源量,与水均衡法的结果基本一致。

水库模拟预报调度方法探索

水库模拟预报调度主要依据当前的天气形势、气象预报信息、水库现实运行状态、上游河道水情情报,在一定的假设前提下,提前做出的预报分析和水库防洪调度方式指引,使水库提前做好洪水防御做好准备,并为防汛指挥决策提供前期的依据。文中针对三道岭水库实际情况,在洪水预报方法方面进行了分析探索。

太子河流域洪水模拟预报调度探索

文中以太子河流域为例,探索流域洪水模拟预报调度方法,构建"以流域为单元、以干流为主线、以水库和河道水文站为控制节点"的流域河库联合洪水模拟预报调度成果图表,实现流域水系河库洪水模拟预报调度。

浅析内蒙古自治区第二届冬运会牙克石赛区模拟预报

大型体育赛事受气象条件的制约和影响,模拟预报发现预报的着眼点和关键点,是做好气象保障服务的前提条件。本文通过对比分析12月14日-21日冬运会模拟预报,08时、11时、14时、凤凰山滑雪场赛道最高点与最低点预报与实况。结果表明;EC细网格10m风场市区规律显著,风速低点与市区差不多,高点偏高,风向基本一致,风力等级3级以上差异不明显,极大风速根据最大风力等级对应的数值进行预即可;实况订正预报准确率较高;相对湿度EC细网格参照性较差,并且规律性不明显;天气现象准确率较高;温度预报与实况相比普遍偏高。

基于高性能计算的风暴潮模拟预报平台技术研究

风暴潮是我国主要海洋灾之一,每年造成直接经济损失最为严重。随着海洋预警预报工作的机制建立,对风暴潮灾害预报的准确性和时效性要求越来越高。随着计算技术的发展,并行运行技术的广泛应用,基于高性能计算的风暴潮模拟与预报技术的研究和发展,建立模拟预报平台,通过实时的沿海风暴潮灾害预报,预估沿海风暴潮分布情况,模拟风暴潮诱发的海浪灾害,为灾害防御工作提供有力的支撑。

葫芦岛地区水库洪水模拟预报研究

通过对样点水库设定固定降雨量值和流域蓄水量等级等手段,分别得到了各水库在不同设计降雨条件下的洪量及起调水位,并在资料较齐全的大型水库上进行了验证。结果表明:模拟满足预报精度要求,该方法适合葫芦岛地区各类型水库的洪水预报,适合推广用于确定葫芦岛地区各类型水库特征值。

南海夏季风爆发的数值预报模拟实验

１９９８年５月２１日００时（ ＵＴＣ），对流层上部 ２００ ｈＰａ的南亚反气旋中心位于（１６°Ｎ， ９４°Ｅ）附近， ８５０ｈＰａ南海的中南部仍为副热带反气旋控制；到 ２１日１２时， ２００ｈＰａ的南亚反气旋中心迅速移到（２１°Ｎ， ９４°Ｅ）附近，同时 ８５０ ｈＰａ的南海副热带反气旋减弱东撤，南海的中南部由东南风转变为西南风，南海夏季风爆发。本文利用美国国家大气研究中心和宾西法尼亚州大学联合研制的中尺度模式（ＭＭ５Ｖ２）模拟预报这一过程，同时通过敏感性实验研究了区域边界条件和水平分辨率对季风预报模拟实验的影响。

基于WRF-LES模式的大气边界层近地风场精细化模拟研究

台风等极端气象灾害对工程结构安全造成严重威胁,研究近地面大气边界层精细化模拟对于土木工程具有重要应用价值.数值天气预报系统(WRF)中的大涡模拟(LES)模块具有参数方案多、精度高等优点,适用于近地面风场精细化模拟,但数值天气预报-大涡模拟(WRF-LES)精细化模拟效果与参数设置密切相关.寻求适用于精细化模拟近地面风场的参数设置,选用WRF-LES模式中的几种次网格模型和空间差分格式,采用较细密的网格分辨率,进行理想大气边界层模拟.对比平均风速剖面、湍流强度剖面和功率谱等风场特性,讨论关键参数对近地面风场模拟精度的影响,确定合适的参数设置.研究表明:对次网格模型,非线性回波散射和各向异性(NBA1)模型可有效改善近地面风场模拟精度;对网格方案,在计算域底部不均匀加密垂直网格可更好地描述近地面风场空间分布特征,有效减小计算资源;对空间差分格式,偶数阶差分相较奇数阶差分格式可捕获更小尺度湍流结构.所提出的WRF-LES模式参数方案,可为精细化模拟近地面风场和台风边界层提供技术参考.

以福州为示范的城市空气质量实时精细化模拟与预报

本研究在已有空气质量站点的基础上,采用多功能、高效、小巧的传感设备进行监测加密,利用大数据的分析机理与空气质量模型的城市计算技术,以海峡西岸城市群中的福州市为示范,建设城市空气质量实时精细化模拟与预报系统。实时分析城市细粒度(1km×1km)的空气质量,有效提高了城市不同地理位置污染物浓度差异性的分辨率,同时对城市空气污染的发展趋势提出预测,为精细化分析污染成因提供基础数据,从而为环境管理提供决策辅助支持、市民出行提供帮助与指导。

浅层地下水水位动态模拟与中长期预报

用多元回归与自相关相结合对浅层地下水动态进行模拟预报,并对该方法的物理意义加以阐明。

长江中下游实时洪水预报模拟

以长江中下游防洪系统为对象,概述了在大型复杂防洪系统水沙运动数值模拟基础上,成功地将面向长江中下游防洪规划论证需求的水沙数学模型转化为面向长江防洪系统防汛方案评估需求的长江中下游实时洪水预报数学模型。为适应实时预报调度快速、准确评估的要求,提出了基于水动力学的循环滚动计算模式和实时校正模式。实现了水文学实时校正方法与水动力学数学模型的耦合,建立了基于水动力学的实时校正模式和分洪溃口洪水预报模式。通过长江中下游防汛期间的试运行,较好地解决了洪水预报误差校正和分洪溃口后洪水预报等关键难题,为防汛方案的制定和实时洪水调度方案优化提供了技术支撑,主要成果已应用于长江中下游防汛调度方案中。

阴山北部农牧交错带耕作粉壤土未冻水含量预报模拟研究

本文对内蒙古阴山北部农牧交错带耕作土壤进行了未冻水含量试验,得出了在不同初始含水量情况下的土壤未冻水含量变化曲线。并应用典型预报模型Anderson模型对该区粉壤土未冻水含量进行了预报模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比分析,验证了Anderson模型对该区粉壤土未冻水含量模拟的可信度。通过阴山北部耕作土壤粉壤土的未冻水含量试验模拟研究,揭示了该地区粉壤土的冻结特性,明确了冻结粉壤土未动水含量随温度的变化规律,对进一步研究该地区的土壤冻融水热运移、土壤冻融作用下的结构变异、冻结粉壤土的含水量测试提供帮助。

WRF-Hydro模式在水文模拟与预报应用中的研究进展

介绍了WRF-Hydro模式的应用进展,探讨和总结了WRF-Hydro在水文模拟与预报中的应用概况、主要参数的敏感性及在应用中WRF/WRF-Hydro双耦模式与WRF独立运行模式的异同。结果表明,WRFHydro能够对水循环关键要素如降水、土壤湿度、产流等实现在耦合、非耦合情况下的模拟和预报,是具有物理机制的数值预报工具,能够进一步改进水文气象要素的模拟和预报能力;在应用和分析其水文性能前,应对WRF-Hydro的主要参数进行敏感性试验和率定。通常,入渗系数被认为是对产流量影响最敏感的参数,曼宁糙率是对流量过程线影响最大的参数;与WRF模式相比,WRF/WRF-Hydro双耦模式能够在不同空间网格上实现对大气、陆面和水文过程的多尺度模拟,能够更好地模拟降雨和陆面水循环过程;WRF-Hydro与大气模式的耦合将成为未来大气水文耦合研究的发展趋势,但现在双向耦合的研究尚未完全成熟,还需在更多不同气候区的不同类型流域、针对不同降雨产流过程进行进一步的验证,同时开展参数优化技术研究,以提高水文气象要素的模拟预报能力。

钢件感应淬火后淬硬层分布的计算机模拟预测及实验验证

利用梅尼尔组织预测预报数值模拟模型,采用自编程序,对钢件感应淬火后淬硬层组织及其含量分布情况进行计算机模拟预测,并进行了实验验证。结果表明,模拟结果与实验结果比较吻合,具有一定的可靠性, 说明梅尼尔模型也可用于对感应淬火工艺下零件淬硬层分布及组织含量的模拟预报。

气候集成预报的初步探讨

将气候集成预报的ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟方法应用到带有门限的海气耦合随机动力模式中。利用相空间概念确定预报误差，对不同相变量初值随机扰动的概率密度分布函数以及ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟的集成样本数进行了最佳选择试验。结果表明，初值随机扰动的概率密度分布以均值为零的高斯分布为最好，集成样本数以Ｎ＝３２为宜。用气候持续预报来检测不同预报方法的预报技巧。对１９８２～１９８３年，１９８６～１９８７年的ＥＮＳＯ事件进行了个例预报试验，表明，ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ集成预报方法在一定程度上优于单个的随机动力模式预报，它们的预报效果都比气候持续预报的好。