逻辑分析专家系统LAP

本文介绍了一个基于推理方法的逻辑分析专家系统LAP(Logic Analysis expert system in Prolog)。文中详细介绍了LAP系统的功能、系统结构、逻辑电路的知识表述方法、描述语言和分析实例等。

中尺度分析系统LAPS应用雷达资料的个例研究

武汉暴雨所引进国际先进的中尺度分析系统LAPS,经成功本地移植后,该系统能融合华中区域多种非常规观测资料,提供包含丰富中尺度信息的高分辨率中尺度分析场。针对一次梅雨期强降水过程,利用LAPS系统进行中尺度分析,通过对比该系统融合多普勒雷达资料前后各种物理量场的差异,研究了多普勒雷达资料在该系统中的作用。结果表明,LAPS融合雷达径向风后,对风场的改善比较明显,能揭示流场的中尺度信息。融合多种资料后的LAPS中尺度分析场比NCEP再分析场更接近实况,能清楚地反映中尺度特征,可作为分析此次强降水过程发生、发展的工具。融合雷达资料反射率后,LAPS云分析能提供与实况接近的较细致的云信息,有利于了解暴雨过程中云参数的演变,同时也为数值模式热启动提供条件。

局地分析和预报系统(LAPS)及其应用

随着探测手段的发展,越来越多的探测资料可以提供给数值天气预报。为了更有效地将这些不同格式的探测资料融合同化为常规物理量,为预报员提供更加直观的中尺度分析场以及为数值模式提供包含丰富中尺度信息的初始场,引进美国的局地分析预报系统LAPS(Local Analysis and Prediction System)。介绍了该系统处理资料的原理、方法。初步试验结果表明,对LAPS系统的局地化比较成功,可以融合T213或NCEP、多普勒雷达、云导风、探空及自动站等多种资料,为预报员提供更好的预报依据。

基于卫星资料同化和LAPS-WRF模式系统的云天太阳辐射数值模拟改进方法

太阳能光伏发电已成为仅次于水电和风能的第三大可再生能源,光伏发电受云量时空变化的影响较大,因此准确模拟云天太阳辐射的时空变化对电网安全运行至关重要。围绕如何减小中尺度气象模式的云初始场误差,进而改进云天的太阳辐射模拟这一关键科学问题,本文通过研究基于卫星资料同化的LAPS(Local Analysis Prediction System)多时间层三维云分析同化方法,改进三维云结构,并将LAPS模式输出结果作为WRF(Weather Research and Forecasting)模式的初始场,模拟了2008年1月及夏季(6~8月)北京地区的总云量和总辐射的时空分布,重点分析了多云和有降水天气过程总辐射的模拟改进效果及其原因。结果表明,同化前后的总云量模拟值与观测值的时间变化趋势基本一致,但大部分时次总云量的模拟值低于观测值;大部分多云及降水时段同化后总云量模拟值较接近于实测值。1月晴天、多云天以及夏季晴天同化前后总辐射模拟值与实测值的时间变化趋势较一致,但同化前后两者的相关性差异不明显;晴天条件下同化前后总辐射模拟值均低于实测值,1月多云条件下多数时段同化后总辐射模拟误差减小不明显,与总云量的改进效果不显著有关。夏季多云、有降水及6月典型降水三种天气条件下同化前后总辐射模拟值与观测值的相关性稍差,同化后两者的相关性较同化前有所改进,尤其是6月典型降水过程改进效果较明显;同化前总辐射模拟误差较大,而同化后误差显著减小,尤其是6月典型降水过程同化后均方根误差和平均相对误差较同化前分别减小了102.6 W m^(-2)和355.9%,最大相对误差减小更显著;同化后总辐射模拟误差小于同化前的比例高达75%,即大部分时刻同化后模拟误差小于同化前。多云和有降水天气过程总辐射模拟效果的显著改进与总云量的改进密切相关,即同化后总云量模拟值增加,云的反射和散射作用增强,导致模拟总辐射减小,即更接近于实测总辐射值。研究结果对于多云和降水天气条件下太阳辐射的模拟效果改进、太阳能资源客观评估以及光伏电站的发电量预测具有一定的科学和实际应用价值。

应用LAPS系统分析风、温度、云和降水

美国国家海洋大气局环境研究院的预报系统实验室（ＮＯＡＡ／ＥＲＬ／ＦＳＬ）建立了一个新的中尺度分析系统，称为局地分析和预报系统（ＬｏｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）。其目的是为了改进０—６小时的短时天气预报。这是一个实时的资料同化、处理系统，它可以将各种不同来源的气象信息，经过四维同化处理，生成每小时一次的实时产品，其水平格距为１０公里，垂直分辨率为５０百帕。产品包括风、温度、云和降水等，以及众多的二级产品。生成的产品一方面在计算机屏幕上显示，供预报员制作局地天气预报使用。同时，也用于中尺度数值预报。这个系统将于九十年代末在全美国推广。

使用LAP激光系统实现CT引导下精准穿刺体表定位的方法

为实现CT引导下精准穿刺定位,利用西门子虚拟模拟Vsim工作站和外置LAP激光DORADO3系统,建立患者坐标系和激光坐标系转换关系。使用WPS表格制作编辑专用工作表,在表中输入相关原始数据,得到LAP激光灯和CT扫描床的最终位置数据。根据结果驱动激光灯和CT扫描床移动,从而确定体表穿刺点。本文介绍的方法操作简单方便,尤其适用于需要术中定位或多点穿刺的操作。

贵州省LAPS系统的本地化以及初步评估

为了在同一平台查阅不同渠道获得的气象观测资料,并生成中尺度数值模式的初始场,贵州省气象局引进LAPS(局地分析预报系统)并进行初步本地化。对2015年6月贵州省内2次大范围降水过程进行诊断分析。结果表明,融合了多种贵州当地观测资料后,LAPS系统所输出的分析场可以较好地显示因为站点分布不均等原因而不易观测到的中尺度天气系统。但是,在反映基本反射率时,数值偏大,目前仅用于预报员参考其最大值所处的位置,暂时不能用于雷达定量降水估测(简称QPE),还需要进一步的研究和订正。

LAPS同化GPS/PWV资料在暴雨预报中的应用研究

利用LAPS(Local Analysis and Prediction System)系统同化GPS(Global Positioning System)/PWV(Precipitable Water Vapor)资料,分析GPS/PWV资料对LAPS输出场的影响,并结合WRF模式,将LAPS输出场作为其初始场进行降水预报,进一步考察GPS/PWV资料对降水预报的作用。选取2009年6月28日湖北地区的一次强降水过程,设计三种方案进行试验。结果表明:同化GPS/PWV资料后对LAPS湿度场有显著的改善,而对高度场及风场的作用则不明显;GPS/PWV资料对区域平均可降水量的影响比雷达资料大一个量级;与此同时,利用多种评分方法对6 h累计降水做了检验,分析结果表明同化GPS/PWV资料能够有效地改进WRF模式的初始场,增加丰富的中小尺度信息,并对随后的确定性预报产生正影响。

LAPS同化MTSAT-2水汽资料在一次中尺度大暴雨模拟中的应用

中尺度分析系统LAPS（local analysis and prediction system）在国内已业务化多年,可以融合多种国内观测资料;但是针对卫星资料的融合应用研究还不够充分。为此,实现了LAPS融合MTSAT-2卫星资料的接口;并结合WRF模式,选取2014年7月24~25日发生在江苏及附近地区的一次强降水过程进行模拟。通过对比LAPS系统融合MTSAT-2卫星资料前后的物理量场的差异,以及经WRF模式预报的降水量差异,分析基于LAPS系统同化MTSAT-2资料对暴雨预报的作用。结果表明,LAPS融合MTSAT-2卫星资料后对地面相对湿度场和降水区域分布均有明显改善作用。利用多种评分方法对24 h累计降水进行检验,发现同化MTSAT-2资料对大雨及以上量级降水的预报改善作用明显,特别是对大暴雨级别的降水预报效果改善最为显著。

HY-2卫星近海面风场资料融合及在海上天气系统分析中的应用

运用LAPS数据融合分析系统,探讨将HY-2卫星海面风场(SSW)资料进行融合处理,提供规范化的区域再分析资料。经过多步资料预处理后将数据输入LAPS系统,并分析验证融合效果,获得HY-2卫星融合数据。结果表明,HY-2卫星的SSW数据的LAPS融合,需采用LAPS地面分析模块,才能有效地将数据输入LAPS系统。对HY-2卫星海面风场反演数据经过异常值剔除、卫星扫描网格处理、卫星数据平滑滤波等几项预处理,可以修订卫星数据固有偏差和滤除卫星精细化扫描携带的噪音,更恰当地显示卫星对近海面风场的精细化描述。交叉验证显示,预处理后的资料能有效保留原始资料中的重要的精细化数据信息。卫星SSW数据的区域LAPS融合产品改善了卫星扫描区的空间覆盖率在时空上的多变性,提供了可进行物理量诊断计算的经纬度网格区域场,满足了专业分析和研究对资料的要求。融合后的卫星SSW数据场在用于对海上台风、海上副高、近海面辐合中心等系统的分析和诊断中,对各系统中的中尺度结构时空特征给出了更为具体和定量化的描述。

AREM模式的热启动数值模拟——以2007年7月13日暴雨过程为例

在成功移植LAPS云分析系统的基础上,实现了AREM暴雨中尺度数值预报模式的有云状态运行,并以2007年7月13日我国中部地区的一场大暴雨过程为例,进行了AREM模式冷、热启动的数值试验研究。结果表明:(1)模式冷启动0～6h内模拟的降水强度明显偏弱,通常只有不足5mm的降水产生;而模式热启动在模式积分的初始阶段就产生出较强的降水,改善了模式的SPIN-UP问题。(2)模式热启动对0～6h内云和降水预报的影响比较显著,之后影响减小,但对6～24h降水预报仍具有正影响。(3)在暖云方案下,云水初值比雨水初值对降水预报的影响更为显著。

两种初值方案对2008年中国汛期降水影响的数值试验

基于暴雨数值预报模式AREM,以2008年5月21日—7月30日为例,开展了以LAPS系统和GRAPES-3DVAR系统两种不同初值方案同化相同资料源(NCEP预报场、地面、探空资料)的AREM-LAPS和AREM-3DVAR试验,以探讨两种初值分析方案对降水模拟的影响。结果表明:(1)AREM-LAPS试验与AREM-3DVAR试验相比,各区域、各量级、各时效的降水预报在绝大多数情况下TS评分有较明显提高,特别是大雨、暴雨、大暴雨等强降水等级。(2)AREM-3DVAR试验可以大致模拟出与实况比较相近的平均降水量分布,但预报雨区范围偏小,强度偏弱;AREM-LAPS试验对此有较明显改善。(3)AREM-LAPS较AREM-3DVAR试验更好地模拟出了降水雨带的南北摆动及降水强度的变化。(4)AREM-LAPS试验较好地再现了我国西南地区东部、华南沿海、长江中下游-淮河流域及胶东半岛主要雨带区平均降水率逐日降水增强与减弱的过程,其强度也与实况大体相当;而AREM-3DVAR试验模拟的强度则明显偏弱,特别是我国西南地区东部。(5)对2008年夏季10余次典型降水过程的对比检验表明,AREM-LAPS对雨带范围、位置、强度的预报都好于AREM-3DVAR,特别是对于降水强度的改进尤为突出。

中国风云卫星与海洋卫星近海SST资料融合技术及应用研究

选用美国LAPS(Local Analysis and Prediction System)数据融合系统对中国风云(FY)和海洋(HY)卫星在我国东部海域SST反演数据进行融合处理。该融合系统能够协调区域大气和下垫面海洋要素的时空特征,协调不同要素间的特征状态及匹配规律,生成适合多要素诊断计算的区域规范化数据。针对该系统没有现成的卫星SST反演数据输入接口,对船舶站SST反演数据接口进行了数值调整;依据FY卫星及HY卫星SST数据的不同特点,尤其是随卫星轨道发生的不同时空变化,在输入卫星反演数据至LAPS系统之前,进行了多项预处理,包括对卫星反演数据异常值的判别与剔除、海陆边界要素异常梯度的鉴别与去除、不同卫星轨道坐标系网格要素的规范化处理、平滑去噪音等。经多项验证,预处理后的FY和HY卫星监测反演数据更有利于LAPS系统资料融合效果的正确性与合理性。再经LAPS系统的数据融合处理和各项验证,融合场既能保持卫星SST精细化的时空特征描述,也弥补了卫星资料非区域全覆盖的局限。将SST融合场对寒潮与冷空气过程中的东部海域海气影响进行热动力物理量时空变化诊断应用,对海面SST和感热通量的中尺度强度演变、南北空间变化差异均给出了量化描述。