气象格点资料的准无损压缩方法

格点数据是气象资料存储交换的重要形式,资料量的爆炸性增长给数据的存储、传输带来了巨大压力。采用离散余弦变换(Discrete cosine transform,DCT)构造了气象格点资料的准无损压缩方案,对位势高度、经向风、纬向风及温度4个要素,分别按照3种精度对压缩效果进行了对比,并对该方案在要素场的直接分析和作为初始场进行模式积分两类应用进行了误差分析。结果表明,该方案可以大幅度提高气象格点数据的压缩效率,由此带来的压缩损失非常小,无论是用于数据的直接分析、诊断计算还是模式积分,其误差是可以接受的。该方案能提高气象海量数据的存储和传输效率,为提供快速气象数据响应和预报服务打下基础。

中尺度暴雨模式MRM1简介及预报效果检验

介绍了近年来我们所研制的中尺度暴雨模式 MRM1的基本情况及特点 ,以及对 1 998年 ,1 999年和2 0 0 1年 6月、7月的降水集中时段进行的逐日降水预报试验及效果检验 ,并和美国著名中尺度模式 MM5进行了同一时段降水预报检验的比较。结果表明 ,它是目前国内较好的中尺度暴雨预报模式 ,在暴雨预报方面较 MM5也有一定优越性。

台风内部的中尺度波动与多边形眼墙的形成

利用一次台风的模拟资料,对台风内部的中尺度波动进行诊断。通过分析中尺度波的结构发现,台风内的中尺度波动具有重力惯性波和涡旋Rossby波的混合特征。一方面,波动的扰动高压对应于负的涡度扰动和反气旋性环流,扰动低压对应于正的涡度扰动和气旋性环流,波动的最大振幅出现在最大风速半径附近。另一方面,波动展示了强烈的辐合辐散和非地转特性。并提出了台风多边形眼墙和中尺度波动之间的联系机制模型。

基于集合Kalman滤波数据同化与偏差修正的热带气旋强度集合预报研究

采用基于集合Kalman滤波数据同化和偏差修正方法的集合预报技术来研究热带气旋的强度预报问题。集合预报系统考虑初值误差和模式误差,利用MM5中尺度模式,采用Anthes-kuo、Grell和Betts-Miller等积云参数化方案和High-resolutionBlackadar、Burk-Thompson、MRF等边界层过程的9组不同的组合,分别进行45、60和75 min的短时预报。对9个预报结果采用"镜像法",得到18个集合成员。将蓝金涡旋作为同化的观测场,18个集合成员作为集合Kalman滤波的初始背景集合,采用ENSRF算法和逐点局地分析算法进行同化。同化后的结果作为集合预报的初值,预报过程对模式参数采用前述9种组合,进行72小时预报。通过求取偏差系数对预报结果进行修正,减小模式系统误差。选2003—2004年16个台风过程作为预报个例,讨论偏差修正前后对预报结果的影响。实验结果表明,基于集合Kalman滤波数据同化的热带气旋集合预报相对于非同化的集合预报对路径预报的改进效果优于强度预报。平均而言通过偏差修正,强度集合预报的潜力得到挖掘,绝对误差明显减小,通过偏差修正减小了强度集合预报均值的误差,进而使得预报概率密度函数均值向理论值靠近,从而提高了概率预报的精度和合理性,因此基于集合预报的偏差修正分析方法,是改善热带气旋强度预报水平的有效途径。

由模拟波面分析双峰谱型海浪的统计特征

采用目前国际上最新的随机波分析方法,由协方差矩阵的循环嵌套技术,对美国国家浮标44008站2002年6月一典型的双峰海浪谱资料进行谱分析。以实测平均谱为靶谱,对随机波面进行模拟。得到模拟波面估计谱与实测谱极为相近,谱峰及谱峰频率都基本一致。说明利用模拟波面研究海浪具有代表性,它可以反映实测海浪的特征。利用实测海浪谱密度,统计波特征量的周期概率分布,得到理论周期概率密度与估计周期概率密度分布相符较好,且与模拟波面的波周期分布也较好的一致。利用Longuet-Higgins(1983)模型计算了波高-周期联合概率密度分布。得到变换高斯过程计算的波高与周期联合分布与实测情况基本相同,更好地描述了波高-周期联合概率密度分布。

南大西洋、南印度洋冷空气活动的统计分析

采用 NCEP1 995～ 1 997年逐日 2 .5°× 2 .5°经纬网格点再分析资料 ,统计分析了 70 0 h Pa逐日 2 4 h变温分布和演变特征 ,讨论了影响南大西洋、南印度洋冷空气源地、路径和季节变化特征 ,以及冷空气活动与大气环流背景之间的关系 。

大气CO_2浓度非均匀动态分布条件下的气候模拟

利用现有大气本底站的大气CO2浓度观测信息,综合考虑不同经济区划与土地覆盖类型对应的CO2浓度差异及其季节变化规律,构建模式区域内以月为单位的网格化大气CO2浓度非均匀动态分布数据模型.由此数据模型驱动RegCM4-CLM3.5区域气候模式运行,对东亚区2000年3月—2009年2月之间的气候变化特征进行了模拟,进而对大气CO2浓度非均匀动态分布可能引起的区域气候效应进行了初步研究.结果表明:目前气候模式中CO2浓度的常态均匀分布假设可能将温室效应夸大了10%左右.对大气CO2浓度非均匀动态分布影响气温变化的可能机制进行研究表明:CO2的自身效应(改变大气透射率)并不是导致Exp2试验温度降低的主要原因.大气CO2浓度的变化影响了大气与植物胞间CO2分压差,陆地植被通过改变气孔阻力适应这种变化,气孔阻力的变化直接影响到植物与大气间水分的交换,这种作用一方面通过蒸发冷却改变环境温度,另一方面,蒸发水分改变了近地面层湿度,进而水汽扩散到空中影响低云的分布.冬季,植物处于非生长季,对大气CO2浓度变化响应微弱,湿度和低云变化不明显;夏季,植物生长旺盛,由CO2生理学强迫激发的云反馈效应强烈,其效果是使中低云趋于增加,进而减弱了到达对流层低层的太阳短波辐射,造成温室效应减弱.

基于全场信息的数值预报产品释用方法研究

对于短期气候时间尺度预报来说,短期内尚无有效方法提高数值预报产品精度,建立一种能综合有效利用全场信息的非线性释用方法,通过统计释用提高短期气候的预报准确率,是一条可行的途径。通过CCA-BP法建立的典型因子,可以代表因子场与站点预报要素之间的大部分协方差关系,使因子与站点要素相关性大为提高,进而通过神经网络技术(BPNN)建立非线性预报模型,实现上述目标。以平潭、福州站10月旬平均温度、降水距平百分率预报为例,分别使用CCA-BP—BPNN模型和插值模型对1983—2001年资料建立预报方程,对2002—2005年的试报结果表明:解释预报对数值预报产品做了较大修正,使预报产品具有一定的使用意义及参考价值。从各项评价指标来看,CCA-BP—BPNN模型优于插值模型。该方法为提高短期气候数值预报产品的释用精度提供了一个值得参考的途径。

一种协同过滤的Ad-hoc网络可信路由协议

为了提高无线Ad-hoc网络数据传输可靠性,在分析了信任模型类型及可能受到的攻击的基础上,结合D-S证据理论提出一种基于节点工作状态的信任模型DCTM(Trust Model based on Dempster-Shafer theory and Collaborative Filtering recommendation),在信任模型中,考虑了节点间的直接信任与推荐信任,并通过协同过滤技术计算节点之间的相似度,结合交易密度因子设定了推荐权重,以减少恶意推荐等信任攻击.改进AODV路由算法,设计了可信路由,通过仿真实验验证了该算法能有效避免不信任节点,提供更为可靠的数据传输服务.

EOF分解与Kalman滤波相结合的副高位势场数值预报优化

用经验正交分解和Kalman滤波相结合的方法,建立了夏季500hPa位势高度场数值预报误差修正模型,以改进副高数值预报效果,提高副高预报准确率。首先用经验正交分解(EOF)方法将T106数值预报500hpa位势高度场分解为彼此正交的空间结构模态和相应的时间系数的线性组合,随后选取前15个模态的时间系数(其方差贡献98．7％)序列,分别建立了各自的Kalman(卡尔曼)滤波模型,最后用优化出的时间系数与相应的空间结构场进行EOF重构,进而得到修正后的副高位势预报场。修正后的位势场与原始的数值预报场的对比结果表明,该修正模型可对副高数值预报误差进行有效修正,优化后的预报效果较原始数值预报场有明显改进提高。

风浪波高和周期的联合概率密度分布

本文采用有代表性的44008美国国家浮标站2003年1～3月实测的海浪谱密度资料,选取三次大风过程进行风浪谱分析。通过对实测平均海浪谱与PM谱、JONSWAP谱及Torsethaugen谱的比较,得到PM谱拟和最好。然后用国际上最先进的随机波分析方法,根据协方差矩阵的循环嵌套技术,以实测平均谱与PM谱为靶谱,对随机波面进行模拟。得到由模拟波面统计的特征值及估计的谱与实测谱结果极为相近,谱峰及谱峰频率都基本一致。说明利用模拟波面研究海浪具有代表性,它可以反映实测海浪的特征。利用Longuet-Higgins(1983)模型计算波高-周期联合概率密度分布,得到变换高斯过程计算的波高、周期联合分布与实测情况基本相同,更好地描述了波高-周期联合概率密度分布。

海面粗糙度方案的适用性研究

由量纲分析导出海面粗糙度与波龄及海面涌浪的状况有关,并对与波龄和波陡有关的两种海面粗糙度模型方案进行了敏感性测试,得出利用波龄模型方案计算粗糙度的误差比利用波陡模型方案小。基于国际上6个不同水深、风区和海况条件的海气交换试验资料,将其分为两组,一组是纯风海或以风海为主海况条件,另一组是以涌浪为主海况条件,测试波龄、波陡模型海面粗糙度方案在不同试验条件下的适用性。结果得出:在各种海况条件下,波龄模型粗糙度方案比波陡模型具有更好的普适性。在纯风海或以风海为主海况条件下,PS07,DGHQ03方案计算的粗糙度长度与实测资料计算结果最接近,GW06方案次之,O02方案计算结果明显偏高;涌浪为主海况条件下两种模型方案计算的粗糙度长度均偏低,O02方案计算的粗糙度长度误差相对较小,TY01方案误差最大。

发展新型的海面空气动力学粗糙度参数化方案

由量纲分析导出无因次粗糙度长度与波龄有关,粗糙度长度无因次形式写为与有效波高有关,综合利用6个试验资料(HEXMAX试验、RASEX试验、BIO稳定平台试验、FETCH试验、CBLAST低风试验),共同验证Charnock参数zch与无因次粗糙度长度z0/hs对波龄的依赖性,建立粗糙度长度方案,并讨论其对摩擦速度和波龄的敏感度.把研制的海面粗糙度参数化方案引入COARE(V3.0)算法中,选择1985年12月在北海的FPN平台上的试验资料,检验海面粗糙度长度参数化方案与COARE算法中3种方案的适用性.结果表明:O02和TY01方案较高估计了摩擦速度,YT96方案略偏低估计了摩擦速度,而研制的方案计算结果与实测结果最接近.将研制的海面粗糙度方案应用于风浪耦合嵌套模式中,选取湛江港3次历史台风资料,计算硵洲岛海浪并与实测浪高相比较,验证该方案具有较好的适用性.

曲线拟合背景场在提取大气重力波参数中的缺陷

利用一次东亚副热带高空急流演变过程的高分辨率数值模拟结果,采用Morlet小波分析和Fourier功率谱分析方法,以3阶和4阶曲线拟合为例,研究了提取大气重力波参数时常用的曲线拟合背景场获取方法的缺陷。结果表明:虽然4阶拟合对原始风廓线的拟合程度高于3阶拟合,但基于4阶拟合背景场得到风速扰动垂直廓线后,所提取的重力波参数和实际情况的差异大于3阶曲线拟合方法的结果。因此,不能将背景场对原始风廓线的拟合程度作为判断重力波参数提取准确率的依据。曲线拟合方法在大多数情况下会使扰动场中包含背景场信号,且所包含的背景场信号强度差异很大,同时还会引入虚假波信号。所以在提取大气重力波参数时,采用曲线拟合方法获取背景场存在缺陷,需要设计更合理的背景场获取方法。

一种新的海面空气动力学粗糙度方案

综合利用6个国际海洋观测试验资料,共同验证Charnock参数与无因次粗糙度长度(z0/Hs)对波龄的依赖性,建立粗糙度回归模型,并对其进行显著性和适用性检验,从而导出粗糙度无因子形式与有效波高有关.利用研制的粗糙度方案(SP07)研究充分发展风浪与风区、风时和水深的关系,及粗糙度长度对摩擦速度和波龄的敏感度.把SP07方案引入国际上最先进的计算海气通量的COARE(V3.0)算法中,选择1985年12月在北海的FPN平台上的试验资料,进一步检验SP07方案的适用性.得出目前国际上最先进的O02和TY01方案较高估计了摩擦速度,YT96方案略偏低估计了摩擦速度,文中研制的方案计算结果与实测结果最接近.

台湾海域海面粗糙度及曳力系数的研究

利用福建沿海海域南日岛、金门岛与广东南澳岛的近海面气象、水文观测资料及台湾海峡西南部与南部的浮标观测资料,通过COARE(Coupled-Ocean Atmosphere Response Experiment)算法(V3.0),计算了台湾海域近海面空气动力粗糙度、曳力系数及海气表面动量通量,并研究它们关于水平风速的分布规律。结果得出:摩擦速度与10m风速基本上呈线性分布,线性拟合系数在0.042～0.045之间。曳力系数对10m风速的线性分布与过去研究结果相近,线性拟合系数在0.064～0.067之间。海面空气动力粗糙度对10m风速的线性拟合系数在0.053～0.058之间。海面动量通量与10m风速呈明显的二次关系,其线性与非线性拟合系数对于进一步了解台海地区大气湍流结构,建立和完善台海地区数值预报模式可提供重要的参数依据。

新型探测资料在2014年春节污染天气中的应用

利用NCEP/NCAR再分析资料、南京市环保局监测数据,分析2014年春节污染天气背景,结合南京探空资料、常规观测资料、风廓线雷达及微波辐射计资料,分析这次春节期间的大气混合层高度、通风系数和逆温层特征。按照春节假期污染情况,可将其分为两个阶段:前期是1月30日—2月2日,南京处于均压场里,空气污染扩散条件差,逆温层容易形成,污染较重。后期是2月3—6日,冷暖气流活跃,混合层厚度升高,通风系数增大,逆温层被破坏,逆温强度锐减,空气质量显著改善。结果显示,混合层高度越低、通风系数越小及逆温层结越厚、越强,污染越严重。针对不同级别污染程度为四要素设立了定量化指标:当混合层高度低于1.0 km、通风系数小于2500 m2/s、逆温层厚度大于500 m、逆温强度大于2.0℃/100m,易出现中度以上污染;当混合层高度高于1.8 km、通风系数大于7000 m2/s、逆温层厚度小于200 m、逆温强度小于0.5℃/100m,不易出现污染天气,可为预报提供更多参考依据。

一个区域气候模式水文过程的改进及年尺度模拟研究

本文将更符合物理过程实际的考虑入渗非均匀和降水非均匀的水文模型VXM并入区域气候模式RegCM3模式,利用此区域水文气候模式分别对1988、1990、1991年3个不同气候年的水文气候进行了模拟。模拟结果表明,模式对入渗非均匀和降水非均匀的响应在年尺度上是敏感的:模式能成功模拟年平均降水及降水的年内变化,较好地再现了降水分布和大小;并入VXM模型后模式对南方径流的模拟能力得到较大的提高,模拟的年平均及年内变化与实际较为一致。结果还表明,径流机制的改进有助于改善降水模拟能力,并引起蒸发、温度等气候要素相应的变化;并入VXM模型后对模拟结果的影响更主要体现在夏季。

基于隔离网闸的异构数据库同步技术研究与实现

数据同步是分布式环境中维护各节点数据库数据一致性的一项关键技术。本文针对存在物理隔离网闸的应用环境,提出一种基于触发器的SQL文件级异构数据库同步方法,该方法适用于企业异构数据库同步。文中将阐述隔离网闸环境下异构数据库同步的工作原理,提出同步系统的总体框架,给出变化捕获、SQL文件生成、文件传输、数据更新和故障处理这五个环节的实现细节。最后通过在洪水预报系统中的实际应用,验证本文方法的高效性及可靠性。

估算大气重力波参数的垂直扰动廓线获取新方法

重力波是大气中最基本的动力过程,估算大气重力波参数是大气动力学理论研究的重要内容之一.针对常用曲线拟合方法获取大气垂直扰动廓线存在的固有缺陷,本文提出了估算大气重力波参数时垂直扰动廓线获取新方法.基于小波变换中的影响锥曲线性质,以影响锥曲线最大值作为区分背景场和扰动场的临界值,利用10阶ButterWorth高通滤波器对小于临界值的信号进行滤波得到扰动场.对实际大气过程高时空分辨率模拟纬向风和经向风垂直廓线的Morlet小波和Fourier功率谱分析表明,本文方法获得的扰动廓线中不再包含强背景场信息,且不会引入虚假波信号,克服了常用多阶曲线拟合方法的缺陷,利用该方法可以估算出合理的大气重力波参数.