RegCM3 不同分辨率对西北地区夏季温度和降水模拟结果的影响

我国西北地区是世界上气候变率较大的地区之一,其气候变化在中国、东亚及全球的气候变化中都占有重要地位。利用区域气候模式RegCM3,选取2种不同的水平分辨率30kin和50km,对我国西北地区2001年夏季的温度和降水情况进行数值模拟,与同时段的实测资料进行对比,结果表明：模式基本能反映出西北地区温度和降水的变化情况,其中温度和降水的模拟效果均是在6月最差,并且在西北整个区域中,对于青海地区的模拟效果较差;在对气温的模拟中,分辨率的不同并没有对结果产生显著的影响,总体上模拟结果产生了系统性的冷偏差;对于降水的模拟中,模拟的不同区域对于分辨率的敏感程度不同,分辨率变化对于新疆地区的模拟影响最小,内蒙和宁夏地区所受影响较大,并且分辨率提高不一定会带来模拟结果的明显改善,不同区域在不同的月份对于分辨率改变引起的模拟偏差有所不同,内蒙7月,30km分辨率下模拟偏差为8.0％,50km的偏差为43.8％;宁夏8月,30km分辨率下模拟偏差为33．0％,50km的偏差为0．9％;在进行的西北地区夏季分辨卒调整带来的温度和降水影响试验中,对于温度的模拟要优于对降水的模拟。     

模式分辨率对雾数值模拟的影响

利用中尺度数值预报模式MM5对2009年12月9日至11日发生在山西省的一次雾天气过程进行了数值模拟。在垂直分辨率不变的情况下,数值模式的水平分辨率分别采用45×15km、27×9km、15×5km三种方案及在水平分辨率不变的情况下垂直分辨率分别采用23层、30层、43层三种方案进行了对比模拟试验,模拟结果表明:水平分辨率对模式模拟的结果影响没有垂直分辨率的影响大;水平分辨率达到一定的精度,需要相应的提高数值模式的垂直分辨率来预报的准确率;水平格点数越多,模式运行的时间越长;垂直分层越多,相对而言积分时间越长。文章研究的结果将为山西省高速公路大雾数值预报系统的构建提供研究性基础。     

乌海市一次降水过程的高分辨率数值模拟

2017年6月4~6日乌海市大部出现了一次较强降水过程。利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式,进行了此次降水过程的高分辨率数值模拟,评估了WRF模式对此次降水过程的模拟能力,并讨论了模式积云对流物理过程参数化方案对降水模拟的影响。结果显示WRF模式可以较好地模拟乌海市降水的空间分布,模拟结果与站点观测一致性较好。WRF模式能够合理地模拟降水的时间演变,显现了WRF较强的模拟能力。积云物理过程参数化方案对降水模拟有重要影响,其中Grell-Freitas(GF)方案模拟效果最好。     

不同对流参数化方案对长江中下梅雨锋暴雨降水预报的评估

选用不同的对流参数化方案对近几年典型的几次长江中下游梅雨锋暴雨过程进行数值模拟,利用量化的降水评估方法检验MM5模式中不同对流参数化方案对梅雨锋暴雨降水预报的能力,一方面作为实际预报的参考,另一方面也作为模式改进的依据,评估结果显示模式预报的降水往往偏大,对不同时段和不同量级的降水,没有普遍适用的对流参数化方案,可以将经验预报和数值模拟相结合.对暴雨中心的预报,认为采用Grell方案和Kuo方案较好,但时间上有滞后性.     

不同对流参数化方案对长江中下游梅雨锋暴雨降水预报的评估

选用不同的对流参数化方案对近几年典型的几次长江中下游梅雨锋暴雨过程进行数值模拟，利用量化的降水评估方法检验MM5模式中不同对流参数化方案对梅雨锋暴雨降水预报的能力，一方面作为实际预报的参考，另一方面也作为模式改进的依据，评估结果显示模式预报的降水往往偏大，对不同时段和不同量级的降水，没有普遍适用的对流参数化方案，可以将经验预报和数值模拟相结合。对暴雨中心的预报，认为采用Grell方案和Kuo方案较好，但时间上有滞后性。     

SWC-WARMS模式产品对西藏灾害性天气过程的预报能力检验

文章利用西南区域中心所研发的SWC-WARMS数值模式预报产品和西藏地区的地面实况资料,对SWCWARMS数值模式在西藏地区的降水预报产品进行检验,分析SWC-WARMS数值模式在西藏地区灾害性天气过程的预报能力,通过检验分析得出以下结论:(1)SWC-WARMS模式降水产品对西藏夏季强降水和灾害性天气过程的具有一定的预报能力,尤其是对25mm以下的降水落区较好,对超过25mm以上的强降水落区预报范围偏大。(2)SWC-WARMS模式降水产品对西藏冬季强降雪和灾害性天气过程的预报能力较好,尤其是对西藏南部边缘地区的暴雪过程预报效果较好,对小到中雪的预报落区预报范围偏大。     

环江流域径流模拟研究

黄土高原绝大部分地区降水稀少、径流量小,水资源总体相当匮乏,准确掌握区域内径流情况对科学配置稀缺的水资源至关重要。本研究选取黄土高原中部马莲河上游的环江流域为研究对象,采用SWAT模型进行径流模拟研究,并结合1980-1990年的径流实测数据校准和验证模型。分析显示:1采用30m精度的高分辨率数字高程模型(DEM)数据比用90m分辨率DEM数据获得的河网更精细,而模拟误差较小;2子流域划分水平对径流模拟有一定的影响,当子流域划分增加到一定水平时径流量趋于稳定;3通过调整模型中敏感性较高的参数率定模型,使得校准期和验证期月均径流深Re均小于10%,R2分别为0.893和0.822,Ens分别为0.89和0.82,SWAT模型在该地区具有较好的适用性。     

利用手机通信基站信号测量降水分布的初步研究

利用手机通信基站信号的衰减反演降水分布是一种较为新兴的降水测量方法。本文利用2014年5月4～5日福州市手机通信基站、雨量站以及降水雷达观测资料,对比分析了3种估测降水方法的精度。结果表明,手机通信基站信号衰减法测得的降水结果整体略大于雨量站测量结果,平均偏差为0. 3 mm/h,但两者的相关性较好,可达0. 92。降水雷达测量结果则整体偏小,且降水中心位置偏差较大,最大偏差可达20 km,相关系数也仅有0. 82。上述结论表明基站信号衰减法对降水的测量,具有准确性好,时空分辨率高等优点,可以作为现有降水测量方法的补充。     

基于两种不同全球模式的区域数值天气预报性能对比

分别用T213和AVN全球分析资料提供初始场的猜值和侧边界条件,利用MM5V3中尺度模式对2002年9—11月气象资料进行模拟试验,重点分析两种方案对强降水中心、降水分布的模拟能力,并相对实测降水、地面和高空基本气象要素的观测进行了统计检验。通过对比发现,采用不同的大尺度模式提供的初边值,对区域天气预报是有显著影响的。     

天津近海风能资源的高分辨率数值模拟与评估

风能是可再生能源中发展最快的清洁能源,具有广阔的应用前景。近海地区由于风速较大,以及可利用面积大等优点,近海风电是未来风电发展中一种新的趋势,但海上气象要素直接观测困难,需要通过高分辨率数值模拟对其可利用性及开发潜力进行评估。本文利用MM5/Calmet模式模拟了天津沿海地区的较高分辨率（水平分辨率1km×1km、垂直分辨率10m）的风能资源分布状况,并结合实测数据对其模拟效果进行了评估。结果表明：该模式对天津沿海地区的年平均风速及风速的逐日变化趋势均具有良好的模拟能力,3个测风塔年平均风速的相对误差分别为7.11%、12.99%、6.14%,可为天津海上风能资源评估提供科学依据;利用风速大小年景分析得到天津沿m2,海且地有区效多小年时平数均长风,风能资资源源状分况布较状好况。,发现天津近海海域年平均风速在（6.6~7.0）m/s,平均风功率密度超过340w/m~2,且有效小时数长,风资源状况较好。     

CPEFS模式产品在西藏一次人影服务保障过程中的检验

利用MICAPS4、卫星反演产品、地面降水等观测数据,检验分析了CPEFS模式对2018年8月26日在山南市乃东区举办的第二届中国西藏雅砻文化节人影保障天气过程的预报效果。通过对比分析,CPEFS模式对这次天气过程模拟较好。检验结果显示:模式预报产品的云系发展演变特征、云系宏观特征、降水场均较好地预报出了此次天气过程。     

基于克里金插值的高分辨率降水量融合方法及质量评估

为了扩大浙江区域降水观测范围至海上区域,以浙江省研发的雷达定量估测降水(ZJ-QPE)为海上区域产品,以基于自动气象站观测的逐10分钟小时降水量作为地面观测产品,采用了克里金(Kriging)插值方法对二者进行融合试验,生成了浙江区域10分钟、0.01°×0.01°分辨率的高分辨率降水量融合产品。本文分别从产品误差的时空分布特征的融合效果以及对强降水过程监测能力等方面,对比评估了融合降水的产品质量。结果表明,该方案在陆地区域(存在站点)的地区能较好地保留地面观测信息,在海洋区域(雷达格点)则保留雷达反演的降水信息,最终形成了一套覆盖浙江及周边区域的高时空分辨率的降水格点场。     

青藏高原感热对中国夏季降水的影响

文章采用青藏高原1979—2013年水平分辨率为2.5°×2.5°的地面感热通量再分析资料和中国160站降水资料,对青藏高原热源基本气候特征进行分析的基础上,进一步分析了青藏高原地面感热对中国夏季降水的影响。结果表明:高原地面感热与中国夏季降水有密切的关系。当高原感热偏高时,高原夏季500h Pa为正异常,副热带高压位置偏南,中国东部存在异常的偏北风,长江流域以北地区降水偏少,而长江流域以南的降水偏多;反之亦然。     

GlobeLand30地表覆盖产品应用于精细化风能资源评估

高山风电场具有多方面复杂特性,因此有必要开展精细化风能资源评估。本文创新性地引入了中国自主制作的全球首套30m分辨率地表覆盖产品Globe Land30,制作高精度地表粗糙度资料,并应用于精细化风能资源评估。该方法在云南大团山风电场案例进行了尝试实施,使用计算流体力学(CFD)模式Meteodyn WT获得了30m分辨率的平均风速和平均风功率密度图谱。采用风电场内测风塔的实测数据对模拟结果进行了检验,观测期6个月平均风速的模拟误差在1%以内,平均风功率密度的模拟误差在4%以内。模拟与实测的风速频率分布和风向玫瑰均保持了较好的一致性。采用模拟数据计算了两种典型风电机组的发电量,观测期的总发电量误差低于1%。利用欧洲空间局地表覆盖产品开展了对照实验,其模拟结果的误差水平显著高于上述结果。本文研究成果基本满足风电场预测长期发电量水平的业务需求,具备应用与推广价值。     

基于CMIP5气候模式的辽宁省气象要素模拟能力评估及其订正

对CMIP5气候情景模式在辽宁省气温、降水、辐射的模拟能力进行了评估,并将筛选出的模式进行集合订正。研究结果表明：(1)研究发现,31个气候模式对不同的气象要素模拟能力各有差异,为准确地模拟未来气候的变化情况,3个气象要素都分别筛选出各自模拟较优的模式进行等权重模式集合。其中平均气温由ACCESS1-0、CanESM2、CMCC-CM、IPSL-CM5A-MR这4个模式进行等权重集合;降水由CanESM2、GFDL-CM3、GFDL-ESM2G、GISS-E2-H这4个模式进行等权重集合;太阳辐射由GISS-E2-H、MIROC5、EC-EARTH和MIROC-ESM-CHEM这4个模式进行等权重集合。(2)基于RQUANT的分位数映射法对于辽宁省气象要素的订正效果在不同时间尺度和区域上各不相同。其中在日尺度上3个气象要素的订正效果都较差;季节尺度上,辽宁省西部地区平均气温和降水模式的订正效果要优于东部;年尺度上,平均气温的订正效果最好,订正后全区误差都呈降低趋势。     

基于模式分组和分辨率调整的盲图像水印算法

提出了一个新的基于分组模式编码和分辨率调整的盲数字图像水印算法,该算法首先在图像的空间域中随机选取相应位置系数的比特位作为水印的嵌入区间,对选出的比特位根据分组编码原理生成预嵌入模式,然后将一个二值水印图像嵌入到模式当中并对其进行分辨率调整。实验证明通过模式分组编码和分辨率调整相结合的方法,可达到水印图像透明性和鲁棒性之间较好的折中,对于各种常见的图像处理操作具有较好的抵抗能力。     

RegCM3 模式对中国近10 年来气温变化的模拟实验及检验

利用区域气候模式RegCM3模拟了2000年-2009年全国的气温及其变化,并通过地面气象观测资料对模拟结果进行了初步检验和分析。结果表明：模式总体上能模拟出全国的气温分布、梯度变化以及较为明显的高温中心,对中东部地区的模拟效果优于西部的青藏高原、新疆等地区。代表性气象站点2005年-2009年较2000年-2004年气温变化趋势的观测结果与模拟一致,模式具有一定的区域气候变化模拟能力。利用各区域气象站观测资料对模拟结果进行检验,进一步模拟出气温的年度和季节变化,对东北和华北的模拟效果优于其它地区,但模式对气温的模拟存在系统性偏低现象,特别是北方地区的高温季节、西南-长江流域一线的低温季节气温偏低较为明显。在全球气候变化背景下极端气候事件频繁发生,因此未来对模式模拟性能会有更高要求,在提高模式分辨率、改进模式物理化学机制,以及使用更多的地面观测资料等方面需要进一步深入研究。     

2006年T213模式西藏汛期降水预报的检验分析

对2006年汛期5～10月他13的24小时降水预报应用双线性二次插值法进行插值,得到的西藏地区32个站点降水估计值与降水实况资料进行统计检验分析,结果表明T213模式对西藏汛期降水预报在预报一次降水过程时有较好的参考价值和指示性,其晴雨预报的准确率普遍都在60％左右,但是在降水的量级预报上效果不理想,除了小雨预报有一定的准确率外对中雨以及以上量级的降水基本无预报能力。对于晴雨预报和小雨预报,模式对阿里西部、那曲西部和日喀则南部地区的准确率最高,阿里南部、那曲中东部和山南的错那站准确率最低,并且以漏报情况居多。检验结果对西藏汛期降水预报中如何利用和参考T213模式的降水预报起到一定的作用,同时预报员对T213模式的降水预报会有一定的认识和理解。     

一个台风降水预报的分级回归统计降尺度应用研究

利用全球交互式全球大集合预报资料和中国降水融合产品资料,对2013年7月12至14日1307号"苏力"台风多模式降水预报进行分级回归统计降尺度研究,并对多模式预报结果进行多模式集成,然后对降水预报结果进行频率匹配法订正。结果表明,四个中心降水预报的分级回归统计降尺度的预报效果改进显著,但对降水量级预报误差改进有限。多模式集成预报中,简单集合平均能明显提高降水预报的距平相关系数,消除偏差集合平均能明显减小降水量预报的均方根误差。四个中心预报经过频率匹配法订正后大雨及以上量级降水的漏报率有所改进,大雨量级的预报改进最明显。频率匹配法处理后强降水区的面积偏差得到显著改进,预报面积误差明显减少。     

蒙古高原气温与降水变化特征及CMIP5气候模式评估

蒙古高原受自然与人为因素影响,生态环境面临严峻压力,研究气候变化特征及气候模式评估对该地区气候及生态环境等相关研究具有重要的参考意义。本研究以整个蒙古高原为研究区,研究蒙古高原气温与降水要素的变化趋势,对比研究中国内蒙古自治区与蒙古国地区气候变化特征,并评价了全球耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）模式输出的气温与降水序列在研究区的表现,利用一种改进的秩评分方法对CMIP5模式的模拟能力进行了综合评价。结果表明,蒙古高原过去几十年整体呈增温减湿的趋势,最低气温升温幅度明显大于最高气温升温幅度,中国内蒙古地区变暖趋势强于蒙古国地区;CMIP5模式模拟的平均气温普遍偏低,且低估了该区域的增温趋势,而模拟的降水量普遍偏高。不同要素间,CMIP5模式对平均气温的模拟能力最强,最高与最低气温次之,降水相对较差。模式评价结果对评价指标有较大的依赖性,因此,评估气候模式的区域效果时,建议使用多指标进行综合评价。