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最大熵增模型在业务数值预报系统中的应用研究
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作者 张亦洲 张瑞 +4 位作者 赵平 苗世光 王迎春 全继萍 贾春晖 《气象学报》 北大核心 2025年第2期350-365,共16页
准确计算地表热通量对理解陆-气相互作用和提升天气预报、预测能力具有十分重要的科学意义和实用价值。目前数值天气预报模式中普遍采用的基于莫宁-奥布霍夫相似理论(Monin-Obukhov Similarity Theory,MOST)计算地表热通量的方法具有局... 准确计算地表热通量对理解陆-气相互作用和提升天气预报、预测能力具有十分重要的科学意义和实用价值。目前数值天气预报模式中普遍采用的基于莫宁-奥布霍夫相似理论(Monin-Obukhov Similarity Theory,MOST)计算地表热通量的方法具有局限性,而国际上近年来提出的用最大熵增(Maximum Entropy Production,MEP)模型计算地表热通量的方法具有优势并取得较好效果,越来越广泛地应用于陆-气交换过程研究。为了评估MEP模型在业务数值预报系统中的适用性,以及其与模式系统中现有常用地表热通量计算方法的差异,研究将MEP模型引入北京市气象局现有业务数值预报系统(CMA-BJ模式),用于计算地表感热、潜热和土壤热通量,替换模式中原有基于MOST的方法。针对2022年6—8月开展模拟试验,评估业务数值预报系统采用MEP模型后对陆面和大气要素及降水的预报效果。结果表明:在CMA-BJ模式中采用MEP模型,能够显著改善模式对地表能量平衡及陆面和边界层热、动力过程的模拟,提高模式对边界层内温度、湿度和风的模拟能力,最终提高降水尤其是强降水的预报准确度,华北地区和长江流域暴雨的TS(Threat Score)评分分别提高了20%和10%,预报降水的日变化特征也与实况更接近、相关系数更大。这些结果表明,将MEP模型应用于数值天气预报模式及相关业务系统是可行的。 展开更多
关键词 最大熵增模型 地表热通量 数值天气预报模式 降水
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基于最大熵增模型对京津冀地表通量的估算与评估 被引量:3
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作者 张瑞 王迎春 +3 位作者 张亦洲 赵平 苗世光 李娜 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期492-505,共14页
利用观测数据和最大熵增(Maximum Entropy Production,MEP)模型,估算了京津冀地区小汤山、顺义和武清3个站的地表感热通量和潜热通量。模型的输入量为地表净辐射、地表温度以及地表比湿,其中地表温度和地表比湿分别通过地表向上、向下... 利用观测数据和最大熵增(Maximum Entropy Production,MEP)模型,估算了京津冀地区小汤山、顺义和武清3个站的地表感热通量和潜热通量。模型的输入量为地表净辐射、地表温度以及地表比湿,其中地表温度和地表比湿分别通过地表向上、向下长波辐射和相对湿度估算得到。将MEP模型计算结果与涡动相关(Eddy Covariance,EC)观测得到的感热通量和潜热通量进行比较,验证评估MEP模型。此外,将MEP模型计算结果与另一种简化计算方法(M20模型)以及7种再分析资料(NCEP1、NCEP2、MERRA2、ERA-5、ERA-Interim、JRA55、CRA)的日平均地表感热和潜热通量进行比较,对比分析它们在京津冀地区计算地表感热和潜热通量的准确度。结果表明:MEP模型计算的地表潜热通量和感热通量与涡动相关观测结果较为接近,具有相似的日变化、月变化和季变化特征。相比M20方法和再分析资料,MEP模型的计算结果与观测吻合得更好,具有更小的均方根误差和平均偏差。因此,最大熵增模型在京津冀地区计算地表热通量的准确度和可信度较高,在该地区具有较好的适用性。 展开更多
关键词 最大熵增模型 感热通量 潜热通量 涡动相关
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最大熵增蒸散模型在中国区域的应用及时间尺度对比分析 被引量:2
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作者 阳勇 孙怀卫 罗红英 《干旱地区农业研究》 CSCD 北大核心 2020年第4期184-191,共8页
为解决传统蒸散发计算中模型参数、模型缺陷和不确定性等问题,基于最大熵增蒸散发(MEP)模型的模型假设,针对我国不同植被覆盖下的蒸散发(潜热)通量进行估算,并分析半小时、日、周、月等不同时间尺度下的模型表现,以期获得适合我国区域... 为解决传统蒸散发计算中模型参数、模型缺陷和不确定性等问题,基于最大熵增蒸散发(MEP)模型的模型假设,针对我国不同植被覆盖下的蒸散发(潜热)通量进行估算,并分析半小时、日、周、月等不同时间尺度下的模型表现,以期获得适合我国区域的蒸散发计算方法。结果表明:MEP模型具有较好的模型计算表现,与多个站点的涡度相关实测数据较为接近;MEP模型在半小时尺度上应用更优,所有站点的潜热通量平均决定性系数(R^2)为0.75,周、月尺度上潜热通量精度较显热通量高。对MEP模型的两个输入参数(表面温度和比湿)分析表明,表面温度对预测结果影响较大。MEP模型精度高且具有所需输入参数少的优势,研究结果可用于对各种植被覆盖地表的蒸散发估算。 展开更多
关键词 最大熵增模型 潜热通量 蒸散发 涡度相关 能量平衡
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利用最大熵增方法估计青藏高原地面热源
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作者 李娜 赵平 《气象学报》 2025年第4期1085-1096,共12页
研制能够满足气候监测和预测业务时效需求、覆盖时间长且准确度较高的青藏高原地区地面热源数据集(包括地表感热通量(SH)和潜热通量(LE))有科学价值和实际意义。在多种大气再分析资料中,NCEP-Ⅱ大气再分析资料能够满足气候监测与预测业... 研制能够满足气候监测和预测业务时效需求、覆盖时间长且准确度较高的青藏高原地区地面热源数据集(包括地表感热通量(SH)和潜热通量(LE))有科学价值和实际意义。在多种大气再分析资料中,NCEP-Ⅱ大气再分析资料能够满足气候监测与预测业务时效,但其基于经典莫宁-奥布霍夫相似理论计算的SH和LE误差较大。虽然以往的研究已经采用最大熵增模型(Maximum Entropy Production,MEP)以及卫星遥感和大气再分析等多源数据建立了青藏高原地区SH和LE数据集,然而这些数据集的时间较短且不能满足气候监测、预测业务的时效需求,因此采用MEP和能够满足气候监测和预测时效的NCEP-Ⅱ大气再分析资料的日平均地表净辐射、地表温度和表层土壤含水量数据,建立了1980-2023年青藏高原地区SH和LE的格点数据集,用青藏高原地面加密观测站资料验证了新建数据集的可靠性,并分析SH和LE的时、空变化特征。结果表明:用MEP计算的月平均SH(SHMEP)和LE(LEMEP)与观测的相关系数分别为0.93和0.82,均方根误差分别为11.91和13.80 W/m^(2),优于ERA5、ERAInterim、MERRA-2、JRA-55和NCEP-Ⅱ大气再分析资料的SH和LE,能够满足气候监测和预测业务时效及质量需求。分析表明,1980-2023年夏季青藏高原SHMEP呈现显著的下降趋势(−0.48 W/(m^(2)·10 a)),而LEMEP呈现不显著的上升趋势。 展开更多
关键词 最大熵增模型 青藏高原 地表热通量
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