为提升低空风切变预报精度,本文综合运用欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料[European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF)fifth-generation reanalysis data,ERA5]和美国国家环境预报中心(National Centers for Envi...为提升低空风切变预报精度,本文综合运用欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料[European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF)fifth-generation reanalysis data,ERA5]和美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)的FNL全球再分析资料(Final Operational Global Analysis)、先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型以及兰州中川机场的实况观测资料,采用中尺度数值天气预报模式(Weather Research and Forecasting Model,WRF)、WRF结合计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法、长短期神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)方法,对2021年4月15-16日兰州中川机场的两次风切变过程进行模拟分析。结果表明:(1)在小于1 km的网格中使用大涡模拟,WRF模式在单个站点风速模拟任务中表现更好,但在近地面水平风场风速模拟效果上,不如WRF模式结合计算流体力学模型方案;(2)对于飞机降落过程中遭遇的两次低空风切变的模拟,WRF-LES和WRF-CFD两种模式都可以模拟出第一次低空风切变,而第二次受传入模式的WRF风速数据值较小的影响,两种模式风速差都没有达到阈值,需要在后续工作中进一步验证;(3)低风速条件(6 m·s^(-1))下,基于LSTM的单变量风速预测模型平均绝对误差基本维持在0.59 m·s^(-1),能较好地把握不同地形与环流背景条件下风速变化的非线性关系,虽然受到WRF误差和观测要素不全的限制,多变量风速预测能在保证平均绝对百分比误差小于6.60%的情况下,以更高的计算效率和泛化能力实现风速预测。本文不仅验证了WRF-CFD和WRF-LES耦合方案在风场和低空风切变预报中的差异,还探讨了基于LSTM的风速预测的可行性和准确性,期望为提高风场模拟精度,缩短精细风场模拟时间提供新的视角和方法。展开更多
作为天气系统的主要组成部分,三维云仿真在军事、航空等领域都起着重要作用.目前主流的边界体积层次结构(Bounding Volume Hierarchy,BVH)在处理形状不均匀且体积较大的云时存在渲染效率低下的问题,为此提出一种基于优化BVH算法的云产...作为天气系统的主要组成部分,三维云仿真在军事、航空等领域都起着重要作用.目前主流的边界体积层次结构(Bounding Volume Hierarchy,BVH)在处理形状不均匀且体积较大的云时存在渲染效率低下的问题,为此提出一种基于优化BVH算法的云产品渲染方法.将WRF(Weather Research and Forecasting,天气研究与预报)模型网格点中的数据作为云基元,利用Z-order Hilbert曲线对其进行空间排序,结合云基元密度优化BVH算法,提高计算效率.提出ONS(Overlapping Node Sets,重叠节点结构)降低数据存取耗时.优化BVH算法能够减少不必要的光线和三角形面之间的相交测试次数,并解决边界体无效重叠问题.仿真实验显示,SAH(Surface Area Heuristic,表面积启发式)成本较同类最优算法可提升15.6%,EPO(Effective Partial Overlap,有效重叠部分)可提升10%,构建时间减少100%以上,在任意云场景中优化BVH算法的计算效率较同类算法都有显著提高,表明其能实现WRF云产品的快速渲染.展开更多
WRF(weather research and forecasting)模式中参数化方案的选择与近地面风场的仿真模拟结果关系密切。为解决新疆北部不同地形地区风场模拟准确性的问题,采用WRF中尺度气象模式,探究4类参数化方案(边界层、微物理、陆面过程、近地面层...WRF(weather research and forecasting)模式中参数化方案的选择与近地面风场的仿真模拟结果关系密切。为解决新疆北部不同地形地区风场模拟准确性的问题,采用WRF中尺度气象模式,探究4类参数化方案(边界层、微物理、陆面过程、近地面层)以及次网格地形方案对新疆北部不同地形地区风场模拟结果的影响。结果表明:每组试验均能模拟出风速的变化趋势;陆面过程RUC(rapid update cycle)方案和微物理Lin(Purdue Lin)方案对平原地区模拟结果较好,陆面过程Noah方案和微物理WSM6(WRF single moment 6 class)方案对山区地形模拟结果较好,且对于平原和山谷地形,次网格地形方案对模拟地区均能起到较好的修正作用。展开更多
基于福建省冬半年沿海和港湾岛屿自动站的逐时极大风观测资料和WRF（Weather Research and Forecast）、EC（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）细网格以及T639（TL639L60）三种模式预报的10 m风场资料，将模式预报...基于福建省冬半年沿海和港湾岛屿自动站的逐时极大风观测资料和WRF（Weather Research and Forecast）、EC（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）细网格以及T639（TL639L60）三种模式预报的10 m风场资料，将模式预报的风向风速与观测资料进行对比检验，结果表明：福建省沿海冬半年大风的盛行风向以东北风为主，大风的时空分布极为不均，沿海风力的脉动性、跳跃性、局地性突出。从三种模式对风速风向的模拟效果来看， WRF和EC细网格的预报效果较好，有可参考性， T639可参考性不高。对于风速，模式预报结果相比实况极大风速偏小，港湾岛屿代表站风速的平均绝对误差均小于沿海代表站，预报平均误差由沿海向内陆逐渐减小，由中部向南北逐渐减小。风向相比风速的预报效果要差， WRF和EC细网格的风向预报误差在45°-50°，有一定的参考意义；港湾岛屿代表站风向的平均绝对误差大于沿海代表站，以浮标站的误差最大。当观测风速出现7级及以上风速时，若对大风进行分级检验，则较低风速的预报平均绝对误差小于较高风速；风向预报的平均绝对误差也大大降低，且误差都在45°以内，具有良好的参考性。展开更多
本文利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式耦合Noah陆面过程模式,对比研究了使用不同精度陆面资料:WRF默认陆面资料、中国1 km分辨率数字高程模型数据集、2006年MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer)土地利...本文利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式耦合Noah陆面过程模式,对比研究了使用不同精度陆面资料:WRF默认陆面资料、中国1 km分辨率数字高程模型数据集、2006年MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer)土地利用和植被覆盖度资料,WRF模式对兰州地区冬季气象场模拟结果的差异。结果表明,近地面气温对陆面资料的精度非常敏感,而风场对陆面资料的精度不敏感,WRF模式对气温的模拟效果好于对风场模拟。采用高精度且时效性好的陆面资料后,WRF模拟的近地面气温准确率提高了15.8%,模拟的夜间气温改进幅度较白天大。陆面资料可影响整个边界层温度场分布,准确的陆面资料对提高WRF模式模拟近地面乃至整个边界层气象场至关重要。尽管风速模拟误差较大,但总体上WRF模式能较准确地模拟出研究区的风场演变特征。使用新的陆面资料后WRF模拟的风速误差略有减小,风向误差略有增加。干旱半干旱区冬季数值模拟需要注意土壤湿度初值和模式初始积分时刻对模拟结果的影响。展开更多
文摘为提升低空风切变预报精度,本文综合运用欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料[European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF)fifth-generation reanalysis data,ERA5]和美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)的FNL全球再分析资料(Final Operational Global Analysis)、先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型以及兰州中川机场的实况观测资料,采用中尺度数值天气预报模式(Weather Research and Forecasting Model,WRF)、WRF结合计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法、长短期神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)方法,对2021年4月15-16日兰州中川机场的两次风切变过程进行模拟分析。结果表明:(1)在小于1 km的网格中使用大涡模拟,WRF模式在单个站点风速模拟任务中表现更好,但在近地面水平风场风速模拟效果上,不如WRF模式结合计算流体力学模型方案;(2)对于飞机降落过程中遭遇的两次低空风切变的模拟,WRF-LES和WRF-CFD两种模式都可以模拟出第一次低空风切变,而第二次受传入模式的WRF风速数据值较小的影响,两种模式风速差都没有达到阈值,需要在后续工作中进一步验证;(3)低风速条件(6 m·s^(-1))下,基于LSTM的单变量风速预测模型平均绝对误差基本维持在0.59 m·s^(-1),能较好地把握不同地形与环流背景条件下风速变化的非线性关系,虽然受到WRF误差和观测要素不全的限制,多变量风速预测能在保证平均绝对百分比误差小于6.60%的情况下,以更高的计算效率和泛化能力实现风速预测。本文不仅验证了WRF-CFD和WRF-LES耦合方案在风场和低空风切变预报中的差异,还探讨了基于LSTM的风速预测的可行性和准确性,期望为提高风场模拟精度,缩短精细风场模拟时间提供新的视角和方法。
文摘作为天气系统的主要组成部分,三维云仿真在军事、航空等领域都起着重要作用.目前主流的边界体积层次结构(Bounding Volume Hierarchy,BVH)在处理形状不均匀且体积较大的云时存在渲染效率低下的问题,为此提出一种基于优化BVH算法的云产品渲染方法.将WRF(Weather Research and Forecasting,天气研究与预报)模型网格点中的数据作为云基元,利用Z-order Hilbert曲线对其进行空间排序,结合云基元密度优化BVH算法,提高计算效率.提出ONS(Overlapping Node Sets,重叠节点结构)降低数据存取耗时.优化BVH算法能够减少不必要的光线和三角形面之间的相交测试次数,并解决边界体无效重叠问题.仿真实验显示,SAH(Surface Area Heuristic,表面积启发式)成本较同类最优算法可提升15.6%,EPO(Effective Partial Overlap,有效重叠部分)可提升10%,构建时间减少100%以上,在任意云场景中优化BVH算法的计算效率较同类算法都有显著提高,表明其能实现WRF云产品的快速渲染.
文摘WRF(weather research and forecasting)模式中参数化方案的选择与近地面风场的仿真模拟结果关系密切。为解决新疆北部不同地形地区风场模拟准确性的问题,采用WRF中尺度气象模式,探究4类参数化方案(边界层、微物理、陆面过程、近地面层)以及次网格地形方案对新疆北部不同地形地区风场模拟结果的影响。结果表明:每组试验均能模拟出风速的变化趋势;陆面过程RUC(rapid update cycle)方案和微物理Lin(Purdue Lin)方案对平原地区模拟结果较好,陆面过程Noah方案和微物理WSM6(WRF single moment 6 class)方案对山区地形模拟结果较好,且对于平原和山谷地形,次网格地形方案对模拟地区均能起到较好的修正作用。
文摘基于福建省冬半年沿海和港湾岛屿自动站的逐时极大风观测资料和WRF（Weather Research and Forecast）、EC（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）细网格以及T639（TL639L60）三种模式预报的10 m风场资料，将模式预报的风向风速与观测资料进行对比检验，结果表明：福建省沿海冬半年大风的盛行风向以东北风为主，大风的时空分布极为不均，沿海风力的脉动性、跳跃性、局地性突出。从三种模式对风速风向的模拟效果来看， WRF和EC细网格的预报效果较好，有可参考性， T639可参考性不高。对于风速，模式预报结果相比实况极大风速偏小，港湾岛屿代表站风速的平均绝对误差均小于沿海代表站，预报平均误差由沿海向内陆逐渐减小，由中部向南北逐渐减小。风向相比风速的预报效果要差， WRF和EC细网格的风向预报误差在45°-50°，有一定的参考意义；港湾岛屿代表站风向的平均绝对误差大于沿海代表站，以浮标站的误差最大。当观测风速出现7级及以上风速时，若对大风进行分级检验，则较低风速的预报平均绝对误差小于较高风速；风向预报的平均绝对误差也大大降低，且误差都在45°以内，具有良好的参考性。
文摘本文利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式耦合Noah陆面过程模式,对比研究了使用不同精度陆面资料:WRF默认陆面资料、中国1 km分辨率数字高程模型数据集、2006年MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer)土地利用和植被覆盖度资料,WRF模式对兰州地区冬季气象场模拟结果的差异。结果表明,近地面气温对陆面资料的精度非常敏感,而风场对陆面资料的精度不敏感,WRF模式对气温的模拟效果好于对风场模拟。采用高精度且时效性好的陆面资料后,WRF模拟的近地面气温准确率提高了15.8%,模拟的夜间气温改进幅度较白天大。陆面资料可影响整个边界层温度场分布,准确的陆面资料对提高WRF模式模拟近地面乃至整个边界层气象场至关重要。尽管风速模拟误差较大,但总体上WRF模式能较准确地模拟出研究区的风场演变特征。使用新的陆面资料后WRF模拟的风速误差略有减小,风向误差略有增加。干旱半干旱区冬季数值模拟需要注意土壤湿度初值和模式初始积分时刻对模拟结果的影响。
