长三角地区是我国城镇化程度最高的地区之一,下垫面存在典型的非均匀性特征,复杂下垫面结构甚至体现在亚公里级尺度.为了探讨城镇化背景下土地利用精细化对气象环境的影响,本文利用高分辨率土地利用数据探讨了次网格非均匀性对长三角地...长三角地区是我国城镇化程度最高的地区之一,下垫面存在典型的非均匀性特征,复杂下垫面结构甚至体现在亚公里级尺度.为了探讨城镇化背景下土地利用精细化对气象环境的影响,本文利用高分辨率土地利用数据探讨了次网格非均匀性对长三角地区气象环境模拟的影响.在基于WRF(Weather Research and Forecasting model)模式对2020和2022年夏季的数值模拟过程中,分别采用Noah_mosaic/Noah陆面方案开展是否考虑次网格非均匀性的高分辨率敏感性试验.结果表明,相比Noah方案,Noah_mosaic方案模拟结果与观测的相关性更高,误差更小,说明其能更好地反映城市群区域复杂下垫面物理过程.考虑次网格非均匀性后,城区变冷变湿,郊区变暖变干,这种变化在夜间更为显著,尤其是温度场,白天城区/郊区平均温度变化为-0.04℃/0.05℃,夜间城区/郊区平均温度变化为-0.14℃/0.53℃.非均匀性对模拟结果的影响可达到400 m高空,特别是在夜间增加了郊区大气的不稳定性.同时,夜间几乎整个陆地区域内的体感温度增加约0.27℃.此外,研究还发现当格点中建筑占比小于50%时,除了日最低温T_(min)以外,气象要素随着建筑占比的增加变化幅度较大,T_(mean)和T_(max)增率分别达到0.29℃/10%和0.55℃/10%,反之,则T_(mean)和T_(max)增率仅为0.1℃/10%和0.06℃/10%,这说明低建筑密度区域的小城镇未来发展将对气象环境产生更大的影响.展开更多
地面强冷池在飑线灾害大风的生成过程中具有重要作用,其模拟强度与模式内云微物理过程及边界层过程的参数设置密切相关。然而,由于参数的不确定性,目前仍无法对飑线系统实施合理的参数扰动。为提升对流尺度数值模式在飑线系统预报中的表...地面强冷池在飑线灾害大风的生成过程中具有重要作用,其模拟强度与模式内云微物理过程及边界层过程的参数设置密切相关。然而,由于参数的不确定性,目前仍无法对飑线系统实施合理的参数扰动。为提升对流尺度数值模式在飑线系统预报中的表现,基于WRF(The Weather Research and Forecasting Model)模式,针对飑线冷池模拟偏弱的问题,从云微物理过程和边界层过程等方案中选取5个关键参数进行敏感性试验。并在此基础上,对其中的敏感参数实施联合扰动,探讨该方法对江苏地区一次飑线过程模拟的影响。结果表明,调整影响蒸发作用的参数,能够显著改变对地面冷池的估计,其中反映雨滴大小对其下落速度影响的参数CONSTB和考虑雨滴下落时周围空气的流动对雨滴影响的参数VF1R对地面冷池的敏感性最强;在单参数和多参数联合扰动试验中,飑线冷区模拟的2 m气温相比对照试验低1—2℃,有效改善了冷池模拟偏弱的问题。此外,CONSTB和VF1R的联合扰动对预报的影响更显著,且其模拟的10 m最大风速最接近实况。上述结果表明,针对飑线冷池的多参数联合扰动方法不仅能够有效表征物理参数化方案中参数的不确定性,还能改进对冷池的模拟,进而提高对飑线大风的预报准确度。展开更多
基于中国气象局(China Meterological Administration,CMA)高分辨率数值预报产品、欧洲中期数值预报中心(the European Center for Medium-range Weather Forecast,ECMWF)精细化数值预报产品和国家级地面观测站数据,采用小波分析方法及...基于中国气象局(China Meterological Administration,CMA)高分辨率数值预报产品、欧洲中期数值预报中心(the European Center for Medium-range Weather Forecast,ECMWF)精细化数值预报产品和国家级地面观测站数据,采用小波分析方法及滑动训练、最优融合等技术对模式误差序列进行时频处理,实现了对模式系统误差和局地误差的订正,发展了西北区智能网格气温客观预报方法(northwest intelligent grid temperature objective prediction method,NWTM)。以2017年3月—2018年2月数据作为训练样本,对2018年3月—2019年1月西北区239个国家基本站进行检验。结果表明:1)NWTM对CMA和ECMWF两种模式产品的气温预报能力有显著的提升;随着预报时效增长,两种模式订正产品的误差增大。2)NWTM对ECMWF西北区最高气温的订正效果要明显优于CMA,但就最低气温而言,NWTM对CMA的订正效果更为显著。其中,就24 h最高气温而言,ECMWF在宁夏的订正效果最好,CMA在青海的订正效果最好;而对于24 h最低气温的预报,CMA在西北4省的订正效果相差不大,ECMWF在陕西的订正效果最好。3)空间误差检验表明:针对最高气温的预报,ECMWF订正产品的订正能力明显优于CMA,特别是在甘肃河西走廊和中东部、陕西北部和南部、宁夏中南部及青海大部。就最低气温的预报而言,ECMWF和CMA对甘肃河东和陕西南部的订正能力较好;ECMWF订正产品在宁夏中南部及青海南部的订正能力高于CMA,而CMA订正产品在陕西中部的订正能力更优。展开更多
闪电类型识别在雷电探测和气象防灾减灾等领域具有重要的作用。目前闪电类型识别面临数据多样性、波形特征复杂等难题,限制了识别算法的准确性和泛化能力。提出了一种基于多尺度残差网络和注意力机制的闪电波形多分类算法MSRES-SA(multi...闪电类型识别在雷电探测和气象防灾减灾等领域具有重要的作用。目前闪电类型识别面临数据多样性、波形特征复杂等难题,限制了识别算法的准确性和泛化能力。提出了一种基于多尺度残差网络和注意力机制的闪电波形多分类算法MSRES-SA(multi-scale residuals and self-attention),旨在提高闪电波形识别的准确性。首先构建了一个多尺度残差特征提取模块,用于提取闪电波形在时间维度上不同尺度的信息,并使用残差连接来增强模型的表征能力。然后使用注意力机制来动态加权重要特征,捕捉波形序列中的长距离关联。实验结果表明,MSRES-SA算法的平均识别精度为99.35%,在多个闪电波形类别识别中优于基线模型,并通过消融实验证明了多尺度残差模块和注意力模块在闪电波形识别任务中的有效性。展开更多
2021年7月17—22日河南省发生了一次历史罕见的持续性强降水,造成了巨大的经济损失。目前极端降水预报仍是次季节气候预测研究的热点和难点。区域气候模式有着比全球模式更精细的空间分辨率和更为完善的物理过程参数化方案,为进一步提...2021年7月17—22日河南省发生了一次历史罕见的持续性强降水,造成了巨大的经济损失。目前极端降水预报仍是次季节气候预测研究的热点和难点。区域气候模式有着比全球模式更精细的空间分辨率和更为完善的物理过程参数化方案,为进一步提高中国次季节降水预报能力提供了新途径。使用区域气候模式CWRF(regional Climate-Weather Research and Forecasting model)对中国气象局全球气候模式次季节预测系统CMA_CPSv3(China Meteorological Administration Climate Prediction System version 3)的预报结果进行中国区域动力降尺度,分析了CWRF和CMA_CPSv3模式对河南省2021年7月17—22日持续性强降水的预测效果。结果表明,区域模式和全球模式预报的降水空间分布和量级存在明显差异。尽管两个模式都低估了此次强降水过程的降水量,但总体上CWRF模式预报的降水量更大且更好地捕捉到了降水的空间分布。CWRF模式自6月26和29日起报的降水预报明显好于同一起报日CMA_CPSv3模式的预报结果。与CMA_CPSv3预报相比,CWRF显著地改善了东亚低空风场和低空急流的预报。CWRF对低空急流和水汽通量输送方向的改善尤为明显,预报的水汽在山脉的迎风坡辐合,为降水提供了有利的水汽条件。同时CWRF更好地预报了郑州上空的垂直上升运动,这些改善都有利于CWRF模式对降水有更高的预报技巧。展开更多
文摘长三角地区是我国城镇化程度最高的地区之一,下垫面存在典型的非均匀性特征,复杂下垫面结构甚至体现在亚公里级尺度.为了探讨城镇化背景下土地利用精细化对气象环境的影响,本文利用高分辨率土地利用数据探讨了次网格非均匀性对长三角地区气象环境模拟的影响.在基于WRF(Weather Research and Forecasting model)模式对2020和2022年夏季的数值模拟过程中,分别采用Noah_mosaic/Noah陆面方案开展是否考虑次网格非均匀性的高分辨率敏感性试验.结果表明,相比Noah方案,Noah_mosaic方案模拟结果与观测的相关性更高,误差更小,说明其能更好地反映城市群区域复杂下垫面物理过程.考虑次网格非均匀性后,城区变冷变湿,郊区变暖变干,这种变化在夜间更为显著,尤其是温度场,白天城区/郊区平均温度变化为-0.04℃/0.05℃,夜间城区/郊区平均温度变化为-0.14℃/0.53℃.非均匀性对模拟结果的影响可达到400 m高空,特别是在夜间增加了郊区大气的不稳定性.同时,夜间几乎整个陆地区域内的体感温度增加约0.27℃.此外,研究还发现当格点中建筑占比小于50%时,除了日最低温T_(min)以外,气象要素随着建筑占比的增加变化幅度较大,T_(mean)和T_(max)增率分别达到0.29℃/10%和0.55℃/10%,反之,则T_(mean)和T_(max)增率仅为0.1℃/10%和0.06℃/10%,这说明低建筑密度区域的小城镇未来发展将对气象环境产生更大的影响.
文摘地面强冷池在飑线灾害大风的生成过程中具有重要作用,其模拟强度与模式内云微物理过程及边界层过程的参数设置密切相关。然而,由于参数的不确定性,目前仍无法对飑线系统实施合理的参数扰动。为提升对流尺度数值模式在飑线系统预报中的表现,基于WRF(The Weather Research and Forecasting Model)模式,针对飑线冷池模拟偏弱的问题,从云微物理过程和边界层过程等方案中选取5个关键参数进行敏感性试验。并在此基础上,对其中的敏感参数实施联合扰动,探讨该方法对江苏地区一次飑线过程模拟的影响。结果表明,调整影响蒸发作用的参数,能够显著改变对地面冷池的估计,其中反映雨滴大小对其下落速度影响的参数CONSTB和考虑雨滴下落时周围空气的流动对雨滴影响的参数VF1R对地面冷池的敏感性最强;在单参数和多参数联合扰动试验中,飑线冷区模拟的2 m气温相比对照试验低1—2℃,有效改善了冷池模拟偏弱的问题。此外,CONSTB和VF1R的联合扰动对预报的影响更显著,且其模拟的10 m最大风速最接近实况。上述结果表明,针对飑线冷池的多参数联合扰动方法不仅能够有效表征物理参数化方案中参数的不确定性,还能改进对冷池的模拟,进而提高对飑线大风的预报准确度。
文摘基于中国气象局(China Meterological Administration,CMA)高分辨率数值预报产品、欧洲中期数值预报中心(the European Center for Medium-range Weather Forecast,ECMWF)精细化数值预报产品和国家级地面观测站数据,采用小波分析方法及滑动训练、最优融合等技术对模式误差序列进行时频处理,实现了对模式系统误差和局地误差的订正,发展了西北区智能网格气温客观预报方法(northwest intelligent grid temperature objective prediction method,NWTM)。以2017年3月—2018年2月数据作为训练样本,对2018年3月—2019年1月西北区239个国家基本站进行检验。结果表明:1)NWTM对CMA和ECMWF两种模式产品的气温预报能力有显著的提升;随着预报时效增长,两种模式订正产品的误差增大。2)NWTM对ECMWF西北区最高气温的订正效果要明显优于CMA,但就最低气温而言,NWTM对CMA的订正效果更为显著。其中,就24 h最高气温而言,ECMWF在宁夏的订正效果最好,CMA在青海的订正效果最好;而对于24 h最低气温的预报,CMA在西北4省的订正效果相差不大,ECMWF在陕西的订正效果最好。3)空间误差检验表明:针对最高气温的预报,ECMWF订正产品的订正能力明显优于CMA,特别是在甘肃河西走廊和中东部、陕西北部和南部、宁夏中南部及青海大部。就最低气温的预报而言,ECMWF和CMA对甘肃河东和陕西南部的订正能力较好;ECMWF订正产品在宁夏中南部及青海南部的订正能力高于CMA,而CMA订正产品在陕西中部的订正能力更优。
文摘闪电类型识别在雷电探测和气象防灾减灾等领域具有重要的作用。目前闪电类型识别面临数据多样性、波形特征复杂等难题,限制了识别算法的准确性和泛化能力。提出了一种基于多尺度残差网络和注意力机制的闪电波形多分类算法MSRES-SA(multi-scale residuals and self-attention),旨在提高闪电波形识别的准确性。首先构建了一个多尺度残差特征提取模块,用于提取闪电波形在时间维度上不同尺度的信息,并使用残差连接来增强模型的表征能力。然后使用注意力机制来动态加权重要特征,捕捉波形序列中的长距离关联。实验结果表明,MSRES-SA算法的平均识别精度为99.35%,在多个闪电波形类别识别中优于基线模型,并通过消融实验证明了多尺度残差模块和注意力模块在闪电波形识别任务中的有效性。
文摘2021年7月17—22日河南省发生了一次历史罕见的持续性强降水,造成了巨大的经济损失。目前极端降水预报仍是次季节气候预测研究的热点和难点。区域气候模式有着比全球模式更精细的空间分辨率和更为完善的物理过程参数化方案,为进一步提高中国次季节降水预报能力提供了新途径。使用区域气候模式CWRF(regional Climate-Weather Research and Forecasting model)对中国气象局全球气候模式次季节预测系统CMA_CPSv3(China Meteorological Administration Climate Prediction System version 3)的预报结果进行中国区域动力降尺度,分析了CWRF和CMA_CPSv3模式对河南省2021年7月17—22日持续性强降水的预测效果。结果表明,区域模式和全球模式预报的降水空间分布和量级存在明显差异。尽管两个模式都低估了此次强降水过程的降水量,但总体上CWRF模式预报的降水量更大且更好地捕捉到了降水的空间分布。CWRF模式自6月26和29日起报的降水预报明显好于同一起报日CMA_CPSv3模式的预报结果。与CMA_CPSv3预报相比,CWRF显著地改善了东亚低空风场和低空急流的预报。CWRF对低空急流和水汽通量输送方向的改善尤为明显,预报的水汽在山脉的迎风坡辐合,为降水提供了有利的水汽条件。同时CWRF更好地预报了郑州上空的垂直上升运动,这些改善都有利于CWRF模式对降水有更高的预报技巧。
