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[硕士论文] 申建华
测绘工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:地基GPS水汽反演过程中利用加权平均温度以及最终精密星历解算得到的数据精度,已经可以在数值气象预报中应用,但是最终精密星历的时延无法满足气象预报的实时性要求。基于通用大气加权平均温度模型获取大气加权平均温度不能在每个地区获得相同精度,会对水汽反演精度产生影响。中国水汽解算网络已经初步建立,但是基于历史原因很多站点无法获取站点地面气象要素,如若使用GPS定位中的温压模型,虽能获得相同的水汽变化趋势但是精度差异较大。本文将基于香港卫星参考站网、国家气象局布设的全国水汽站网及探空观测数据,对地基GPS水汽反演方法及影响的相关因素进行研究分析。主要研究内容如下:
  对GPS气象学的研究背景以及发展现状进行了阐述,对GPS系统应用于水汽探测原理进行了介绍,重点对利用水汽反演数据精度的可靠性进行论证分析。
  基于实时水汽反演的现实需求,利用超快速预报星历,实现了水汽反演,并对其可靠性进行了研究,结果说明利用超快速预报星历反演到的水汽反演精度与精密星历得到的结果精度相当。
  分析大气加权平均温度对水汽反演结果的影响,利用香港探空站10年探空数据资料,建立了香港地区加权平均温度模型,同常用的Bevis模型以及王晓英回归得到的经验模型进行比较分析,证明本文拟合的模型精度要明显优于上述两种模型精度,并结合GPS实测数据验证了该模型可提高香港地区的水汽反演精度。
  基于全国气象观测站网数据,建立了增加高度订正的反距离加权法内插获得实验站点的气象观测数据的方法,对分布在全国的25个内插区域中实验站点气象数据进行内插处理,并与实验站点的实测值进行比较,验证了此种方法可用水气数据反演。将本文建立的气象数据内插方法应用于香港地区,分析论证了该方法得到的气象数据参与解算的水汽值反演精度优于GPT2模型。
[硕士论文] 张自航
水利工程;水文学及水资源 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:英国山洪发生频繁,山洪的特点是流量大,历时短,破坏力强。山洪灾害在英国西南半岛每年都有发生;威尼斯(Valency)流域位于英格兰西南半岛,三面环海,出口断面为博斯卡斯尔(Boscastle)渔港,夏季多有特大暴雨,多发山洪灾害。山洪灾害的发生受水文和气象综合因素影响,成因较复杂,难以精确预报。采用陆气耦合模型进行山洪预报对山洪灾害防治与水资源合理调配均有非常重要的价值与意义。
  本文总结了威尼斯流域的洪灾成因及灾后防洪工程措施;从陆气耦合的角度构建了威尼斯流域WRF-PDM耦合模型,再现了威尼斯流域Boscastle山洪过程;为威尼斯流域的山洪预警提供了依据,也为其它无资料小流域的山洪预报奠定了重要的理论与实践基础。获得的研究成果主要如下:
  (1)威尼斯流域山洪灾害成因主要有:1)气候变化(海平面上升);2)天气(中尺度对流系统)和暴雨(强对流降雨,暴雨频率高,强度大);3)陆面条件(植被多为草本植物,截留能力低,土壤多为耕作土,自然肥力低,透水性差);4)流域特性(狭长型流域,流域面积小,河网密度大,河道比降大,地势变化快,产汇流迅速);5)人为因素(防洪工程措施不完善等)。
  (2)在威尼斯流域Boscastle山洪爆发后,水沙流体大量倾泻,伴随有滑坡和泥石流,原有的河道和坡面遭到毁坏,下垫面的地质地貌发生了很大的变化。主要干支流受到的影响是河岸的侵蚀,河床的切割,横向运动和撕裂。灾后该流域具体的防洪工程措施有:加宽加深河道,边坡加固,增加防洪涵洞数量,安装地下排水管道,增高路基等。
  (3)在降雨模拟方面,WRF对威尼斯流域暴雨的时空分布有较好的模拟能力,模拟结果与观测值一致性较好,峰值有一定差异,总量略有偏小,总体上Grell-Freitas方案不管是在降雨的时间分布上还是累积雨量上都要比Zhang-McFarlane方案模拟效果好,Grell-Freitas方案比Zhang-McFarlane方案更适合威尼斯流域的降雨模拟。
  (4)在PDM模型参数率定和参数验证方面,参数率定纳什效率高达0.88,参数验证的纳什效率系数高达0.9。表明参数率定和参数验证的结果比较理想,邻站肯恩流域的流域特性参数可移用于无资料的威尼斯流域。
  (5)使用WRF的模拟结果输入PDM进行单向耦合;不同积云对流方案中,Grell-Freitas参数化方案能很好模拟洪峰流量。利用WRF-PDM耦合模型可以实现威尼斯流域的山洪预报。
[硕士论文] 贾斌
软件工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:人民群众对气象数据越来越重视,对气象服务的要求也慢慢变得更细致、更个性化,公共气象服务需求和公共气象服务的质量严重影响着城市的稳定与持续发展。聊城市气象局为逐步改善气象服务与公众需求的差距问题,及时为公众传递气象服务信息,由传统向现代,由粗放走向精细的转型是贯穿聊城市智慧气象发展始终的理念。因此,有必要建设一套基于移动应用的聊城市公共气象服务平台。
  公共气象服务平台主要选用Java开发语言,MVC思想、HTML技术、SSH框架进行开发,Web端与Android端使用Restful技术,均通过JSON数据进行展现,使用MYSQL数据库存储公共气象服务数据。在公共气象服务平台的业务展现页面,主要利用Struts框架的标签库提供数据支持,内部服务处理利用Restful Client、Restful Endpoint、WebService Endpoint提供技术支撑,具体业务处理则需要调用业务逻辑组件、平台标准逻辑组件、平台Spring服务,利用Hibernate框架完成对MYSQL内数据的持久化。
  公共气象服务平台将主要分为公共气象服务与后台管理,公共气象服务则由Web端与Android端构成。公共气象服务功能主要完成地面资料查看、卫星云图资料查看、雷达资料查看、精细化预报查看、天气指数查看、闪电资料查看、空气质量查看、气候服务产品查看、预警信号查看、常规预报产品查看、地面统计查看、城镇报产品查看、气候产品查看、实况、预报预警、Android端主页。后台管理主要用于进行用户管理、访问统计、文件管理、统计图表、消息推送。
  公共气象服务平台运行后,使聊城市能够合理梳理气象灾害警报发布阶段内出现的各类情况,改善了聊城市公共气象服务的办事速度及工作质量,促进了聊城市气象台业务维护能力的提升,解决了聊城市气象服务尤其是决策气象服务的显示预警及传输问题。
[硕士论文] 邵俊
计算机技术 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:由于气候条件的复杂性、多样性和变异性,使得天气预测的过程中存在着大量的模糊性和不确定性,从而导致中长期降雨量的预测成为了计算机预测和气象科学中的一个难点问题。虽然我国幅员辽阔,地形复杂,但降雨量的空间分布仍有一定规律。随着我国经济的快速发展,气象信息越来越受到广泛的关注,无论是人民的生活,还是经济的发展都与气象息息相关。天气预报基于卫星观测,可以较为精确地预测未来数天的风力、湿度、温度等天气状况,但是如何能够知道未来几个月甚至未来几年大概的降雨量变化状况,将是本文研究的重点。
  马尔可夫链适用于随机波动性大的预测问题,但它要求状态无后效性,对极值的预测不太理想,而组合模型可以通过结合其他算法来优化其缺陷,所以本文基于马尔可夫链的组合模型对降雨量进行预测,并提出了相应的两种预测方式,然后利用Arcgis组件设计与实现了城市降雨分布系统,主要研究工作如下:
  (1)本文提出了基于马尔可夫链和模糊集组合模型的预测算法。先将降雨量有序聚类,计算出状态转移矩阵,然后引入隶属度概念,求出每个状态对其他状态的影响值,再通过加权的方式算出预测的状态区间,最后通过模糊集公式算出具体的降雨预测值。算法取缔了传统上用的较多的平均分类,然后引入隶属度更详细的描述随机变量序列值分别属于所有状态的隶属程度,较好的减小了原来“非此即彼”思想带来的误差。
  (2)本文也提出了基于马尔可夫链和灰色理论组合模型的预测算法。该方法引入了滑动GM(1,1)模型,先通过最小二乘法求出预测函数,然后代入具体时间求出第一次预测值及其与实际值的误差,再通过误差进行分类,最后通过加权马尔科夫模型完成预测。该算法主要采用二次预测的方式,降低了偶然因素的影响,简化了建模的步骤,提高了预测的精度和速度。
  (3)本文查阅并参考国内外关于降雨分布图制作和降雨预测的研究技术,利用插值算法和ArcToolbox构建了等值模型。然后我们通过ArcGIS服务器发布地理信息服务,实现了城市降雨分布图制作的功能。最后通过加权马尔可夫算法,在系统中实现年降雨量预测并制图的功能,为人们的生产生活和有关部门的防灾减灾都提供了便利。
  通过以上研究,我们论文实现了对马尔可夫组合预测算法的优化,提高了预测的速度和精度,为长期降雨量的预测打下了坚实的基础。
[硕士论文] 戴李杰
物理电子学 浙江师范大学 2017(学位年度)
摘要:热带气旋(Tropical Cyclone,TC)是全球影响最严重的自然灾害之一。TC强度和路径的准确预报,对于减轻其带来的灾害影响至关重要。近年来,遥感卫星云图已逐渐成为监测TC的主要手段。本文基于静止卫星云图结合内核尺度和中心纬度等特征因子,利用相关向量机(Relevance Vector Machine,RVM)构建TC客观定强模型,并与传统线性回归(Linear Regress,LR)模型作对比。本文主要完成了以下三方面的研究工作:
  (1)基于静止红外卫星云图和RVM构建有眼TC客观定强模型。首先,利用高斯平滑对红外卫星云图进行去噪,然后利用基于测地活动轮廓(Geodesic Active Contour,GAC)模型的偏微分方程(Partial Differential Equation,PDE)法对有眼TC的眼壁进行分割,提取眼壁的亮温梯度信息,计算眼壁亮温梯度的最大值及梯度数据不同概率时的均值。利用RVM分别构建单特征因子、多特征因子与近地面最大中心风速的客观定强模型。实验结果表明,无论对于单特征因子还是多特征因子定强模型,RVM模型的定强误差均比LR模型小。随着特征因子维数的增加,两个模型的定强误差都降低,但RVM模型的定强误差降得更多。
  (2)以TC中心作为参考点,基于融合卫星云图和RVM构造TC客观定强模型。首先,利用拉普拉斯金字塔融合算法对红外和水汽通道的云图进行融合,从而获得融合卫星云图。然后以TC中心作为参考点,构造偏差角-梯度共生矩阵。本文利用共生矩阵中的多个统计参数结合TC内核尺度和中心纬度等信息构造与TC强度密切相关的特征因子,利用RVM建立TC客观定强模型。实验结果表明,对比各个尺度的定强误差,最优定强径向尺度距离为200km。当利用共生矩阵的9个最佳统计参数构建定强模型时,RVM模型的定强误差比LR模型小。当加入TC中心纬度特征因子后,两个模型的定强误差都降低,其中,RVM模型降低的误差比LR模型多。
  (3)以每一点依次作为参考点,基于融合卫星云图和RVM构造TC客观定强模型。基于融合卫星云图,以每一点依次作为参考点,构造偏差角-梯度共生矩阵,计算共生矩阵的统计参数阵的最小值、中值和均值。本文利用共生矩阵参数阵中的多个统计参数(最小值、中值和均值)并结合TC内核和中心纬度等信息构造与TC强度密切相关的特征因子,利用RVM建立TC客观定强模型。实验结果表明,对比各个尺度的定强误差,最优定强径向尺度距离为200km。统计参数阵的均值更适用于TC强度估计。当以每一点依次作为参考点时,定强模型的误差都小于当以TC中心作为参考点时的模型。当利用共生矩阵的9个最佳统计参数构建定强模型时,RVM模型的定强误差比LR模型小。当加入中心纬度特征因子后,两个模型的定强误差都降低,其中,RVM模型降低的误差比LR模型多。
  纵观所提出的三种基于RVM的TC客观定强方法,与LR相比,RVM模型具有更好的高维非线性处理能力和强度估计能力,并具有较强的稳定性,能对TC强度进行有效估计。
[硕士论文] 范悦敏
地质工程(气象学) 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:本文以1984年-2013年秋冬季在西北太平洋上形成的热带气旋作为研究对象,利用NCEP/NCAR全球逐日再分析资料、OLR逐日分析资料和RMM指数以及JTWC最佳路径资料,通过滤波技术及合成分析等方法,探讨了MJO(Madden-Julian Oscillation)活动对西北太平洋秋冬季热带气旋形成发展的影响。
  秋冬季MJO在第五位相活跃的时间占不到总时间的十分之一,但与之有关的热带气旋接近半数,其中超过半数的超强台风都与之有关。滤波及合成分析的结果表明MJO为西北太平洋热带气旋形成发展提供了更有利的大尺度环境条件。受MJO的影响,热带气旋形成发展区域的大尺度环境低层气旋性辐合和上层反气旋性辐散都更显著。进一步的分析表明热带气旋相对于MJO活跃中心的位置可近可远。东移的MJO不仅通过自身的有利条件直接对热带气旋的形成发展起作用,也通过触发向西传播的双周期振荡及由东向西传播的天气尺度波列,影响热带气旋的形成发展。
[硕士论文] 高沫
水利水电工程 广西大学 2017(学位年度)
摘要:在全球气候变暖背景下,针对降水,尤其是极端降水的时空变化特征研究一直是气候研究关注的热门问题,也是进一步认知洪涝灾害成因的理论基础。针对以往广西降水和极端降水研究中存在的不足,本文依据1971-2012年逐小时降水数据,分区域研究了年、季、日降水的趋势变化和空间分布特征;其次,利用降水发生率和贡献率的指标,分析了各历时降水的时空演变规律;然后,基于Copula函数理论研究了广西典型城市降水与气温的相关性;最后,采用极端降水严重度指数、集中度和集中期的指标,探究了广西极端降水事件的时空变化特征与年内分布规律。主要结论如下:
  (1)广西年降水由中西部向东北部、南部递增,其中,桂东南地区降水整体呈下降趋势,而沿海地区降水整体呈增加趋势;桂西北地区年降水存在1个主要丰水期在1991~2002年,而其他地区存在2个丰水期在1977~1986年和1995~2004年左右;四季降水前两个主要的空间分布类型为全区多雨(少雨)和南涝北旱(南旱北涝)两种类型;大部分地区日降水非对称性程度呈增大趋势,反映了局部地区极端降水强度增大的可能性。
  (2)广西短历时(1~3h)降水发生率和贡献率整体呈下降趋势,长历时(12h)降水发生率和贡献率整体呈增加趋势,并且在不同年份呈显著性变化,而中等历时降水(4~6h和7~12h)发生率和贡献率变化趋势区域间存在差异;不同历时降水的发生率和贡献率的主周期在局部区域一致性较强,说明广西降水结构在局部区域比较相似;1~3h、4~6h和7~12h历时降水发生率和贡献率的高低频期分布较为一致,不同地区12h以上历时降水发生率和贡献率的高低频期不同。
  (3)由沿海到内陆,不同地区不同季节降水与气温相关性存在差异,其中,北海地区夏季和冬季,南宁地区夏季以及桂林地区秋季的降水和气温的相关关系可由Frank Copula函数表征;不同地区年内降水与气温内在相关结构不同,桂林地区年内降水和气温的相关关系可由正态Copula函数表征,而南宁和北海地区年内降水和气温的相关关系可由Frank Copula函数表征。
  (4)广西东北部和东部极端降水事件发生的频次较高,沿海地区和东北地区极端降水的平均强度和严重度指数较大,说明这些地区易发生洪涝灾害;除沿海地区外,其他区域极端降水事件的频次和强度均呈增加趋势;极端降水事件多发生在6~8月份,并且西北和沿海地区极端降水事件的发生时间相对比较集中,区域间极端降水事件发生的时间和集中程度在不同时期,呈不同的趋势变化。
[硕士论文] 耿恬
软件工程 湖南师范大学 2017(学位年度)
摘要:随着气象数据格式、数据解析技术和GIS(GeographicInformation System)引擎的快速发展,以及高速安全的VPN(VirtualPrivate Network)技术日渐成熟,基于数据同步引擎的多用户共享编辑天气预报数据成为当前天气预报制作的研究热点和重要的发展趋势。本文设计和实现的天气预报制作协同平台是GIS在多用户实时编辑天气预报的一种应用,同时,转换多种数据来源格式为标准数据格式。
  天气预报制作协同平台主要为气象预报制作提供协作便利,不改变现有气象预报数据编辑模式的前提下,提高人员之间协作效率。整个平台界面美观,操作便捷且功能导向清晰,通过共享地图编辑窗口方式保证各级预报结论的一致性。通过引入类似QQ语音和文字聊天方式来沟通业务信息,改变了传统气象预报制作的单向上行和下行模式。
  前期进行详细需求挖掘,定时跟客户进行需求讨论会议,同时也邀请行业专家来进行需求评审,以保证需求与用户想法一致。对整个系统所需要的开发技术和框架进行了详细学习和研究,例如:.NetFramework,Window通讯平台(Windows Communication Foundation),超图GIS应用和XML文件解析等,以确保协同平台的技术架构是可行的。在此基础进行了合理的用户角色划分,主要有三大类用户:系统管理员、省级用户、市级用户。省市级用户按不同岗位划分子类,包括有短临科,中长期预报科等,以不同岗位来设计相关菜单和功能。整体功能主要有四大块:系统管理、天气预报协同、灾害预警协同和统计检验。系统管理包括用户管理、用户登录日志查询、菜单管理、权限管理等功能。预报协同支持格点数据和站点数据两种不同形式的合作编辑。预警协同支持市级预警区域选择和县级预警区域选取两种方式。统计检验提供均方根误差、绝对误差等多种统计量来评估预报效果。我的主要工作是气象数据采集模块和数据同步引擎模块。
[硕士论文] 孔晓宇
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文基于TRMM卫星降水和JRA55大气再分析资料、通过个例诊断分析方法,研究了我国华南地区春季和夏季降水的准双周低频振荡特征及其成因。主要结论如下:
  对于2006年春季华南地区降水总量偏多的典型个例,研究发现2006年春季华南降水强度变化呈现显著的10~20d(准双周)低频振荡。华南降水准双周振荡的干、湿位相转换,对应着对流层低层围绕青藏高原的异常反气旋与异常气旋环流以及相应的华南地区异常东北风与西南风的交替出现。在中、高层,中高纬欧亚大陆地区有一支异常气旋与反气旋交替配置的低频波列;随着低频波列向东南移动,冷(暖)空气南侵,强迫华南地区低层暖(冷)空气上升(下沉),造成降水正(负)异常。引起华南局地气温场变化及异常垂直运动的主要因素是季节平均流对准双周低频温度的平流作用和低频风场对季节平均温度场的平流效应。准双周振荡湿位相为天气尺度扰动发展提供有利的环流背景,易于发生连续性的极端暴雨事件。时滞相关表明,当赤道西太平洋500hPa低频流函数异常超前华南低频降水异常5天时,二者的负相关最强。这意味着赤道西太平洋500hPa异常环流对于华南地区季节内降水有一定指示意义。
  针对2002年夏季华南地区降水总量偏多的个例诊断表明,2002年夏季降水强度演变存在主周期为10~30d的准双周低频振荡。准双周降水的强(弱)变化除了受低空西北太平洋副热带高压西伸进入(东移退出)南海的影响以外,还显著地依赖于中高纬地区对流层高层的一支自大西洋经欧亚大陆向东南传播的低频波列,当异常反气旋和气旋分别位于青藏高原和华北上空时,这种偶极型环流之间的高空辐散场有利于华南地区降水偏强。低频波列南移造成了对流层异常温度平流和副热带高层异常绝对涡度的变化,使得华南地区上升与下沉运动交替出现以及相应的经向环流圈反转,从而导致准双周振荡干湿位相的转换。局地异常感热加热对干湿位相转换也起一定作用。时滞相关表明,当青藏高原地区500hPa位势高度异常场超前于华南异常降水4天时,二者出现显著正相关,表明青藏高原地区500hPa位势高度异常对预测华南地区准双周降水变化有潜在的应用价值。
[硕士论文] 刘畅
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:集合预报技术是提供概率天气预报、估计数值预报不确定性的一种有效手段。发展构建合理的风暴尺度集合预报技术已成为目前国际上的研究热点。本文基于WRF模式,首先将随机物理倾向扰动(SPPT)方案引入风暴尺度集合预报系统,通过敏感性试验得出适用于本次试验研究的最佳SPPT方案参数配置,并探讨了SPPT方案的模拟降水特征;其次提出一种新的混合模式扰动(SPMP)方案,并与多物理扰动(MP)和SPPT构成三组试验,分析不同方案的集合预报效果,最后讨论三组模式扰动的扰动演变特征和能量传播机制。主要结论如下:
  (1)SPPT方案时空参量的选择与天气过程中的大尺度信息、中小尺度系统的活跃程度以及模式的时空分辨率有一定的联系,SPPT扰动振幅的选取在一定范围内越大越好,本次试验的时空尺度选择6h和100km,扰动振幅选择0.525最为合理。另外,SPPT方案集合成员在局部地区可以较大幅度地改变降水量但是对降水落区的准确模拟存在一定的局限性。
  (2)SPPT方案对低层和近地面的的扰动效果较好,尤其是对近地面水汽场;扰动的影响主要作用于积分中后期。SPMP方案在中高层扰动效果更为显著;在各个层次上整个积分时段中,风场和温度场中集合成员可信度最高,能有效弥补单独使用MP和SPPT方案时在不同积分时段的不足,在短时的强降水预报中能获得较高的预报技巧。
  (3)SPMP水平扰动特征受MP控制;在垂直方向上积分后期SPMP扰动在低层受SPPT影响而高层扰动形态被MP扰动主导。从扰动能量分析,各方案小尺度能量较大尺度能量先达饱和,扰动能量随积分时间有向大尺度传播的趋势;SPPT方案的扰动能量随时间增长速率要远大于多物理和混合扰动。SPMP能有效补偿SPPT和MP方案在不同尺度上的能量耗散。
[硕士论文] 何佳玮
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文利用NCEP再分析资料和中国自动站与CMORPH融合的逐时降水量0.1°网格数据集,结合中尺度WRF模式对2011年江西北部的一次梅雨锋暴雨过程进行了诊断分析与数值模拟,并探讨了在该暴雨条件下边界层特征。实况资料分析表明,此次暴雨在有利的天气背景条件下发生,且在本次暴雨过程中边界层内的过程特别是边界层内的辐合对暴雨的发展至关重要。利用高时空分辨率的模拟结果,对边界层特征进行了分析,结果表明:暴雨期间边界层高度有明显日变化特征,但相比于非降水区,暴雨区白天与夜间的边界层高度均明显偏低;边界层内湍流混合的强度主要与地形有关,且主要集中在边界层内,但在暴雨发展和强盛阶段,在边界层高度之上会出现一强湍流混合区,尤其发展阶段更为明显;在垂直方向上,湍流交换过程对动量、热量、水汽均有较为明显的输送,湍流动量通量基本为向下输送,但在垂直方向风向转变的过程中也有可能出现向上的湍流动量通量输送,感热通量主要也是向下输送,而潜热通量基本均是向上输送,且发展阶段凝结潜热释放在暴雨发展至强盛的阶段也有较重要的作用;对平均动量方程计算分析发现,边界层内U、V风分量动量增减率的变化趋势均与暴雨的发展有较好的对应关系,而湍流作用项作为边界层内特有的一项,也起了尤为重要的作用。为了更直观地分析湍流交换过程对本次暴雨的影响,重点分析了有无湍流交换时对流层中低层低空急流、辐合带和水汽条件的差异,结果发现:湍流交换过程能够使低层风速发生变化,从而使低空急流强度以及辐合带的位置强度发生改变,间接导致水汽通量辐合的变化,从而对降水产生影响。
[硕士论文] 隋新秀
大气遥感与大气探测 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:卫星风矢的时空分辨率较高,在台风的分析和预报中可以发挥重要的作用。本文基于二阶差分法晴空导风技术,结合实例反演了台风周围晴空区大气风场,主要进行了晴空风矢质量控制方案研究、导风实例分析与风矢误差定量对比以及晴空风矢同化应用三方面的研究:
  首先,为提高晴空风矢质量,本研究使用欧洲中期天气预报中心的高精度再分析资料(简称ERA)的风场数据,逐点与晴空风矢的风向和风速进行对比,并通过设置阈值,对不合理的晴空风矢进行筛除。
  然后结合台风个例,利用二阶差分法进行了台风周围晴空区导风实例研究,并以NCEP800hPa风场做参考,分别计算了质量控制前后晴空风矢的偏差(BIAS)、标准偏差(SD)及均方根误差(RMSE)。结果表明:质量控制可以有效减小风速、风向的偏差;SD及RMSE也由质量控制前的平均7.8m/s和19.7m/s减小到质量控制后的2.0m/s和4.6m/s。
  最后,选取台风“海葵”、“灿鸿”、“梅花”三个个例,利用WRF中尺度数值模式进行了台风预报的个例研究。研究结果表明:同化晴空风矢可以改善位势高度、风场、湿度等初始物理量场,对台风的路径、强度预报以及风场、降水预报都有不同程度的改进。
[硕士论文] 王凌梓
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文采用WRF中尺度天气预报模式,针对海南岛多云天气条件下的一次典型海风个例,对局地海风环流结构进行了数值模拟,分析了海风环流的演变特征,通过设计改变海南岛地形的敏感性试验,探究地形对海南岛局地海风环流结构的影响。
  结果表明,海岛西部陡峭的山区令海风强迫抬升,偏南背景风使得海岛北部高空回流明显,海岛西部、北部的海风结构较为完整。地形高度越高,海岛南部山区的阻挡作用越强,西部地区的海风高空回流越清晰,西部、西北部云水分布的位置也越深入内陆。在15时海陆交界处位温和水汽混合比等值线梯度最大,几乎呈垂直分布。其中海岛西部的等位温线比海岛东部更密集,在山脉地区,地形越高,位温越大。水汽在高耸的山脉两侧迎风坡上含量较为丰富,并且,在多云天气下水汽混合比大值区的范围和在垂直高度上伸展的高度比晴空天气下的更大。海南岛区域平均云水、雨水混合比均在15时达到最大值,地形的抬高有利于云水、雨水混合比的增强。海风辐合带和反射率的分布也与累积云水混合比、雨水混合比相类似。在午后海风发展强盛时,海岛南部山区的平均垂直速度明显上升,其强度与地形高度密切相关,地形高度越高,海风遇山后的抬升作用越大,平均垂直速度也越大。受到南海季风的影响,在多云天气下,海风强盛期全岛最大风速可达6~7m·s-1,海风在垂直方向上伸展的高度更高。移平地形后,晴空天气下的全岛风速大大减弱,而多云天气下全岛风速平均仅减少2~3m·s-1;多云天气下海风环流的水平结构受地形的影响比在晴空天气下较弱。
[硕士论文] 徐宁军
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着移动通信业务的飞速发展,气象信息的收集、处理和发布在移动端的运用也变得越来越重要。利用手机客户端作为一个重要的载体已经成为天气预警预报信息发布不可或缺的渠道之一。本文首先对传统发布渠道和新的发布渠道做了纵向的对比,得出手机客户端在信息发布上的优势,然后通过常见的天气App进行横向比较其优缺点,提出了本项目开发的中山天气App的三个创新优势:1、实现预警、预报信息及时推送的优势;2、实现基于基础数据的预报辅助平台的打造的优势;3、实现基于本地气象宣传的智慧功能的优势。
  论文从需求分析、系统的设计、数据的采集和处理、功能实现和测试有序的搭建了整篇文章。中山天气App基于Android操作系统开发,主要的开发工具包括Java JDK、SDK(百度地图、Android、Share)、Studio、SQLite、Spring Security等等。全文首先针对不同的需求人群:普通公众、决策信息员和信息上报人员,提出具体需求,确定了建设的目标和整个系统的设计方案;然后完成了数据采集和处理的工作,特别是在一些数据使用难点方面找到了最合理的解决方法。
  最后实现的功能主要包括三大部分:第一基础功能,如界面的切换、地图的定位、预警信息的发布推送,气象数据图表的绘制;第二公众功能:如常规天气预报,丰富的气象服务产品(旅游气象、交通气象、实时雷达图和卫星云图、台风路径信息、语音和天气分享、气象科普、知识竞赛等)和短临预报产品;第三内部功能:包括了认证功能、预报辅助平台(气象要素统计、雨量统计、信息快报)等等。
  最终搭建了一个基于移动通信的气象信息收集处理发布系统,开发了一个完整的中山天气App,目前可以随意安装使用。
[硕士论文] 吴佳敏
环境科学与工程 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文利用中尺度WRF数值模式及其三维变分同化系统对江苏近海低层风场进行精细化的模拟研究。首先,对星地多源测风融合数据集进行稀疏化处理,之后,进行长时间序列的控制试验(不同化任何资料)、敏感性同化试验(将QuikSCAT卫星资料放入同化模式)和多源测风同化试验(将经过稀疏化处理的星地多源测风融合数据放入同化模式),分别对上述3组试验结果进行真实性检验,评价不同试验方案对风场要素的模拟效果,并选取最优同化方案应用于大风天气过程的模拟分析。
  对2008年4月和7月江苏近海低层风场要素的模拟结果分析表明:星地多源测风融合数据集精度过高,需在同化前进行稀疏化处理,同化与模式分辨率相对接近的资料效果更好。同化不同资料对风场模拟的影响不同,相对于未同化任何观测的控制试验的模拟结果而言,同化试验均可以有效地改善研究区域风场的初始场质量,从分析场的逐时输出结果来看,同化试验对风速模拟结果改进明显,但对风向提高有限。通过对敏感性试验和多源测风同化试验的对比,确定使用多源测风同化试验。
  在了解同化多源融合数据模拟效果的基础上,分别对2008年7月29日-31日台风大风和12月21日-22日寒潮大风过程低层风场进行模拟分析。在对“凤凰”台风的模拟研究中,多源测风资料同化试验较好地把握住了台风整个发展演变过程中江苏近海低层风场的强度变化特征,但对降水模拟效果不佳。另以一次寒潮大风过程为研究对象,模式对寒潮大风过程强风区的风速分布、位置移动的判断较为准确,峰值风速模拟值略小于实测。两次模拟试验结果在风速的时间演变方面的模拟问题最大,模拟的结果超前于实际观测结果。
[硕士论文] 蔡瑾婕
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:为改良集合转换卡尔曼滤波方法(Ensemble Transform Kalman Filter, ETKF)在初始扰动中离散度偏小的问题,考虑引入物理不确定性,对比分析两种初始扰动方法效果的差异,分析差异产生的原因,以期深入了解改善机制。研究风暴尺度下暴雨对不同初始扰动误差的敏感性差异,检验两种ETKF初始扰动方案改良的相对水平,分析不同方案对时空不确定性的预报能力以及不同尺度扰动对预报误差的贡献等。利用WRF模式构建更新预报系统,选取2014年5月一暴雨个例进行极端强降水模拟和集合降水预报试验,通过ETKF方法设计两种初始扰动方案,其一是单一物理方案,称为mono方案;另一种在方案一的基础上,于分析扰动过程中加入多物理过程,而在预报过程开始后仍采取与方案一相同的设置,称为multi方案。结果表明:
  (1) multi方案的离散度相比mono整体更优,显然添加了多物理扰动方案的试验对结果有改进;在离散度分析中,multi方案在强对流区域的改进效果比在整个区域中的要好,而对各变量的离散度和均方根误差之比相当,说明集合预报系统的合理性;对各量级预报结果评分显示,多物理方案在各量级降水预报评分上均呈现出较好表现能力;
  (2)在分析循环过程中引入多物理扰动的multi方案相比单一ETKF的mono方案在初始时刻离散度和模拟的动力和水汽条件上均有较大改进。
  目前对于研究风暴尺度集合预报系统在全球范围内都处于起步阶段,因而本文研究内容不仅对风暴尺度ETKF初始扰动方法的认识具有理论意义,而且为未来开发该类系统提供了依据。
[硕士论文] 李亚
软件工程 湖南师范大学 2017(学位年度)
摘要:气象学上短时强对流天气突发性强且破坏力大,而且还常常伴随着出现雷阵雨大风、龙卷风、暴雨等灾害性天气,对人民的生命财产安全和正常的经济活动构成了极大的威胁。因此,对强对流天气尤其是强降水的预测研究意义重大。云团的外推指的是根据相邻时刻同一云团形成的两幅反射率因子图,计算它们之间的变化,并依此得到未来短期时刻的云团形态。本文依据多普勒天气雷达收集的天气雷达数据形成的反射率因子图来展开对降水云团的外推算法研究。主要创新点如下:
  (1)解析雷达基数据并提取云团反射率数据,建立相应的数据模型,然后基于现有云团结构与形态外推算法,结合图像处理技术,改进了云团外推算法。
  (2)设计了模拟实验,依据已有文献的测试和评估标准对改进后的算法进行了测试与评估,评估结果表明,本文算法提高了云团外推的准确度。
  (3)依据改进的云团外推算法,设计并实现了短时小范围降雨预报系统,用于短期临时小范围区域降水预报。系统采用Spring+SpringMVC+MyBatis的系统架构,基于JAVA语言实现。前台以多种方式展示降水预报信息,后台完成雷达数据的定时动态获取与解析、反射率因子提取、反射率因子图外推以及数据接口等功能。
[硕士论文] 牛迪宇
应用气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:强风和强横风对汽车安全行驶影响较大,为提高预报准确率,减轻风灾损失,全面地了解强风和强横风的发生规律、形成及维持机制尤为重要。
  1.本文首先利用江苏省典型高速公路2012~2015年交通天气自动监测系统观测数据,分析了江苏省沪宁、宿淮盐、沿海和京沪高速公路强风和强横风的时空分布特征,探讨了地理环境等因素对强风和强横风发生的影响,在此基础上,对江苏省典型高速公路的风压进行分级,揭示风压的空间分布特征。研究表明:(1)一天中强风和强横风发生频率最高的时间段为12~14时;一年7月份频率最高。(2)各站点强风和强横风发生日数频率一致,均呈现沿海高速发生频数较高的站点最多,范围最大,宿淮盐高速最少的特点。强风盛行风向与强横风风向基本一致,偏北风频率最高。频率最高的极大风风向为22.5°,最大风风向为0°。(3)月极端风速除宿淮盐2012年秋季外均超过10m/s,最大值达到22.6m/s。(4)综合考虑风向、风速等变化因素,将风压按从大到小顺序分为10、9、8、7、6、5、4、3、2、1级。其中风压达到4级以上频率最高的公路为沿海高速公路。(5)地理环境对各高速公路不同路段强风、强横风和风压等级均有不同程度的影响。
  2.对2013年3月9~10日发生在江苏省的一次冷空气过境引发的强横风天气过程进行了数值模拟,得到结论:(1)本次强横风过程高空有深厚的低槽,槽后强冷空气控制,地面冷高压不断发展和东移南压,高低空温压场结构配置较好,有利于近地层出现强风。(2)高低空散度场的有效配合及冷锋过境时产生的锋面大风是出现此次强横风过程的重要因素。(3)北方冷高压向南推进,与南方暖湿空气相遇,将其抬升形成锋面大风,并伴随产生了降水,此时路面湿滑且风雨交加时车辆行驶更为危险。(4)对流有效位能较小而对流抑制能量较大,本次强风过程对流交换较小。(5)在强风发展中期小范围出现冷暖平流交互,该处大气层结不稳定,冷锋后冷平流控制了底层大气,暖平流控制了高层大气,使得大气层结比较稳定,该系统得以维持。
  3.对2012年8月7~10日发生在江苏省的一次由台风过程引发的强横风天气过程进行了数值模拟,得到结论:(1)本次强风过程主要影响江苏南部、浙江北部和安徽南部地区,模拟效果十分理想。(2)台风登陆时台风中心辐合辐散值很大,随着台风在陆地上移动,逐渐减弱,登陆6~8小时后辐合辐散值急速下降。(3)400hPa以下大范围地区水汽丰富,相对湿度大于80%,当台风减弱时,水汽仍作用于江苏上空,降水的减弱滞后于风力的减弱。(4)台风天气发生过程中,高对流有效位能区代表未来暴雨区范围,CAPE值的时间变化可以为暴雨的预报提供很好的启示作用。(5)可根据暖平流和冷平流明显分辨出气旋中心气流上升处和四周气流下沉处。
  4.对2013年7月31日发生在江苏省的一次由强对流天气引发的强横风过程进行了数值模拟,得到结论:(1)本次强风和强横风过程是由强对流天气产生的,影响范围较为分散,局地性较强。与系统性大风和台风过程模拟结果相比,本次模拟效果不是太理想,但江苏省高速公路代表站风场模拟值与实测值之间的相关系数都能达到0.6以上。(2)本次强横风过程发生时表现为低层辐合、高层辐散,强对流性天气的风速大、发生范围小使其对局地的影响更严重。(3)本次强横风过程的水汽垂直结构呈上干下湿的分布配置,易形成对流性不稳定层结,触发和维持强对流天气。(4)不稳定能量的积累,高CAPE和低CIN提供了有利的能量环境,不稳定结构配合下沉运动,是造成强横风天气的重要条件。(5)本次强横风过程发生时,形成了上冷下暖的不稳定层结,促进了对流系统的形成,产生动量交换,使地面风速增大。
[硕士论文] 符靖茹
应用气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:华南近海是我国受登陆台风影响最为频繁、最为严重的地区,由于观测资料匮乏,对于该区域的台风边界层结构以及海气通量的精确描述仍然是难点。本研究基于热带气旋年鉴数据和中国气象局广州热带海洋气象研究所茂名博贺海洋气象科学试验基地获取的台风GPS探空观测数据和涡动相关系统观测数据对台风边界层动力和热力结构以及海气通量交换特征进行研究。
  本文通过分析登陆华南近海的热带气旋的基本特征发现华南近海地区是我国受热带气旋影响最为频繁的区域,年平均5.4个,占我国登陆热带气旋总数的59.2%,其中影响最频繁的海域位于三沙市中沙群岛西北。强台风集中于5~20°N,120~150°E附近海域,超强台风生成地域较其偏东南部。影响华南近海的台风的时间跨度为4~11月,主要集中在6~9月,夏季的台风最多,秋季次之。1949~2015年间,影响华南近海的台风最多的年份有8个,最少的年份有2个。近10年来,影响华南近海台风的频数变化呈现下降趋势。
  本文通过分析华南近海登陆台风“尤特”和“彩虹”的边界层结构特征,发现台风登陆前和登陆后的动力和热力边界层结构存在差异,分析最大风速高度(humax)、最大切向风高度(hut)、入流层厚度(hinfl)和混合层厚度(Zi)发现利用热力学定义的边界层高度Zi比动力学定义的边界层高度humax、hut、和hmfl小很多,Zi低于500m,humax和hut的变化范围为500~2200m,hinfl的变化范围为400~1500m,humax和hut在入流层hinfl之上。受离岸气流和向岸气流的影响,台风登陆前和登陆后humax、hut存在较大的差异,而且humax、hut和Zi均随着距台风中心距离的减小而减小。
  本文分析了台风登陆过程中海气通量、摩擦速度(u*)和拖曳系数(Cd)的变化特征,并对台风登陆过程中u*和Cd与风速的关系进行了研究。结果显示台风登陆过程中,动量通量随着风速的增大而增大;感热通量和潜热通量在台风登陆过程中比登陆前和登陆后大得多,且变化比较剧烈,说明台风在登陆前后需要更多的热通量来支撑;潜热通量比感热通量大,说明潜热通量是台风发展的主要能量来源。台风登陆过程中,Cd对风速具有非线性依赖性,在低风速下,随着风速的增大而减小,在中风速下,随着风速的增大而增大,而当U10达到17m/s时,Cd达到极值0.003,之后随着风速的增大而减小。
[硕士论文] 姜晓岑
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:利用气象与化学模块在线耦合的模式WRF-ChemV3.5对201323号登陆中国福建省的台风Fitow进行了模拟,通过改变人为排放源的强度设计进行了无人为排放源、含正常人为排放源、人为排放源增加的三组试验,在确定含正常人为排放源的控制试验模拟的台风路径、强度和降水与实况较为接近的情况下,对比三组试验的结果,分析人为气溶胶增加对Fitow的路径、强度和降水的影响及产生影响的原因。结果表明:
  人为排放对台风Fitow的路径影响较小。人为气溶胶增加,Fitow在靠近陆地阶段强度减弱明显;整个模拟时段台风主体总累积降水量减少,靠近陆地阶段台风主体的降水率减少。台风主体区域,眼墙区累积降水量明显减少,外围区域降水量增加。
  人为排放强度增大,台风活动区域气溶胶浓度增加,对于台风主体,外围区域的气溶胶浓度增加明显。增多的气溶胶提供了更多的云凝结核,台风外围的云滴数浓度、云水混合比增加,更多的云水可发展至冻结层以上,利于冰雪和霰粒子的形成,使冰相粒子在外围增多,利于雨水增加。台风外围水成物的增加,利于微物理转化过程的进行,使台风外围冻结层附近微物理潜热加热增加,促进了对流的发展,为外围降水提供了有利条件。
  台风外围对流的发展,使在外围上升的低层入流暖湿气流增多,而向台风内核的入流减弱,不利于眼墙的对流发展,水成物粒子减少,眼墙的降水减少,台风强度减弱。对于台风主体,外围的对流发展仍然弱于眼墙,降水仍然以眼墙区为主,在液态水路径和冰水路径上都有体现;所以眼墙区降水的减少使台风主体的累计降水量和降水率表现为减少。
  减弱的台风表现出暖心减弱,水平结构上眼区不闭合,结构变得分散,眼墙区的气旋式旋转减弱。
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