• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      一種統(tǒng)計(jì)技術(shù)結(jié)合動(dòng)力釋用的沿海海霧預(yù)報(bào)方法

      2014-12-06 03:24:18胡波杜惠良郝世峰俞燎霓滕代高
      海洋預(yù)報(bào) 2014年5期
      關(guān)鍵詞:云滴個(gè)例液態(tài)水

      胡波,杜惠良,郝世峰,俞燎霓,滕代高

      (浙江省氣象臺(tái),浙江杭州310017)

      1 引言

      浙江地理位置優(yōu)越,東臨東海,毗鄰臺(tái)灣海峽和日本海域,對(duì)內(nèi)是江海聯(lián)運(yùn)樞紐,對(duì)外是遠(yuǎn)東國(guó)際航線要沖,隨著外貿(mào)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,浙江已將海洋開(kāi)發(fā)上升為國(guó)家戰(zhàn)略。春夏之交,東海大霧頻發(fā),其持續(xù)時(shí)間可達(dá)數(shù)天之久,影響范圍至數(shù)十萬(wàn)平方公里,對(duì)浙江沿海航運(yùn)、海上貿(mào)易等造成不利影響,迫切需要?dú)庀蟛块T(mén)開(kāi)展專門(mén)的海上大霧精細(xì)化預(yù)報(bào)技術(shù),為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展保駕護(hù)航。

      針對(duì)大霧發(fā)生發(fā)展規(guī)律的研究工作已經(jīng)得到了廣泛開(kāi)展,預(yù)報(bào)員往往基于天氣學(xué)原理,查找與大霧關(guān)聯(lián)的宏觀因子(如溫、濕、風(fēng)、層結(jié)穩(wěn)定度等要素),利用回歸等方法開(kāi)展預(yù)報(bào)[1-4],這些預(yù)報(bào)方法沒(méi)有考慮大霧微物理過(guò)程,結(jié)果不能滿足精細(xì)化預(yù)報(bào)需要。大量觀測(cè)事實(shí)表明,大霧能見(jiàn)度與微觀因子直接關(guān)聯(lián)性,如屈鳳秋[5]等對(duì)一次華南海霧過(guò)程分別從宏觀和微觀角度對(duì)大霧機(jī)理進(jìn)行剖析,李曉娜等[6]則對(duì)海霧中的液態(tài)含水量演變特征進(jìn)行探討,這些研究均闡述了大霧的微觀特征。一些研究利用微觀因子建立了大氣能見(jiàn)度經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)模型,如Stoelinga 等[7]利用液態(tài)含水量來(lái)估算大氣消光系數(shù),從而獲得大氣能見(jiàn)度,該預(yù)報(bào)模型被后來(lái)的數(shù)值預(yù)報(bào)工作普遍采用,并在實(shí)際業(yè)務(wù)中使用[8],該方法只使用了一個(gè)微觀特征量,預(yù)報(bào)效果還有進(jìn)一步提高的空間;Gultepe 等[9]根據(jù)觀測(cè)事實(shí)又提出了一種新的能見(jiàn)度估算方法,方法使用了液態(tài)水含量和云滴粒子密度作為模型因子,對(duì)比試驗(yàn)表明,其估算的能見(jiàn)度準(zhǔn)確率較以往方法提高了20%—50%,但由于云滴粒子密度參數(shù)在數(shù)值模式中還不能直接輸出,如果采用固定值則不能反映大霧的地域特征,則預(yù)報(bào)效果受到了限制,因此直接在業(yè)務(wù)中應(yīng)用還有一定難度,本文通過(guò)結(jié)合數(shù)值模式輸出和歷史相似個(gè)例分析的方法,提出一種基于經(jīng)驗(yàn)相似原理的動(dòng)態(tài)云滴粒子密度計(jì)算方案,在模式參數(shù)化水平不斷提高的前提下,使Gultepe等提出的基于微物理因子的能見(jiàn)度預(yù)報(bào)方法投入實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)應(yīng)用成為可能。

      2 方法

      2.1 近地面要素相似

      本文根據(jù)鐘元等[10]提出的相似預(yù)報(bào)方法,對(duì)近地面要素場(chǎng)進(jìn)行相似比較,首先,為了避免不同要素的數(shù)據(jù)量級(jí)不一致可能導(dǎo)致的問(wèn)題,需預(yù)先對(duì)各站觀測(cè)要素時(shí)間序列進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,某個(gè)要素處理后的數(shù)據(jù)時(shí)間序列表示為xt,數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)記為f ,兩者距離Dt(f,x)表示為:

      為了對(duì)多個(gè)要素場(chǎng)的相似結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)估,需對(duì)各要素的Dt(f,x)進(jìn)行評(píng)分。首先確定相似距離最大值Max(Dt(f,x)) 與最小值Min(Dt(f,x)),并將極差進(jìn)行N 等分處理:

      歷史個(gè)例與界限值C 的絕對(duì)距離表示為:

      由此定義某要素i 的相似指數(shù)SIt為:

      式中,a 為評(píng)分放大系數(shù),其值越大就越能有效的拉大相似個(gè)例之間的評(píng)分,a 取為1.3。最后多個(gè)要素場(chǎng)的綜合相似指數(shù)SITt為:

      式中,I 為要素總數(shù),t 為歷史個(gè)例時(shí)次。

      2.2 Gultepe能見(jiàn)度估算業(yè)務(wù)化方法

      2.2.1 Gultepe能見(jiàn)度參數(shù)化方法

      2007年Gultepe 等[9]提出了針對(duì)氣溫在0℃以上、相對(duì)濕度接近100%的暖霧能見(jiàn)度的參數(shù)化估算方案,該方案將能見(jiàn)度作為液態(tài)水含量和云滴粒子數(shù)密度兩者的函數(shù),公式表示為:

      Visobs為能見(jiàn)度,LWC 液態(tài)水含量,Nd為云滴粒子數(shù)密度,可見(jiàn),能見(jiàn)度與液態(tài)水含量和云滴粒子數(shù)密度呈反比,指出在海洋的環(huán)境下Nd可以固定為100 cmˉ3,在陸地的環(huán)境下可以固定為200 cmˉ3,并進(jìn)一步說(shuō)明這些固定的Nd值并不總是有效的,不能完全反映各地的區(qū)域特征。

      2.2.2 LWC 和Nd計(jì)算

      液態(tài)水含量參數(shù)可以直接利用WRF 模式輸出的物理量進(jìn)行計(jì)算,見(jiàn)公式8—10。

      式中,QVAPOR 為水汽含量,QCLOUD 為云水含量,PRES 為氣壓,TC 為氣溫,tv 為虛溫,ρ 為大氣密度,LWC 為最終得到的液態(tài)水含量。

      由于云滴粒子數(shù)密度在云參數(shù)化方案中沒(méi)有考慮,故數(shù)值模式還不能實(shí)現(xiàn)直接輸出,本文考慮使用歷史經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的方法加以解決。對(duì)于沿海海霧來(lái)說(shuō),影響云滴粒子數(shù)的因子主要包括人類活動(dòng)造成的氣溶膠顆粒物和海面上的微細(xì)鹽粒等吸濕性微粒,這兩者均有典型的地域特征。

      首先根據(jù)多要素的綜合相似指SITt確定相似歷史個(gè)例,然后根據(jù)(7)式的反推運(yùn)算得到云滴粒子數(shù)密度(Nd),見(jiàn)公式(11):

      式中:

      式中,VisObs為相似個(gè)例的能見(jiàn)度,然后根據(jù)(7)式計(jì)算預(yù)報(bào)能見(jiàn)度。

      2.2.3 實(shí)驗(yàn)方案

      為了充分利用有限的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)信息,采用因子循環(huán)方式查找相似個(gè)例,即對(duì)每個(gè)歷史個(gè)例均進(jìn)行輪流試報(bào),在試報(bào)某個(gè)個(gè)例時(shí),其余個(gè)例均作為歷史相似查找?guī)?,換另外個(gè)例試報(bào)時(shí),前一個(gè)試報(bào)個(gè)例將重新進(jìn)入歷史相似查找?guī)?,從而最大限度發(fā)揮了歷史個(gè)例數(shù)據(jù)庫(kù)的信息。

      2.2.4 評(píng)估方案

      為了對(duì)Gultepe 業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)單有效評(píng)估,本文對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分類,分為總的報(bào)對(duì)站次,包括有霧和無(wú)霧的個(gè)例、單獨(dú)大霧報(bào)對(duì)站次以及大霧誤報(bào)和漏報(bào)的站次,并得到了大霧報(bào)對(duì)準(zhǔn)確率和有無(wú)大霧預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

      另外,為了與其他能見(jiàn)度預(yù)報(bào)方法比較,本文計(jì)算了目前數(shù)值研究工作普遍采用的Stoelinga等[7]的能見(jiàn)度預(yù)報(bào)結(jié)果,其根據(jù)消光系數(shù)來(lái)計(jì)算大氣的水平能見(jiàn)度:

      式中,Vis 是水平能見(jiàn)度, β 為消光系數(shù)。根據(jù)Kunkel[11]研究,云水消光系數(shù)β 可采用的經(jīng)驗(yàn)公式為:

      式中,LWC 為液態(tài)水含量,計(jì)算見(jiàn)公式(10)。

      3 業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)流程

      詳細(xì)的預(yù)報(bào)模型流程見(jiàn)圖1,首先利用近地面要素?cái)?shù)值預(yù)報(bào)資料計(jì)算液態(tài)水含量(LWC),然后結(jié)合根據(jù)歷史站點(diǎn)資料,計(jì)算歷史個(gè)例的綜合相似指數(shù),得到最佳歷史相似個(gè)例,從而得到歷史相似個(gè)例的云滴粒子數(shù)密度(Nd),最后利用Gultepe 能見(jiàn)度估算公式得到能見(jiàn)度預(yù)報(bào)。

      4 計(jì)算數(shù)據(jù)

      本文利用由浙江省信息網(wǎng)絡(luò)中心提供的浙江沿海海島14 個(gè)氣象站資料,要素包括能見(jiàn)度、相對(duì)濕度、比濕、風(fēng)、水汽壓、飽和水汽壓、溫度露點(diǎn)差,時(shí)間跨度選為2010—2013年的3—6月,時(shí)次選擇為11 時(shí)和23 時(shí),其地理分布見(jiàn)圖2。此外總體上來(lái)看,歷史沿海海霧個(gè)例相對(duì)較少,為了更好的判斷模式大霧預(yù)報(bào)效果,選取站點(diǎn)個(gè)例的能見(jiàn)度在5000 m以下,得到304站次個(gè)例。

      為了比較好的評(píng)估模型預(yù)報(bào)效果,考慮到模式啟動(dòng)后需要點(diǎn)時(shí)間對(duì)云水參數(shù)化方案進(jìn)行融合,因此使用WRF模式3 h輸出作為試驗(yàn)使用的近地面要素場(chǎng)數(shù)據(jù),從而盡可能保障預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性,資料的時(shí)間跨度為2010—2013年的3—6月,模式起報(bào)時(shí)次為08時(shí)和20時(shí),空間分辨率為5 km×5 km。最后利用雙線性插值法將模式輸出插值到浙江沿海海島氣象站點(diǎn)上。

      5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

      對(duì)所有歷史個(gè)例都進(jìn)行了循環(huán)試報(bào),結(jié)果見(jiàn)表1,可見(jiàn)Gultepe 方法無(wú)論是從有無(wú)大霧的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率,還是大霧報(bào)對(duì)次數(shù)均比Stoelinga 方法表現(xiàn)要好,有無(wú)大霧準(zhǔn)確率從71%(216/304)提高到79%(243/304),大霧報(bào)對(duì)準(zhǔn)確率也從61%(136/224)提高到73%(167/228)。說(shuō)明Gultepe 方法同時(shí)考慮LWC 和Nd參數(shù)的計(jì)算方法優(yōu)于僅考慮LWC 參數(shù)的Stoelinga方法,Gultepe方法在微物理解釋更加符合大霧實(shí)際發(fā)生規(guī)律。結(jié)果也同時(shí)說(shuō)明了基于經(jīng)驗(yàn)相似統(tǒng)計(jì)技術(shù)和模式輸出的Gultepe 能見(jiàn)度預(yù)報(bào)方法有較好的實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用價(jià)值。

      圖1 基于經(jīng)驗(yàn)相似統(tǒng)計(jì)技術(shù)和模式輸出的Gultepe能見(jiàn)度預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)框圖

      圖2 浙江省沿海海面大霧試驗(yàn)站點(diǎn)分布

      表1 Stoelinga方法和Gultepe方法大霧預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率對(duì)比

      6 結(jié)論和討論

      已有的研究結(jié)果表明,同時(shí)考慮大氣中的液態(tài)水含量和云滴粒子數(shù)密度兩個(gè)參數(shù)的Gultepe 大霧估算方法具有優(yōu)勢(shì),但由于其所涉及的參數(shù)還不能直接從現(xiàn)有模式中提取,因此在實(shí)際業(yè)務(wù)中應(yīng)用存在困難。本文提出了一種利用歷史相似個(gè)例查詢技術(shù),結(jié)合WRF 模式輸出釋用的Gultepe 沿海大霧預(yù)報(bào)方法,實(shí)現(xiàn)LWC 和Nd參數(shù)的業(yè)務(wù)計(jì)算。

      通過(guò)對(duì)2011—2013年的3—6月的浙江沿海海霧歷史個(gè)例進(jìn)行試報(bào),并同Stoelinga預(yù)報(bào)方法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明,恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)合統(tǒng)計(jì)方法和動(dòng)力模式輸出可以一定程度上可以克服目前數(shù)值模式不成熟的缺陷,得到較準(zhǔn)確的大氣微物理參數(shù),使Gultepe 方法在實(shí)際業(yè)務(wù)中應(yīng)用存在可能,提高了WRF 模式大霧預(yù)報(bào)的釋用水平。同時(shí)也再次證明了同時(shí)考慮LWC 和Nd參數(shù)的Gultepe 方法優(yōu)于僅考慮LWC 參數(shù)的Stoelinga方法。

      [1]黃輝軍,黃健,劉春霞,等.用GRAPES模式輸出變量因子作廣東沿海海霧預(yù)報(bào)[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),2010,(1):31-39.

      [2]吳洪,柳崇健,邵潔,等.北京地區(qū)大霧形成的分析和預(yù)報(bào)[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2000,11(1):123-127.

      [3]郝家學(xué), 張洪衛(wèi), 張經(jīng)珍, 等. 東營(yíng)市秋冬季大霧客觀預(yù)報(bào)系統(tǒng)[J].山東氣象,2000,20(79):55-57.

      [4]任正理, 張冬梅. 輻射災(zāi)害霧的分析與預(yù)報(bào)[J]. 河南氣象, 2005(1):14-16.

      [5]屈鳳秋,劉壽東,易燕明,等.一次華南海霧過(guò)程的觀測(cè)分析[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),2008,24(5):490-496.

      [6]李曉娜,黃健,申雙和,等.一次高壓型海霧中的液態(tài)含水量演變特征[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),2010,26(1):79-85.

      [7]Stoelinga M T, Warner T T. Nonhydrost et al. mesobeta-scale model simulations of cloud ceiling and visibility for an east coast winter precipitation event[J].J Appl Meteor,1999,38:385-404.

      [8]傅剛, 李曉嵐, 魏娜. 大氣能見(jiàn)度研究[J]. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2009,39(5):855-862.

      [9]Gultepe I, Mller M D, Boybeyi Z. A new warm fog parameterization scheme for numerical weather prediction models[J].J Appl Meteor,2006a,45:1469-1480.

      [10]鐘元,潘勁松,朱紅,等.一種臺(tái)風(fēng)過(guò)程雨量的相似預(yù)報(bào)方法[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),2009,25(6):681-191.

      [11]Kunkel B A. Parameterization of droplet terminal velocity and extinct ion coefficient in fog models[J]. J Climate Appl Meteor,1984,23:34-41.

      猜你喜歡
      云滴個(gè)例液態(tài)水
      基于微波輻射計(jì)的張掖地區(qū)水汽、液態(tài)水變化特征分析
      Ka/Ku雙波段毫米波雷達(dá)功率譜數(shù)據(jù)反演液態(tài)水含量方法研究
      福建九仙山一次佛光的云滴粒子尺度分析*
      一例膀胱鏡下留置尿管困難拔除個(gè)例分析
      你不知道的雷雨知識(shí)
      零下溫度的液態(tài)水
      PEMFC氣體擴(kuò)散層中液態(tài)水傳輸實(shí)驗(yàn)研究綜述
      四川省春季一次飛機(jī)增雨作業(yè)個(gè)例分析
      四川盆地南部一次冬季飛機(jī)增雨作業(yè)個(gè)例分析
      一次森林滅火人工增雪個(gè)例分析
      西藏科技(2016年8期)2016-09-26 09:00:53
      景德镇市| 昌邑市| 朝阳市| 抚顺市| 镇原县| 龙海市| 柯坪县| 奎屯市| 舟山市| 泾源县| 神池县| 姚安县| 肇东市| 吴堡县| 泰兴市| 康乐县| 灌云县| 扎囊县| 兴安盟| 泰和县| 诸城市| 遵化市| 弥勒县| 教育| 彰化市| 榕江县| 通化县| 和顺县| 云林县| 中卫市| 察哈| 垫江县| 宁国市| 卓尼县| 汉源县| 朝阳县| 广汉市| 定陶县| 临泽县| 化德县| 巴林左旗|