An Operational Precipitable Water Vapor Retrieval Algorithm for Fengyun-2F/VISSR Using a Modified Three-Band Physical Split-Window Method

The Visible and Infrared Spin-Scan Radiometer(VISSR) onboard the Fengyun-2(FY-2) satellite can provide valuable thermal infrared observations to help create a precipitable water vapor(PWV) product with high spatial and temporal resolutions. The current FY-2/VISSR PWV product in operation is produced by using a traditional two-band physical split-window(PSW) method, which produces low quality results under dry atmospheric conditions. Based on the sensitivity characteristics of FY-2 F/VISSR water vapor channel and two split-window channels to atmospheric water vapor, this study developed a new, robust operational PWV retrieval algorithm for FY-2 F to improve the operational precision of the current PWV product. The algorithm uses a modified three-band PSW method, which adds a scale for the water vapor channel in the improved three-band PSW method. Integrated PWV products from the radiosonde data in 2016 are used here to validate the precision of the PWV retrieved by the modified three-band and traditional two-band PSW methods. The mean bias, root mean square error(RMSE), and correlation coefficient of the PWV retrieved by the modified three-band PSW method are 0.28 mm, 4.53 mm, and 0.969, respectively. The accuracy is much better than the PWV retrieved by the two-band method, whose mean bias, RMSE, and correlation coefficient are 12.67 mm, 29.35 mm, and 0.23. Especially, in mid-or high-latitude regions, the RMSE of the PWV is improved from 10 to 2 mm by changing the inversion in the two-band method to the modified three-band PSW method. Furthermore, the modified three-band PSW results show a better consistency with the radiosonde PWV at any zonal belt and season than the two-band PSW results. This new algorithm could significantly improve the quality of the current FY-2 F/VISSR PWV product, especially at sites where the actual PWV are lower than 15 mm.     

BP人工神经网络在MM5预报福建沿海大风中的释用

利用变分方法建立预报场和预报倾向场这一预报场组合与模式预报非系统性误差之间的映射关系,来估计GRAPES（Global/Regional Assimilation and PrEdiction System）模式的非系统性误差,从而对预报做出修正。采用两种不同的历史样本建立这一映射关系,其中,利用相同时刻历史样本建立映射关系的方法称为DEM方法;通过相似面积比选取“相似样本”来建立上述映射关系的方法称为SEM方法。以FNL分析资料作为评判预报误差的依据,根据2002—2010年7月GRAPES模式500 hPa高度场48 h预报的回报资料,利用两种不同的方案进行非系统性误差的估计及预报订正试验。对279个检验样本的试验结果表明：SEM方法和DEM方法都对非系统性误差有一定的估算能力,二者估算的非系统性误差空间分布和量级与模式非系统性误差较一致,SEM方法的修订效果略优于DEM方法,但并不明显。对预报做出系统性误差和非系统性误差两步订正后,DEM方法和SEM方法的订正有效率分别为98.566%和100%,可明显提高预报的准确性。

     

湖北宜昌市暴雨雨型的演变特征

基于1980—2018年武汉国家基本气象观测站逐分钟降雨数据,分别利用同频率分析法和Huff雨型分析法确定武汉主城区历时1 440 min设计暴雨雨型,并采用InfoWorks ICM水力模型软件对雨水管网进行模拟计算,分析两种设计暴雨雨型的雨峰、降雨量时间分布和积水情况,研究结果表明：（1）基于同频率分析法和Huff雨型分析法确定的武汉主城区历时1 440 min设计暴雨雨型均为单峰型,两者雨峰位置均略微超前整场降雨过程的前2/3分位,在降雨时程的60%~70%阶段,前者降雨强度迅速增加,大于后者。（2）在同频率分析法确定的武汉主城区历时1 440 min设计暴雨雨型下,武汉汉口中心城区的淹没面积均大于Huff雨型分析法的确定结果,且水深、流量、流速等峰值均较大。（3）同频率分析法确定的设计暴雨雨型结果使得武汉主城区系统内达标管网比例更低,积水情况更严重。

     

天津港秋冬季低能见度数值释用预报研究

本文利用近5年(2009—2013年)天津港资料,分析了该地区大气能见度的分级特征。采用7年秋、冬季NCEP(2006—2012年)和地面资料,通过相关分析给出了对港口低能见度天气有高影响的高、低空物理量因子;排除沙尘和降水天气,针对不同区间的能见度样本,利用BP神经网络方法分类训练了3个统计模型;并与WRF天气模式产品对接,采用分步筛选法,研发了天津港秋、冬季72 h时效的逐时能见度BP释用预报产品。经过3年业务运行,检验结果表明:对逐时能见度而言,BP释用预报对10 km以下低能见度比WRF模式的预报技巧显著提高,达到10.5%~35.4%;其中对0.5 km大雾的预报技巧总体相当,但当WRF预报有降水时,WRF模式预报结果略优;对0.5~1 km的大雾预报,WRF模式的预报技巧1%,BP释用预报提高到了14%~21%。日最低能见度的检验表明:对小于1 km的大雾过程,BP释用预报的TS评分平均达到75%,比WRF预报技巧提高了24%;对1~10 km的低能见度过程,比WRF的预报技巧平均提高了60%。     

基于遗传—神经网络方法的广西台风灾害评估模型研究

选取1981—2018年影响广西且灾情记录比较完整的86个台风样本,基于台风灾害伤亡人数、直接经济损失划分灾情等级,选取致灾因子,利用遗传算法与神经网络相结合的方法建立广西台风灾害评估模型.结果表明:选取的台风灾害致灾因子与台风灾情等级之间具有显著的相关性,构建的遗传—神经网络集合预报模型对台风灾情预估效果较好,训练样...     

IPCC第六次气候变化评估中的气候约束预估方法

得益于第五次评估报告（AR5）以来约束预估研究的迅速发展,观测约束成为政府间气候变化专门委员会（IPCC）第一工作组（WGI）第六次评估报告（AR6）提升对未来预估约束的证据链中的重要一环。IPCC第一工作组第六次评估报告首次利用包括根据历史模拟温度升高幅度得到的观测约束、多模式预估以及第六次评估报告中更新的气候敏感度在内的多条证据链来约束全球地表温度未来变化的预估,减小了多模式预估的不确定性。文中回顾并介绍了IPCC第一工作组第六次评估报告中涉及的几种主要观测约束方法（多模式加权方法、基于归因结论的约束方法（ASK方法）、萌现约束方法）及其应用情况。在IPCC第一工作组第六次评估报告以及很多针对不同区域不同变量的预估研究中,观测约束方法均显示出了订正模式误差、改善模式预估的潜力。相比而言,目前中国在观测约束预估方面的研究还不多,亟待加强观测约束方法研究以及在中国区域气候变化预估中的应用,为中国应对气候变化的政策制定和适应规划提供更丰富、不确定性更小的未来气候信息。      

多源降水预报集成技术应用研究

基于欧洲中期天气预报中心全球高分辨率预报模式ECMWF、中国自主研发的新一代业务化区域数值模式GRAPES_Meso和WRF中国全国区域预报模式的降水预报结果进行未来3 d降水集成预报.以中国地面—卫星—雷达三源融合逐时降水格点产品(CMPA-Hourly,V2.0)作为"观测值"进行建模,采用消除偏差多模式平均法和基...     

基于障碍李雅普诺夫函数非线性系统的死区补偿控制

本文集中在带有部分状态约束的非线性单输入单输出系统的自适应控制器设计上.考虑了非对称死区的非线性输入特性,选取障碍李雅普诺夫函数用来阻止部分受约束的状态违反约束条件.根据障碍李雅普诺夫函数反步法,解决了该类系统的输出跟踪问题,同时也处理了死区非线性带来的影响.针对下三角结构的非线性系统,设计了自适应控制器,证明了闭环系统所有信号都是有界的,同时保证了系统输出可以跟踪上参考信号.最后,仿真结果表明了所提方法的有效性.     

基于Quanser实验平台的带有输出约束单连杆柔性机械臂的神经网络控制

机械臂在航空航天、服务等领域的应用越来越广泛,其研究也越来越深入.相比于刚性机械臂,柔性机械臂质量轻、能耗小,具有更好的性能.但是,由于柔性机械臂本身的结构与材料具有特殊性,其在运动过程中会产生弹性形变与振动,这就给机械臂的定位、轨迹跟踪带来了困难,因此对其振动抑制的研究具有重要意义.本文利用假设模态法对单连杆柔性机械臂系统进行建模,通过李雅普诺夫直接法实现了闭环系统的稳定性.由于一些实际问题对控制系统的状态量有特殊要求,因此采用正切函数形式的障碍李雅普诺夫策略来处理输出约束问题,之后利用神经网络控制方法来逼近系统的不确定性,通过李雅普诺夫法对闭环系统的稳定性进行了分析,并基于Matlab平台设计仿真、基于Quanser实验平台进行实验,对控制器的控制性能进行了验证.     

集合数值天气预报的研究进展

利用2013年11月-2014年11月ECMWF全球集合预报的51个成员降水预报资料和湖北省78个国家气象站逐日降水实况,对集合平均值、分位值、概率匹配平均值、众数（Mode值）等10种集合统计量在湖北省不同预报分区内的降水预报效果分别进行检验评估。在此基础上,采用在不同降水量级上选取TS评分最优的集合统计量的原则,设计出适用湖北降水预报的最佳集合统计量集成方案,并检验了该方法在2015年和2016年6-8月湖北降水预报的应用效果。结果表明：将集合统计量集成法应用于湖北降水预报时,集合统计量集成方案应随着预报分区的改变而改变;改进后的ECMWF集合统计量集成方案对湖北72 h内大雨及以上降水预报的TS评分均有不同程度的提高,且空报率和漏报率总体上有所降低;与ECMWF确定性预报相比,ECMWF集合统计量集成预报产品对湖北24 h内各降水量级的预报均优于ECMWF确定性预报,且对湖北72 h内的暴雨预报准确率均高于ECMWF确定性预报。