基于WRF模式的短期风速预报研究

使用WRF模式对黑龙江省东部地区2009年7月～2010年6月期间的风速进行预报研究,并与测风塔70 m实测风速比较,分析模式的预报性能和误差大小。结果表明,测风塔实测年平均风速5.0 m/s,预报年平均风速为6.1 m/s,相关系数高达0.71,WRF模式能够很好地预报出风速的变化趋势;WRF模式准确地反映出实际风速的月变化趋势,除1月外,各月预报值均大于实测值,5和9月误差较大;预报风速与实测风速在各时刻相关性非常高,相关系数均在0.60以上,相对误差与均方根误差均是夜间大、白天小;WRF模式预报的主导风向与实测一致,但数值略小,对年风向频率具有较好的预报效果。     

基于AMSR-E与MODIS数据海表面温度遥感反演研究

海洋表面温度是海洋环境的重要参数。遥感技术是进行海表面温度研究的有效手段之一。以印度洋北部海域为研究区域,利用Aqua卫星上的微波数据（AMSR-E）和光学数据（MODIS）,进行了海表温度反演研究。首先对AMSR-E L2A数据和MODIS-L1B数据进行预处理,然后将AMSR E的各极化通道亮温数据与实测海表温度进行相关性分析,通过多元线性回归建立AMSR-E海表温度的反演模型,而MODIS海表温度则通过采用线性多通道算法得到,最后以AMSR-E亮温数据为主,MODIS海表温度数据为辅,采用多元线性回归的方法建立了海表温度反演模型。利用该模型反演印度洋北部海域海表温度,反演结果与实测数据相比,其均方根误差为0.323 97 ℃。     

黑龙江省东部地区风能资源数值模拟误差分析

利用MM5＋ CALMET模型对黑龙江省东部地区2009年6月～2010年5月进行风能资源数值模拟,并与3座测风塔实测风速进行误差对比分析.结果表明,在10 m处,各测风塔年平均风速模拟值小于实测值,10 m以上,年平均风速模拟值大于实测值;模拟风速频率在2 ～5 m/s小于实测风速频率,在6～ 10 m/s大于实测风速频率,＜10 m/s与实测风速频率基本相当;模型对风向的模拟效果不如对风速的模拟效果,虽然70 m高度模拟主导风向与实测风主导风向基本一致,但模拟值与实测值相差较大;模型对风能频率的模拟效果优于对风速频率与风向频率的模拟.     

消除偏差集合平均在黄海渤海大风预报中的应用

基于日本气象厅预报模式（JMA）、美国国家环境预报中心预报模式（NCEP GFS）及美国海军全球大气预报谱模式（NOGAPS）3个模式2009年6月28日~8月10日每日20：00预报的海面风场预报资料,利用消除偏差集合平均对海面风场进行预报试验,并采用均方根误差对预报结果进行检验评估。结果表明,对于24、48 h海面风场预报,消除偏差集合平均有效地减小了预报的均方根误差,预报效果优于单个模式的预报;其中,渤海中部偏南地区及黄海中部误差减小最为明显。此外,消除偏差集合平均预报明显改善了2009年7月13~14日和8月7日大风过程的预报效果,提高了风速值和大风区位置的预报准确率。     

基于高分辨率遥感影像的玉米田叶面积指数反演

根据玉米田样地生物物理参量的野外实测数据,对PROSAIL模型输入参数的取值范围进行率定。通过PROSAIL模型参数敏感性分析,确定不同的输入参数设置方案,模拟不同的叶面积指数、叶倾角、叶绿素含量对应的玉米冠层反射率,建立叶面积指数的缨帽三角分布模式,从而获得玉米田红光-近红外波段反射率-LAI查找表,选取宁夏中卫市WV-3高分辨率遥感影像对玉米种植区域LAI进行反演。通过与实测数据比较,分析了PROSAIL模型在高分辨率遥感影像农作物LAI反演方面的适用性,为高分辨率遥感影像反演农作物LAI提供了方法参考。结果表明,PROSAIL模型输入参数的范围率定与不同设置方案的确定是有必要的,并且运用该查找表从WV-3影像反演的LAI与实测数据较一致,查找表均方根误差为0.47,LAI反演均方根误差为0.24。研究表明,该方法在利用WV-3遥感影像进行玉米田LAI反演中具有较强的适用性,能够进行准确有效的大面积叶面积指数遥感反演。     

基于伪逆学习算法的地基微波辐射计反演算法研究

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL站)2009-2010年的地基微波辐射计亮温资料和榆中站探空资料,基于伪逆学习算法建立了应用于地基微波辐射计温度、相对湿度和水汽密度反演的神经网络(PIFN),并将反演结果与地基微波辐射计自带反演产品进行了对比,研究了伪逆学习算法在地基微波辐射计气象要素反演算法本地化的应用效果.结果表明:PIFN反演的温度、相对湿度和水汽密度的均方根误差的最大值分别为6.41K,31.21%和1.5g/m3,地基微波辐射计温度、相对湿度和水汽密度产品的均方根误差最大值分别为11.93K,53.18%和3.06g/m3,与微波辐射计自带神经网络反演结果在不同高度层进行比较可以看出PIFN对2～10km、1～7km和0～3km的大气温度、相对湿度和水汽密度廓线的反演均有明显改善,伪逆学习算法能够应用于地基微波辐射计气象要素的反演算法的本地化.     

基于风云三星B的湖南省土壤湿度数据的精度评价

为湖南省相关部门制定政策措施提供精准数据参考,基于风云3B(FY-3B)微波辐射成像仪土壤湿度数据结合湖南省47个自动土壤水分站10cm土壤体积含水量数据,采用数理统计法对湖南省卫星遥感反演土壤湿度数据的精度进行评价。结果表明：湖南省FY-3B遥感土壤湿度数据较实测土壤湿度数据平均偏干0.066m3/m3,均方根误差（RMSE）、无偏均方根误差（ubRMSE）和平均相对误差（MRE）分别为0.164 m3/m3、0.099 m3/m3和0.509,升轨数据和降轨数据精度大致相当。土壤湿度数据平均偏差呈北部偏湿南部偏干的空间分布特征,数据精度东部地区总体高于西部地区,其中东北部地区精度最高。由于夏季降水、晴热高温、季节性干旱及植被覆盖等因素影响,土壤湿度数据在7—9月偏差最小,RMSE在3月达峰值后逐步降至7月的全年最低值,ubRMSE在7—8月达最高值,MRE最低值出现在10—11月,且各评价指标在7—8月波动最为明显。     

基于CFD的人工光植物工厂气流场和温度场的模拟及优化

为探究植物工厂内风速及温度分布规律,利用计算流体力学软件(Computational fluid dynamics,CFD)建立人工光植物工厂三维模型,将整个植物工厂作为计算域划分网格并进行模拟计算。设计了侧进侧出式、侧进侧上出式、侧进上出式3种气流循环模式,并将试验植物工厂设置为上进侧出式。模拟结果表明:风速与温度的平均绝对误差、平均百分误差及均方根误差分别为0.12m/s、1.1℃;11%、4%;0.18m/s、1.3℃,与实际测量结果相比模拟准确。3种优化模式的风速值、温度值及二者均匀性均优于上进侧出式。分析比较植物冠层平面风速及温度值,得出侧进侧出式为最佳气流循环模式。与上进侧出式相比,侧进侧出式平均风速增加0.51m/s,均匀性指标变异系数降低17%,平均温度降低0.5℃。     

基于机载LiDAR和光学遥感数据的热带橡胶林叶面积指数反演

叶面积指数（LAI）作为表征植被冠层结构的重要参数，一直是气候变化和生态研究中的热点，遥感技术的发展为大范围叶面积指数的获取提供了可能。以景洪市热带橡胶林为研究对象，以机载LiDAR和Landsat8/OLI为信息源，结合44块样地实测数据，使用支持向量机回归(SVR)、BP神经网络(BPNN)和偏最小二乘回归(PLSR) 3种模型,在前期建立基于林分水平的LAI估测模型的基础上，进一步构建区域尺度的LAI反演模型，实现景洪市橡胶林LAI的反演。结果表明，基于LiDAR的林分水平模型中，SVR模型最优，决定系数（R²）为0.76，相对均方根误差（rRMSE）为17%，估测精度（P）为83%；以SVR模型估测结果作为区域尺度遥感反演模型的先验样本，结合Landsat8/OLI数据的BP神经网络模型反演效果最好，估测精度达76%。     

模糊优选神经网络BP模型在植被生物量参数反演中的应用

根据模糊优选神经网络BP模型，利用1988年小麦生长期中生物量参数和微波（10.2GHz）主被动遥感实测数据，作为输入输出I／O矢量对，计算出网络模型的正向传输权重矩阵及反向传输权重矩阵。用1989年小麦生长期中微波实测数据和该神经网络模型得到的权重矩阵，来反演其生物量参数在整个1989年生长期中的变化，反演结果与遥感实测结果的比较说明了所提方法的准确性。     

基于海气耦合浮标分析北欧海夏季海气热通量及其对ERA-Interim/OAFlux的评估

基于2012年我国首次在北欧海进行了23 d连续的现场浮标观测的海表面空气温度、湿度、风速和海表皮温等观测资料,利用COARE 3.5块体算法计算得到海气界面湍流热通量,感热通量为9.34 W/m~2,潜热通量为31.55 W/m~2(海洋向大气为正)。ERA-Interim和OAFlux是国际通用的海洋气象数据集,将浮标观测结果与两类数据集进行了对比分析和验证。结果显示:北欧海暖流区夏季海气温差对于海气界面的感热输送起到主要影响作用,而在中低风速(10 m/s)的情况下对潜热输送起主导作用的是海气间的湿度差。在夏季北欧海暖流区域内ERA-Interim和OAFlux相对于使用COARE计算的浮标感热通量分别偏高和偏低12.58%与26.33%,造成差异的主要因素是两个数据集对海表皮温和海表气温的估算误差;ERA-Interim和OAFlux对潜热通量分别偏高17.54%和7.76%,造成差异的原因是对海表空气湿度的估算误差。     

基于蒙特卡洛方法的集鱼灯海面照度模型建立

集鱼灯照度分布计算和模拟是研究灯光渔船集鱼灯合理布置的重要途径。利用海表面风速、相对湿度数据、集鱼灯参数、渔船参数，在分析光子传输特性的基础上，运用蒙特卡洛方法建立灯光渔船集鱼灯海面照度模型。该模型利用米氏散射计算相对湿度与海表面风速对光子的吸收和散射，并考虑光子进入水面时海表风速对菲涅尔反射的影响。研究模型与叠加法比较，结果表明，该模型的理论计算值与实测值线性拟合斜率系数更接近1。计算不同风速及相对湿度的海面照度，结果表明：照度随着与船中线距离的增大而先增大后减小；相对湿度一定，随着与船中线距离的增加，先是风速越大照度越大，随后风速越大照度越小；风速一定，相对湿度对海面照度影响较小。本研究旨在建立一种集鱼灯海面照度模型，为今后灯光配置研究提供理论基础。     

井窖风场特征的CFD模拟与验证

为明确井窖内部空气受外界气流的影响及井窖维持适宜水热条件的机制,通过建立未移栽作物条件下井窖的三维数值模拟模型,利用CFD计算流体力学软件分析在1.50、2.70和3.90m/s近地表风速条件下,对井窖内部空气流速和流向进行数值模拟计算,并进行试验验证。模拟试验结果表明:近地表风速设为1.50、2.70和3.90m/s时,模拟的井窖纵切面平均空气流速分别为0.25、0.48和0.72m/s,井窖内的平均空气流速较近地表下降81.54%~83.34%;近地表风向由右向左时,井窖内纵切面的空气呈逆时针流动。验证试验结果表明:井窖内空气流速与地表风速成线性相关,模拟方程为y=0.220 9 x-0.176(R2=0.925 3);近地表风速为2.70m/s时,井窖内实测空气流速为0.42m/s,模拟值为0.48m/s。井窖内部空气受外界大气扰动较弱,减少热量和水分向外散失,有利于保持烟苗生长适宜的水热条件。     

Microwave radiometric measurements of sea surface temperature from the seasat satellite: first results

Initial results from the Seasat scanning multichannel microwave radiometer indicate that the sea surface temperature can be measured with a root-mean-square sensitivity of 1.2 degrees C or better. The first microwave map of sea surface temperature for the entire Pacific has been produced.     

我国东部黑潮海域海表风速和海表温度变化特征

通过AVHRR资料和Quick-SCAT资料分析了我国东部海域特殊的海气相互作用特点,并对我国东部黑潮海域的海表风速和海表温度时间分布特征和关系进行了分析。结果表明,我国东部海域黑潮海区海表温度与海表风速之间存在特殊的正相关关系,黑潮海域海表温度与海表风速的冷暖分布均呈现一一对应关系,即大风速区位于暖脊上,而小风速区出现在冷槽上空。这种正相关关系是影响我国东部海域海气相互作用的重要因素,且这种正相关关系随着季节和年份的不同有所变化,在冬、春季节表现最为明显,且春季强于冬季。     

弱海平面气压梯度下大风成因分析

2013年4月29日大风天气过程,海平面气压梯度弱,预报有一定难度,若漏报将产生严重影响,甚至造成农业损失．因此,对这次弱气压梯度下大风成因进行总结与分析,对大风预报和农业防灾减灾有重要意义。分析结果表明,这是一次冷锋过后的偏北大风过程,但地面冷高压前沿气压梯度小,因此这次大风天气过程的主要原因不是海平面气压梯度,而是由变压风、冷平流、动量下传、前期显著回暖等引起,另外,T639、EC细网格和GFS数值预报模式的10m风场产品对这次过程的平均风向风力预报较好,江苏WRF模式的10m风场预报部分站点平均风力偏大,但对阵风的预报指示意义很好。检验结果表明,江苏WRF10m风场对阵风6级以上的大风有较好的预报能力。     

河间气象站迁站对比观测数据分析

利用2012年河间国家一般气象站新旧站的气温、相对湿度、风、深层地温等资料,对河间气象站迁站观测数据进行统计对比分析。结果表明,由于所使用仪器设备不同、站址周围环境不同、下垫面性质不同,造成观测数据有一定差异。新旧站月平均气温差值为-0.5～0℃,月平均最高气温差值为-0.4～0.2℃,月平均最低气温差值为-0.8～0℃,月极端最高气温差值为-1.1～0.6℃,月极端最低气温差值为-1.2～0.3℃,年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温新站均低于旧站,年极端最高气温新站高于旧站,年极端最低气温新站低于旧站;新旧站月平均相对湿度差值为2%～6%,月最小相对湿度差值为-4%～5%,年最小相对湿度新旧站相同;新旧站月2 min平均风速差值为-0.1～0.4 m/s,月最大风速差值为-1.2～2.2 m/s,月极大风速差值为-2.0～2.8 m/s,年最大风速新站与旧站基本相同,年极大风速新站比旧站明显偏大;年风向频率新站小于旧站,年最多风向新站为S,旧站为SSW;新旧站40 cm地温月平均差值为-1.1～2.5℃,80 cm地温月平均差值为-2.4～2.1℃,160 cm地温月平均差值为-2.5～2.7℃,320 cm地温月平均差值为-1.6～1.1℃,40、160 cm深层地温年平均温度新站均高于旧站,80、320 cm深层地温年平均温度新站低于旧站。     

近44年临夏地区风特征分析

利用1968～2011年临夏地区6个气象站风速风向观测资料,采用线性趋势分析、风向频率玫瑰图等方法,分析了临夏地区风速风向空间分布特征及风速的年际、季节、月际变化特征。结果表明,近44年临夏地区平均风速为1.4 m/s;春季最大,夏季次之,冬季最小;年平均最大风速为12.6 m/s,近44年年平均风速、最大风速均呈下降趋势,年平均大风日数在1.1～11.3 d;年内最多风向为N风,WSW、E风次之,WNW风最少。