WRF云微物理参数化方案对新疆暴雨模拟能力的TS评分分析

在中尺度数值模式中,选用不同的参数化方案对降水的模拟和预测效果会有很大影响,合理选择参数化方案可以提高预测准确性。为此,本文使用中尺度预报模式WRF 3. 8 (weather research and forecasting model,WRF)版本,采用3 km和9 km两层嵌套网格,利用ECMWF(European Centre for Medium Range Weather Forecasts)再分析资料作为初始场和边界条件,对新疆地区4次暴雨过程进行模拟,采用TS (threat score)评分评估了Lin方案、WSM6方案、Thompson方案和WDM6方案4种云微物理参数化方案对新疆地区暴雨模拟的适用性。结果表明:Thompson方案在站点降雨量为小雨(0. 1～5. 0 mm)和中雨(5. 1～10. 0 mm)的预报模拟中具有优势,其他3种云微物理参数化方案均在不同程度上存在漏报情况,从相关系数上判断,Thompson方案模拟效果略优于其他方案,适用于多小雨、中雨的新疆地区,但4种云微物理参数化方案在大到暴雨降水等级的预报效果都不是很好,这也正是WRF模式在新疆地区需要改进的地方。     

WRF模式物理过程参数化方案对黑河流域降水模拟的影响

以黑河流域一次降水过程为研究个例,利用中尺度数值预报模式WRF 3.1进行物理过程参数化方案选择的分组敏感性试验,分别讨论了WRF模式中的微物理、积云对流、陆面过程和边界层参数化方案对黑河流域降水模拟的敏感性,并利用该流域内12个气象站的日降水资料进行了验证。研究表明：没有确定的某个物理过程参数化方案在所有试验方案中的模拟效果一致好,不同的参数化方案配合使用模拟效果更佳。对比分析模拟结果发现,要有效地模拟出降水中心位置和降水量、降水区分布形态和范围,应同时选用MYJ边界层参数化方案与Noah陆面过程参数化方案;微物理参数化方案中选择Ferrier方案时,对降水的模拟效果要好于选用WSM3、WSM5、Lin方案;积云对流参数化方案对降水模拟的敏感性明显弱于其他物理过程参数化方案。     

WRF模式辐射方案对极端低温天气预报的影响

利用WRF模式和GFS资料对北疆的两次强寒潮天气过程进行了回报,分析了WRF模式不同辐射参数化方案对极端低温天气预报的影响.结果表明:WRF模式不同的辐射方案,尤其是长波辐射方案对极端低温天气预报的影响较大.Earth Held-Suarez forcing与Dudhia、Goddard组合方案预报的气温更接近实况.但是Earth Held-Suarez forcing方案没有考虑微物理过程之间的相互作用,没有考虑云量和温室气体对辐射的影响,比较适用于冬季.从辐射平衡的角度来看,该方案在预报43.5°～50°N的气温时,误差比较小.     

边界层参数化方案对一次西北地区沙尘天气过程影响的数值模拟研究

使用耦合化学模块的高分辨率中尺度数值模式WRF-Chem3.4,结合近地层观测资料评估YSU、MYJ、QNSE、MYNN2.5和BouLac共5种边界层参数化方案对2007年3月27日西北地区一次沙尘天气过程模拟效果的影响,结果显示5种边界层参数化方案均可模拟出此次沙尘天气的发展演变过程,其中YSU和BouLac方案模拟出相对较高的地表摩擦速度、10 m风速、2 m温度和地面PM10浓度以及相对较低的2 m相对湿度,从而模拟的地表沙尘天气过程较强,MYJ、QNSE和MYNN2.5方案模拟的地表沙尘天气则相对较弱,这表明不同边界层参数化方案通过摩擦速度的不同模拟效果对沙尘排放通量和PM10浓度的模拟有重要影响,较大的摩擦速度会使起沙参数化方案计算的沙尘排放通量和PM10浓度更高,加之午后近地层的强风、高温和低湿特征对沙尘天气的增强作用,使得BouLac方案模拟的沙尘天气最强,而QNSE方案的模拟结果最弱;利用民勤站观测资料对5种边界层参数化方案模拟结果的统计分析表明,不同方案对民勤站沙尘暴前后有关气象要素的模拟效果存在一定的差异,其中QNSE方案对PM10浓度的模拟效果最好,BouLac方案对10 m风速的模拟效果最好,YSU方案对2 m温度和2 m相对湿度的模拟效果最好,整体而言,YSU方案对民勤站近地层气象要素的模拟有一定的优势,QNSE方案的模拟结果相对最差。     

WRF模式不同参数化方案组合对干旱区一次暴雨模拟的对比分析

为了研究不同参数化方案组合对干旱区暴雨模拟的影响,借助新一代中尺度数值模式WRF对2012年7月29日腾格里沙漠边缘一次暴雨过程进行数值模拟研究。选取不同的微物理、积云、陆面过程和边界层参数化方案,得到14种组合;结合同期外场试验观测资料和区域降水实况,对不同组合方案的降水模拟性能进行对比分析。结果表明:不同组合的模拟结果差异显著,选用Thompson、KF、Pleim-Xiu与MYNN 2.5 level参数化方案的组合(case 11)在24 h累计降水、单站逐时降水及降水的TS评分中均表现较好且区域平均误差最小,能够较为真实地模拟出本次暴雨过程。进一步对比不同组合方案模拟物理量变化的差异发现,降水量差异正是模拟物理量差异的客观表现,并对此次暴雨过程发生机制进行了诊断分析。     

中尺度大气数值模拟及其进展

首先,以MM5,RAMS,WRF模式为例,简要介绍了各模式的动力学框架、物理过程以及应用情况,同时比较了当前国内外几种著名的中尺度数值模式性能。其次,归纳分析了积云、行星边界层和陆面过程3种主要的参数化方案。积云参数化方案按其发展过程分为对流调整、大尺度水汽辐合和质量通量3类方案,对各个方案的优缺点进行了总结;行星边界层参数化方案分为总体行星边界层、高分辨行星边界层参数化方案和大涡模拟3部分,概括了每种方法的特点;还分析了陆面过程参数化的发展过程、非均匀下垫面参数化和目前主要的陆面模式。然后,简要概括了客观分析方法和3类主要的资料同化方法。最后,对该领域存在的问题进行了阐述,并展望了中尺度大气数值模拟今后的发展趋势。希望通过对这些问题的综合分析,有助于进一步开展中尺度大气数值模拟的研究。     

近35 a新疆天山巴音布鲁克草原退化程度评价

植被覆盖度和生产力指标作为评价草原生态系统退化已有较多研究,各单一评价指标互相独立难以对不同草原退化程度进行综合评价。本研究以新疆天山中部巴音布鲁克草原为研究对象,提出了一种基于标准化处理分指标耦合的草原退化遥感评估方法。选取草原植被覆盖度、草层平均高度、总产草量3个分指标,通过主成分分析法确定分指标权重,并引入Min-Max标准化方法处理并构建综合评价指标草地退化指数(Grassland Degradation Index,GDI),最终通过Landsat影像反演以及草地退化指数变化率的合理分级评估了1986—2021年新疆天山巴音布鲁克草原的退化程度。结果表明:(1)GDI_g与NDVI的相关性最好。(2)2021年巴音布鲁克草原未退化面积占总面积的比例为60.51%;不同草地类型的草地退化程度有明显差异;空间分布上表现为由盆地向山地退化加重的趋势。(3)通过辐射配准方法可以将GDI_rs模型应用于其他年份,2000—2009年巴音布鲁克草原退化程度明显改善,2009—2021年草原退化程度轻微波动。研究结果将为指导巴音布鲁克草原退化程度的评...     

集合预报方法在新疆大降水中的试验

采用多模式多物理参数化方案的集合预报方法,以GRAPES和WRF中尺度区域数值模式为基础,分别使用2个模式提供的多种物理过程参数化方案和积云参数化方案,通过敏感试验进行有效组合,形成了8个集合成员的集合预报系统。使用该系统对新疆2007年和2008年以降水为主的27场天气过程进行模拟试验,采用Ts评分和BS评分方法,对...     

新疆夏季行星边界层参数化方案模拟特征研究

行星边界层参数化方案(PBL)对天气气候和大气环境的模拟与预报具有重要影响。通过基于单柱模式(SCM)的乌鲁木齐单点理想实验,以及新疆2019年8月15—18日的一次降水天气过程的模拟检验及诊断分析,研究了YSU、ACM2、BOULAC、GBM、MYJ和QNSE 6种常用的PBL参数化方案模拟的大气比湿、位温等气象要素响应土壤湿度变化的特征。结果表明:土壤湿度增加时,使用不同PBL参数化方案模拟的低层大气都呈现出比湿增加、位温降低、边界层高度降低的显著特征;GBM、ACM2中,垂直水汽输送效率较低,大气比湿较低、位温较高、湍涡作用范围较大,降水偏漏报;QNSE、MYJ中,垂直水汽输送效率较高,大气比湿较高、位温较低,湍涡作用范围较小,降水偏空报;QNSE、MYJ模拟的2 m比湿最大;ACM2模拟的2 m比湿最小;夜间QNSE模拟的2 m温度最低;白天MYJ模拟的2 m温度最高;QNSE、MYJ模拟的10 m风速最高。这些模拟特征与PBL方案水汽垂直输送效率的差异密切相关。     

巴音布鲁克主要草地类型表层土壤有机碳特征及其影响因素的研究

以新疆天山中段巴音布鲁克主要草地类型为研究对象,分析了不同草地类型土壤有机碳(SOC)的分布特征及其与气候因子、植被特征和土壤特性的关系。结果表明:分布在盆地海拔最低处的高山沼泽化草甸的土壤有机碳含量最高,而分布在盆地中间海拔的高山草原最低,分布在较高海拔的高寒草甸和高山草原化草甸处于高山沼泽化草甸和高山草原之间。0-30cm土壤有机碳含量与空气相对湿度、草地生产力、植被盖度、土壤含水量呈显著正相关(P<0.05),与土壤容重、土壤紧实度、土壤pH呈显著负相关(P<0.05),土壤有机碳与温度存在一定负相关,但未达到显著水平。偏相关分析显示,影响表层土壤有机碳含量最主要的因素是土壤含水量、土壤紧实度、草地生产力、空气相对湿度。     

相思拟木蠹蛾为害西南桦的调查研究

于广西百色市老山林场调查了相思木蠹蛾对西南桦的为害情况,并进行了不同高度虫孔数组内单因素方差分析、不同整枝方式虫孔平均数差异显著性检验、种群密度估计模型拟合研究。结果表明:西南桦有虫孔株率70%,虫孔密度2.79个/株;以2m为区间段,无虫孔的占74.8%,有1个以上虫孔的占25.2%;相思拟木蠹蛾对树干高度有选择性,树干4～6m间虫孔数最多;幼虫侵入期人工修枝会加重相思拟木蠹蛾为害;以无虫株率估计相思拟木蠹蛾种群密度的模型为^x=1.420 8(-lnP0)1.476 8。相思拟木蠹蛾为害对西南桦木材品质有较大影响,应加强监测防治技术研究。     

基于数据库的图示多元检索方法的研究

为了改进生物分类检索方法,建立了基于数据库的图示多元检索表。该检索表由含有多个"分类单元-特征部位-特征"记录的数据库表构成,并配备分类特征鉴别图。检索时根据表中所列特征部位,参照特征的文字描述和图示,输入标本多个对应部位的特征,一次查询可获得检索结果。检索所用的SQL语句中,使用union all语句组合多个select查询语句,进行多个分类特征的并行检索。通过建立异翅长蠹属(鞘翅目长蠹科)分种多元检索表进行测试,检索效果良好。多元检索方法解决了传统的二叉检索遇到缺失特征而无法进行后续检索的问题。基于数据库的图示多元检索表直观易用,非常适合口岸检疫鉴定。     

基于人工神经网络的森林资源预测模型研究

人工神经网络 (ArtificialNeuralNetwork ,简称ANN)从 2 0世纪 40年代的萌芽到今天的开发现有模型以及在应用中根据实际运行情况对模型、算法的改造 ,已经广泛应用于各种行业。人工神经网络方法是基于实例的方法 ,不需要考虑数学模型的内部结构 ,不需要假设前提条件 ,不需要人为地确定因子权重 ,作为一个黑箱综合地映射研究对象的整体性。通过森林资源的预测 ,及时掌握森林资源未来的发展趋势 ,是实现森林资源管理动态化、目标化和科学化不可缺少的环节。本文应用人工神经网络多步预测方法对甘肃连城林场吐鲁沟营林区有林地面积进行预测 ,预测结果表明 ,神经网络模型建模简单 ,精度高。     

基于EDEM的小区育种小麦脱粒装置作业参数仿真研究

为获得小区育种小麦脱粒装置最佳脱输性能参数,减少籽粒在装置内的滞留,提高育种试验数据的可靠性,在不考虑脱粒破碎的情况下,利用离散元软件EDEM对脱粒装置内小麦籽粒和短茎秆混合物料的运动过程进行模拟,为优化脱粒装置工作参数,进一步降低籽粒在脱粒装置内的残留率,分析研究了脱粒物料中单个抛出籽粒、抛出茎秆及滞留籽粒的速度、位移随时间的变化规律,并对脱粒装置内的物料流进行了仿真试验。仿真结果表明,当滚筒转速为1 600 r·min~(-1),喂入量为0.3 kg·s~(-1),脱粒间隙为8 mm,装置内籽粒残留率最小,并按照该最优组合作业参数对脱粒装置进行试验验证,结果表明,仿真试验和室内试验结果基本一致。因此,利用EDEM对脱粒装置的工作参数进行优化是可行的,为脱粒装置的研究和改进设计提供参考。     

甲氨基阿维菌素在韭菜上残留研究

采用高效液相色谱外标法,对甲氨基阿维菌素苯甲酸盐在韭菜上田间应用的动态残留和最终残留进行了测定。结果表明,甲氨基阿维菌素苯甲酸盐在韭菜上的半衰期为1.89d,用量500mL/667m2处理3次,最后一次施药后7d,韭菜中未检出农药(残留量低于0.1ug/kg)。     

基于CROPWAT模型的非充分灌溉研究

为验证FAO的CROPWAT模型在非充分灌溉中的适用性和精确性,将民勤棉花和春小麦非充分灌溉的试验方案及当地气象资料输入模型,分析CROPWAT模型在模拟作物蒸发蒸腾量和非充分灌溉对产量影响的模拟效果。结果显示,棉花各生育期日平均蒸发蒸腾量的模拟值和实测值表现出相同的分布规律,但模拟值整体高于实测值0.15~1 mm;模拟非充分灌溉对棉花和春小麦产量的影响时,模拟值和实测值显示出一致的变化规律,将结果进行统计分析,棉花和春小麦的RMSE、EF、CRM分别为20.62%和10.35%、0.98和0.856、-0.00051和-0.0155,说明CROPWAT模型总体模拟效果较好,但模型的执行值较实测值偏高。模拟结果表明,模型在非充分灌溉的研究中有着较好的适用性,但为了使模拟结果更准确,使用前需根据当地实测资料对Kc、Ky等参数进行校正。     

铜制剂农药对生态环境影响研究

阐述了因长期施用波尔多液致使铜在果园土壤中的残留积累状况及其对果 园作物生长的影响。对几种新的铜制剂农药在果树和蔬菜上的残留进行了试验，并对其在今 后使用中铜在土壤中的积累规律及允许安全使用年限作了预测。     

基于水资源的坝上植被生态恢复建设

在半干旱地区水资源是植被生态建设的主要限制因子,也是农牧交错区生态恢复与重建的根本。本文根据坝上各县水资源调查资料,分析了水资源在坝上的时空分布特征、与光温资源的耦合程度;探讨了水资源的分布规律对植被生长与分布的影响。研究认为坝上应以自然恢复为主,林草植被恢复建设则应以地带性植被分布规律为依据,以水定草、定林,实现土壤水分的持续利用。     

番茄黄萎病病原菌研究

近年在黑龙江省保护地番茄上发现一种番茄植株黄萎病害,从其病茎上分离得到10个菌株。将其接种番茄幼苗,发病症状与自然发病症状完全一致,并从接种病株上重新分离到该菌。经鉴定,病原菌为大丽轮枝菌(Ver-tillium dahliae Kleb)。对其生物学特性研究表明:该菌生长最低温度为5℃,最适范围20-25℃,以22.5℃生长最适。孢子萌发温度为5-30℃,最适温度为25℃。病菌菌丝在pH4-8都能生长,以pH 5生长最好。     

除草剂对作物的药害研究

在我国农业生产中,除草剂已经大面积应用了半个多世纪,它在杂草防治及作物增产中发挥了巨大作用,但在除草剂使用过程中,对作物的药害是一个不容忽视的问题。本文综述了除草剂药害产生的原因和出现药害后作物的症状,并介绍了发生药害后的救治方法以及预防药害产生的具体措施,以期为除草剂的安全使用提供科学依据。