Fengyun-4 Geostationary Satellite-Based Solar Energy Nowcasting System and Its Application in North China     

Chunlin HUANG  Hongrong SHI  Ling GAO  Mengqi LIU  Qixiang CHEN  Disong FU  Shu WANG  Yuan YUAN  Xiang′ao XIA 《大气科学进展》2022,39(8):1316-1328

Surface solar irradiance (SSI) nowcasting (0–3 h) is an effective way to overcome the intermittency of solar energy and to ensure the safe operation of grid-connected solar power plants. In this study, an SSI estimate and nowcasting system was established using the near-infrared channel of Fengyun-4A (FY-4A) geostationary satellite. The system is composed of two key components: The first is a hybrid SSI estimation method combining a physical clear-sky model and an empirical cloudy-sky model. The second component is the SSI nowcasting model, the core of which is the derivation of the cloud motion vector (CMV) using the block-matching method. The goal of simultaneous estimation and nowcasting of global horizontal irradiance (GHI) and direct normal irradiance (DNI) is fulfilled. The system was evaluated under different sky conditions using SSI measurements at Xianghe, a radiation station in the North China Plain. The results show that the accuracy of GHI estimation is higher than that of DNI estimation, with a normalized root-mean-square error (nRMSE) of 22.4% relative to 45.4%. The nRMSE of forecasting GHI and DNI at 30–180 min ahead varied within 25.1%–30.8% and 48.1%–53.4%, respectively. The discrepancy of SSI estimation depends on cloud occurrence frequency and shows a seasonal pattern, being lower in spring–summer and higher in autumn–winter. The FY-4A has great potential in supporting SSI nowcasting, which promotes the development of photovoltaic energy and the reduction of carbon emissions in China. The system can be improved further if calibration of the empirical method is improved.  相似文献   

适应数值模式垂直坐标的GPS掩星反演资料稀疏化方案          下载免费PDF全文

马旭林  郭欢  和杰  周勃旸  李琳琳 《大气科学学报》2019,42(3):380-389

GPS掩星反演大气温湿资料具有高垂直分辨率、高精度、受云和降水影响小等优点,针对GRAPES同化预报系统,发展设计了一种既考虑预报模式高度-地形追随垂直坐标不均匀分层特点,又结合掩星反演资料特性的新适应性垂直稀疏化方案。通过个例试验和批量试验,探索了该适应性稀疏化方案对分析预报质量的影响。试验结果表明:选取合适的稀疏参数,新稀疏化方案的GPS掩星反演资料对背景场的调整更加有效,分析场质量更高;位势高度、比湿、温度和风场等预报场的均方根误差均更小;适应性稀疏化方案对改善台风路径预报具有积极作用。批量试验则进一步证实了适应性稀疏化方案对分析场质量有明显的改善作用。  相似文献   

CCSM4模式对东北气温和降水的模拟及预估   总被引：1，自引：0，他引：1  

张海娜  侯依玲  赵春雨  刘鸣彦  王涛  周晓宇  崔妍  敖雪  易雪 《气象与环境学报》2019,(1):72-78

利用东北地区162个气象观测站逐月气温和降水资料对CCSM4模式的模拟性能进行了评价,并预估了2021—2050年东北地区的气候变化情景。结果表明:CCSM4模式长期历史气候模拟实验模拟的1961—2005年月平均气温、降水量值能较好地再现东北区域年平均气温、降水量的空间分布形态,但气温模拟值比观测偏低,91. 4%站点误差在1. 5℃以内;降水中心比观测略偏北,全区平均偏多35. 18 mm。2021—2050年东北区域年平均气温呈增温趋势,高纬度地区的增温幅度明显大于低纬度地区,与基准年相比,RCP2. 6、RCP4. 5和RCP8. 5情景下全区分别偏高6. 00℃、5. 86℃和6. 42℃。年降水量分布呈东南向西北递减的形态,降水大值中心出现在东南部吉林与辽宁交界处,RCP2. 6、RCP4. 5和RCP8. 5情景下全区分别偏多15. 2%、3. 1%和2. 0%。  相似文献   

不同采样率下四分量钻孔应变观测同震变化特征     

唐磊  邱泽华  樊俊屹  罗自浩 《大地测量与地球动力学》2022,42(11):1196-1201

利用湟源台四分量钻孔应变观测的分钟值、1 sps、10 sps和100 sps四种不同采样率的观测数据,通过自检分析、同震应变阶分析和频谱分析等方法研究青海玛多M7.4地震同震变化特征。研究结果表明,分钟采样记录的地震波信息缺失严重,用分钟采样数据进行地震波初动、同震变化幅度等研究将会得到信度较低的结论;采样率越高,记录应变地震波信息的能力越强,但100 sps采样和10 sps采样结果相差不大,10 sps采样已能记录到比较全面的应变地震波信息;同震应变阶的变化性质和变化幅度与采样率无关;未来布设四分量钻孔应变仪时,建议应将采样率至少提高至1 sps。  相似文献   

4D一体化多媒体电子地图集理论方法和技术研究与开发--以《云南省生态环境多媒体电子地图集》为例   总被引：1，自引：0，他引：1  

姜莉莉  齐清文  焦健  何大明 《测绘科学》2006,31(4):37-41

本文首先研究了4D数据一体化多媒体电子地图集的理论和信息机理,包括4D数据在电子地图集中的集成、融合和应用的信息机理,多源多类信息交互认知和传输机理,4D信息的查询、分析、模拟、调控和表达的信息机理,以及4D数据一体化电子地图集的理论框架。其次,文章深入研究和解决了建立4D一体化多媒体电子地图集过程中的诸多技术方法问题,例如多源多类数据的集成和融合、基于主导数据库的多重表达、多媒体地图动画、基于4D数据的信息分析和量算、生态环境信息动态仿真和虚拟表达等。在论文第三部分,文章介绍了作者研发的《云南省生态环境多媒体电子地图集》成果,包括其结构、功能、内容、超媒体链接等方面的设计,查询功能和分析量算功能的开发,以及本电子地图集的分析应用成果。  相似文献   

Seasonal Variations of CH_4 Emissions in the Yangtze River Delta Region of China Are Driven by Agricultural Activities     

Wenjing HUANG  Timothy J. GRIFFIS  Cheng HU  Wei XIAO  Xuhui LEE 《大气科学进展》2021,38(9):1537-1551

Developed regions of the world represent a major atmospheric methane(CH_4) source, but these regional emissions remain poorly constrained. The Yangtze River Delta(YRD) region of China is densely populated(about 16% of China's total population) and consists of large anthropogenic and natural CH_4 sources. Here, atmospheric CH_4 concentrations measured at a 70-m tall tower in the YRD are combined with a scale factor Bayesian inverse(SFBI) modeling approach to constrain seasonal variations in CH_4 emissions. Results indicate that in 2018 agricultural soils(AGS, rice production) were the main driver of seasonal variability in atmospheric CH_4 concentration. There was an underestimation of emissions from AGS in the a priori inventories(EDGAR—Emissions Database for Global Atmospheric Research v432 or v50), especially during the growing seasons. Posteriori CH_4 emissions from AGS accounted for 39%(4.58 Tg, EDGAR v432) to 47%(5.21 Tg, EDGAR v50) of the total CH_4 emissions. The posteriori natural emissions(including wetlands and water bodies) were1.21 Tg and 1.06 Tg, accounting for 10.1%(EDGAR v432) and 9.5%(EDGAR v50) of total emissions in the YRD in2018. Results show that the dominant factor for seasonal variations in atmospheric concentration in the YRD was AGS,followed by natural sources. In summer, AGS contributed 42%(EDGAR v432) to 64%(EDGAR v50) of the CH_4 concentration enhancement while natural sources only contributed about 10%(EDGAR v50) to 15%(EDGAR v432). In addition, the newer version of the EDGAR product(EDGAR v50) provided more reasonable seasonal distribution of CH_4 emissions from rice cultivation than the old version(EDGAR v432).  相似文献   

利用FY-4A卫星光学数据对中国近地面PM_2.5浓度的估算和检验分析     

江琪  迎春  王飞  张天航  何佳宝  桂海林  张碧辉  徐冉 《气象学报》2021,79(3):492-508

对FY-4A卫星的气溶胶光学厚度（AOD）产品进行检验,并根据卫星相关观测资料,通过改进后的PMRS方法,反演得到中国近地面PM_2.5质量浓度网格化分布。结果表明,FY-4A卫星反演不同站点AOD与地基观测网（AERONET）观测结果吻合较好,但存在一定的低估或高估现象,相关系数区间为0.54—0.87。将细粒子比（FMF）以0.4为界进行划分,FMF＞0.4时,拟合结果较FMF≤0.4时更接近于AERONET观测结果;但FMF≤0.4时,卫星反演的AOD稳定性优于FMF＞0.4时。通过引入AOD的大小,改进FMF＞0.4时对细粒子柱状体积消光比（VE_f）的估算算法,并通过改进后的PMRS方法对中国近地面PM_2.5浓度进行逐时反演,其反演结果和地面观测结果相关较好,其中,乌鲁木齐、石家庄和徐州观测点的相关系数均高于0.7,但数值上仍存在高估或低估,误差结果由多种因素决定。空间分布中,卫星反演的中国2019年近地面PM_2.5浓度月均值与近地面观测的结果有较好的对应关系,二者逐月演变趋势基本一致,基本可以反映出中国近地面大气细粒子的空间分布,特别是秋、冬季京津冀周边区域、汾渭平原等污染高值区均与地面观测对应较好。   相似文献   

集合预报误差在GRAPES全球四维变分同化中的应用研究Ⅱ：参数选取与数值试验     

龚建东  张林  王瑞春 《气象学报》2021,79(1):48-64

研究的第一部分讨论了如何有效应用集合预报误差的科学方案,确定了集合预报误差在GRAPES（Global Regional Assimilation and PrEdiction System）全球4DVar（four dimensional variational data assimilation）中应用的分析框架。在此基础上研究了针对集合预报误差实际应用于GRAPES全球4DVar,解决接近或超过100个集合样本数时高效生成的计算效率问题,以及与GRAPES全球4DVar匹配的同化关键参数确定问题。选择基于4DVar的集合资料同化方法生成集合样本,通过将第1个样本极小化迭代过程中产生的预调节信息用于其他样本极小化做预调节,将计算效率提高了2倍。通过时间错位扰动方法增加集合样本数,实现集合样本增加到3倍。对集合方差进行膨胀,并选择水平局地化相关尺度为流函数背景误差水平相关的1.4倍。通过批量数值试验方法确定背景误差与集合预报误差的权重系数,对60个集合样本当集合预报误差权重为0.7时预报效果最好。对北半球夏、冬两季各52 d的批量试验表明,对于南、北半球En4DVar （ensemble 4DVar）较4DVar的改进在冬季主要集中在700—30 hPa,而在夏季主要集中在400—150 hPa。赤道地区受季节影响较小,En4DVar对位势高度、风场与温度的改进都较为明显,且经向风场的改进最为显著。文中研发的集合预报误差在GRAPES全球4DVar中应用的方法合理可行。   相似文献   

基于扰动模式的四维变分资料同化系统框架的设计完善和数值试验     

冯业荣  薛纪善  李梦婕  戴光丰 《气象学报》2021,79(6):902-920

为了建立一个应用于区域数值预报的四维变分资料同化（4DVar）系统,在近期开发的扰动预报模式GRAPES_PF基础上,开发完善增量四维变分同化系统框架。该框架中暂不包含物理过程（长短波辐射、边界层过程、对流参数化和云微物理等）。对比业务使用的GRAPES 3DVar系统,增加了温度控制变量。将无量纲Exner气压与流函数的线性风压平衡方程直接在地形追随垂直坐标面上求解,且通过广义共轭余差法（GCR）求解扰动亥姆霍兹（Helmholtz）伴随方程。利用人造“探空”资料对2015年10月台风“彩虹”进行了理想数值试验。试验结果表明,所开发的扰动四维变分同化框架得到了预期的结果,即同化更多资料并反复受到模式约束的四维变分同化系统能有效改善初值质量,进而改善区域数值预报。建立的区域四维变分同化框架合理可行,为进一步发展包含完整物理过程的区域四维变分同化系统奠定了研究基础。   相似文献   

我国台风高发期东海和南海海区GIIRS/FY-4A温度反演廓线精度研究     

黄艺伟  陈淑仪  何敏  张蕾  赵兵科  刘琼  陈勇航  邬贤文 《热带气象学报》2021,37(2):277-288

基于欧洲中期天气预报中心再分析资料ERA5,对GIIRS/FY-4A温度反演廓线在我国台风高发期东海和南海海区的反演精度进行研究,结果表明:（1）东海海区,无云时GIIRS质量控制0的数据总体RMSE为1.71 K,150~450 hPa高度范围内RMSE小于1 K,450 hPa至近海面RMSE在2 K以内。质量控制1的数据反演精度低且随高度的增加误差增大;有云时,质量控制0和1的反演数据总体RMSE为4.72 K和5.55 K。（2）南海海区,无云时,质量控制0的数据总体RMSE为1.67 K,150~800 hPa范围内RMSE小于1 K,反演精度较东海海区略高。质量控制1的数据RMSE为5.07 K。有云时,质量控制0和1的数据RMSE为6.68 K和7.56 K。（3）随着台风“利奇马”等级加强直至最大等级（海上发展阶段）,GIIRS可信度较高的反演数据量呈现下降趋势,反演台风周边热力结构存在诸多不确定性,需要借助其他资料进行验证。   相似文献