长短期记忆神经网络(LSTM)模型在低能见度预报中的应用     

方楠  谢国权  阮小建  任晨平  姜舒婕  张玮玮 《气象与环境学报》2022,38(5):34-41

利用浙江省义乌市2015—2019年逐小时气象观测数据(相对湿度、风速、地气温差、能见度)和空气质量指数(Air Quality Index, AQI)数据, 分析了义乌地区低能见度天气(观测能见度lt; 10 km)的分布特征和气象要素条件。利用长短期记忆神经网络(Long Short Term Memory Neural Network, LSTM)模型对逐小时能见度进行模拟, 分别对比了观测能见度作为输入变量与否的模拟效果; 根据义乌地区低能见度天气条件的特征, 将模拟时段分为三个时期(11月至翌年2月, 3—6月, 7—10月), 对比了分时期模拟的效果; 以及评估了模型的预报步长。结果表明: 高湿、高污染、气温高于地温和低风速是义乌地区低能见度天气的主要特征。LSTM模型对单站能见度有较好的模拟效果, 当输入参数中加入历史观测能见度时, 能大幅提高模拟准确度, 日均能见度模拟结果均方根误差RMSE=0.63 km, 平均绝对误差MAE=0.51 km, 拟合优度R²=0.99;分时期进行模拟能得到更精准的模拟结果。本研究中选用的输入要素在冬季(11月至翌年2月)模拟效果最好, RMSE=2.35 km, MAE=1.46 km, 低能见度均方根误差RMSE_10 km=1.81 km, 低能见度平均绝对误差MAE_10 km=1.13 km, R²=0.83; 3—6月的模拟中, 输入变量中不加AQI模拟效果更好, 这意味着3—6月义乌地区的低能见度天气以雾天气为主导, 加入过多变量并不一定能提高模型准确度; 随着预报步长增大, 模型预报效果变差, 预测步长等于3 h, R²=0.71, 预测结果已不具备实际应用意义。  相似文献   

观测分析El Ni?o衰减早晚对南亚与青藏高原夏季降水和气温的影响     

梁涵洲  吴其冈  任雪娟  姚永红  刘师佐 《大气科学》2021,45(4):777-798

El Ni?o（厄尔尼诺）事件对东亚和南亚次年夏季降水影响及其机理已经得到充分研究,但其对夏季青藏高原降水是否有显著影响还不清楚。本研究根据1950年后El Ni?o事件次年衰减期演变速度,对比分析衰减早型与晚型El Ni?o事件对南亚季风区与青藏高原夏季（6～9月）季节平均和月平均气候影响差异。结果显示在衰减早型次年夏季热带太平洋海温转为La Ni?a（拉尼娜）型且持续发展,引起Walker环流上升支西移,印度洋和南亚季风区上升运动加强,同时激发异常西北太平洋反气旋（NWPAC）,阿拉伯海异常气旋和伊朗高原异常反气旋性环流响应,增加7～9月对流层偏南气流和印度洋水汽输送,导致南亚和高原西南侧降水偏多。衰减晚型次年6～8月热带太平洋El Ni?o型海温仍维持,印度洋暖异常海温显著,对应的印度洋和南亚季风区上升运动较弱,NWPAC西伸控制南亚季风区,阿拉伯海和中西亚分别呈现异常反气旋和气旋性环流,导致青藏高原西风加强,水汽输送减少,南亚北部和高原降水一致偏少。结果表明:（1）El Ni?o显著影响次年青藏高原西南部夏季季节和月平均降水与温度,是印度和高原西南部夏季降水显著相关的重要原因;（2）El Ni?o衰减快慢速度对南亚和青藏高原西南部夏季季节内降水的影响有着重要差异。  相似文献   

Experiments with the Improved Dynamical-Statistical-Analog Ensemble Forecast Model for Landfalling Typhoon Precipitation over South China     

马蕴琦  任福民  贾莉  丁晨晨 《热带气象学报(英文版)》2022,28(2):139-153

In recent work, three physical factors of the Dynamical-Statistical-Analog Ensemble Forecast Model for Landfalling Typhoon Precipitation (DSAEF_LTP model) have been introduced, namely, tropical cyclone (TC) track, TC landfall season, and TC intensity. In the present study, we set out to test the forecasting performance of the improved model with new similarity regions and ensemble forecast schemes added. Four experiments associated with the prediction of accumulated precipitation were conducted based on 47 landfalling TCs that occurred over South China during 2004-2018. The first experiment was designed as the DSAEF_LTP model with TC track, TC landfall season, and intensity (DSAEF_LTP-1). The other three experiments were based on the first experiment, but with new ensemble forecast schemes added (DSAEF_LTP-2), new similarity regions added (DSAEF_LTP-3), and both added (DSAEF_LTP- 4), respectively. Results showed that, after new similarity regions added into the model (DSAEF_LTP-3), the forecasting performance of the DSAEF_LTP model for heavy rainfall (accumulated precipitation ≥250 mm and ≥100 mm) improved, and the sum of the threat score (TS250 + TS100) increased by 4.44%. Although the forecasting performance of DSAEF_LTP-2 was the same as that of DSAEF_LTP-1, the forecasting performance was significantly improved and better than that of DSAEF_LTP-3 when the new ensemble schemes and similarity regions were added simultaneously (DSAEF_LTP-4), with the TS increasing by 25.36%. Moreover, the forecasting performance of the four experiments was compared with four operational numerical weather prediction models, and the comparison indicated that the DSAEF_LTP model showed advantages in predicting heavy rainfall. Finally, some issues associated with the experimental results and future improvements of the DSAEF_LTP model were discussed.  相似文献   

中国北方旱区陆地水储量变化特征及其归因分析     

安琳莉  黄建平  任钰  张国龙 《干旱气象》2022,40(2):169-178

  相似文献   

Experiments of DSAEF_LTP Model with Two Improved Parameters for Accumulated Precipitation of Landfalling Tropical Cyclones over Southeast China     

秦思  贾莉  丁晨晨  任福民  约翰·L·麦克布莱  李国平 《热带气象学报(英文版)》2022,28(3):286-296

The Dynamical-Statistical-Analog Ensemble Forecast model for landfalling tropical cyclones (TCs) precipitation (DSAEF_LTP) utilises an operational numerical weather prediction (NWP) model for the forecast track, while the precipitation forecast is obtained by finding analog cyclones, and making a precipitation forecast from an ensemble of the analogs. This study addresses TCs that occurred from 2004 to 2019 in Southeast China with 47 TCs as training samples and 18 TCs for independent forecast experiments. Experiments use four model versions. The control experiment DSAEF_LTP_1 includes three factors including TC track, landfall season, and TC intensity to determine analogs. Versions DSAEF_LTP_2, DSAEF_LTP_3, and DSAEF_LTP_4 respectively integrate improved similarity region, improved ensemble method, and improvements in both parameters. Results show that the DSAEF_LTP model with new values of similarity region and ensemble method (DSAEF_LTP_4) performs best in the simulation experiment, while the DSAEF_LTP model with new values only of ensemble method (DSAEF_LTP_3) performs best in the forecast experiment. The reason for the difference between simulation (training sample) and forecast (independent sample) may be that the proportion of TC with typical tracks (southeast to northwest movement or landfall over Southeast China) has changed significantly between samples. Forecast performance is compared with that of three global dynamical models (ECMWF, GRAPES, and GFS) and a regional dynamical model (SMS-WARMS). The DSAEF_LTP model performs better than the dynamical models and tends to produce more false alarms in accumulated forecast precipitation above 250 mm and 100 mm. Compared with TCs without heavy precipitation or typical tracks, TCs with these characteristics are better forecasted by the DSAEF_LTP model.  相似文献   

基于高分辨率模拟数据RCP4.5情景下的华中区域气候变化预估     

王苗  刘敏  任永建 《气象与环境学报》2021,37(3):65-72

基于RegCM4.4高分辨率区域气候模式数据和华中区域1986—2005年逐日气象观测资料,在对模式模拟性能检验的基础上,对中国华中区域未来不同时期、1.5℃和2℃温升阈值下气候变化进行预估。结果表明：模拟结果能较准确反映出区域气温、降水年内变化特征及空间分布特征;与观测值相比,气温模拟值偏低、降水模拟值偏大;与1986—2005年相比,未来RCP4.5温室气体排放情景下2020—2098年中国华中区域气温增幅为2.1℃,且以0.3℃/10 a的趋势增加,降水量无明显变化趋势;远期（2080—2098年）气温将上升2.88℃,降水将增加7.58%,均高于近期（2020—2035年）和中期（2046—2065年）;1.5℃温升情景下华中区域气温上升1.22℃,降水增加1.93%;2℃温升情景下,华中区域气温上升1.36℃,降水增加3.57%。  相似文献   

多源降水预报集成技术应用研究     

唐娴  周荣卫  何晓凤  王津宇  任晓晨 《气象与环境学报》2021,37(4):26-32

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于无偏平均绝对误差集成法对中国大陆地区进行降水集成预报,同时采用2800个国家自动气象站降水观测数据对降水集成预报效果进行检验。结果表明：基于无偏平均绝对误差的降水集成方法能够综合每个模式成员降水预报场的优势,提供一种更为稳定可靠且具有更高分辨率的优质精细化降水预报产品;其在试验期间对中国大陆地区汛期的降水预报ETS评分,优于消除偏差多模式平均降水集成预报和最优单模式降水预报,BIAS评分更接近于1,与"实况"的距平相关系数也明显提高,是对降水大值捕捉能力较优的一种集成方法,尤其对中雨到暴雨量级预报的改进较好。  相似文献   

中国60城市站1901—2019年日降水数据集的构建     

战云健  陈东辉  廖捷  鞠晓慧  赵煜飞  任国玉 《气候变化研究进展》2022,18(6):670-682

近年来中国区域降水的极端化问题得到学术界的广泛关注,有关研究也获得了大量成果。但是,目前国内外常用的高分辨率降水资料序列多从1951年左右开始,普遍缺少20世纪早期中国的逐日降水资料,对于近一百多年中国极端降水变化特征及其机理,目前还不清楚。基于多来源的1901—1950年原始观测报表数字化逐日降水资料,补充先前未录入的“无降水”和缺测数据,研发质量控制方案并开展质量控制,补充录入检出的缺失和错误数据并再次质控,结合1951年以来的现代降水日值资料,建立中国60个城市站1901—2019年降水日值数据集。数据集评估结果显示,早期中国东部地区的台站较为密集,数据完整性和正确性较好,但中国西部的台站数量少且完整性和正确性偏低。本数据集构建的年总降水量累积值序列与已有的月降水量数据基本一致。基于该数据集,研究发现重庆站近百年来的降水未出现显著的趋势性变化。该数据集使后续分析研究中国极端降水的百年尺度长期变化特征成为可能。  相似文献   

大兴安岭北段诺敏大山地区早白垩世侵入岩地球化学特征及其构造意义     

任永健  张成信  张明明  程烁  高立湧  于汪  赵寒  王畅  张伟胜 《地质论评》2022,68(3):2022052007-2022052007

本文选择大兴安岭北段诺敏大山地区早白垩世侵入岩进行了锆石U-Pb年代学和地球化学研究,探讨该区域侵入岩成因类型、岩浆来源及构造环境。该区侵入岩岩性主要为正长花岗岩、正长花岗斑岩和似斑状正长花岗岩,对其中正长花岗岩样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年表明,正长花岗岩侵位年龄为129.5±0.4 Ma,应为早白垩世岩浆活动的产物,结合区内侵入岩与地层相互接触关系,本区侵入岩形成时代为早白垩世。区内侵入岩具有富硅（SiO2= 67.36%~74.09%）、富碱（K2O+Na2O= 8.88%~9.34%）、高铝（Al2O3= 12.56%~16.15%）,低MgO、TiO2、CaO的特点,属于高钾钙碱性岩石系列;铝饱和指数（A/CNK）为0.94~1.31,为准铝质—过铝质岩石。微量元素富集Rb、U、Th、K等大离子亲石元素,强烈亏损Ti、Nb、Sr、P等高场强元素,具有明显的Eu负异常,属于高分异I型花岗岩。岩石Rb/Sr为0.9~2.0,Sr/Y为4.2~7.2,显示出高Sr、低Y的特点,指示岩浆源区为地壳物质的部分熔融。结合区域研究成果,蒙古—鄂霍茨克构造域在早白垩世之前已结束碰撞,诺敏大山地区早白垩世岩浆活动可能发生在蒙古—鄂霍茨克造山后的伸展环境。  相似文献   

中国蛇绿岩清理——兼论蛇绿岩研究的新思路     

张旗  任纪舜  赵磊  焦守涛  王跃  王振 《地质论评》2022,68(2):2022030013-2022030013

中国蛇绿岩研究取得了很大的成绩,也存在许多问题。文中简要评述了日喀则、三江、青海、北秦岭、中亚造山带、东北以及中国南方蛇绿岩的若干问题,指出中国划归入蛇绿岩的地质体（组合）太多了,把许多可能不是蛇绿岩的地质体（组合）也当成了蛇绿岩。当前需要做的是去伪存真,对中国蛇绿岩进行一次认真的清理。文中指出,地幔橄榄岩无疑是蛇绿岩最重要的成员,它来自洋壳下。世界上还有另一类来自陆壳下的地幔岩,被称为“造山橄榄岩”。因此,地幔橄榄岩并非蛇绿岩所独有。此外,有越来越多的数据表明,在许多不同的构造背景下都可以出现类似MORB（大洋中脊玄武岩）地球化学性质的玄武岩,例如洋岛、岛弧、大陆溢流玄武岩、板内玄武岩以及太古宙（拉斑玄武岩和科马提岩）等。因此,不能简单地认为一个地区只要有了地幔橄榄岩和MORB就是蛇绿岩了。文中回顾了蛇绿岩研究的两个发展阶段：前一个阶段以1972年的彭罗斯会议为标志,开启了蛇绿岩研究的新篇章,当时的学术界主要关注蛇绿岩的岩石学和地球化学问题,关心蛇绿岩的岩石组合。新的阶段是从20世纪后期逐渐发展起来的,于近期取得了突出的进展。笔者等强调指出,蛇绿岩（野外出露更多的是蛇绿混杂岩）即蛇绿岩套,它不仅包括一个特定的岩石组合,还包括深海沉积。文中肯定了中外学术界在蛇绿岩构造研究方面获得的许多新发现、新思路和新进展。此外,大数据和地球物理方法也是非常有意义的。蛇绿岩是一个复杂体系,不确定的问题相当多。它们的解决需要构造地质学家、地层学家、古生物学家、岩石学家、地球化学家、年代学家以及地球物理学家的共同努力。  相似文献