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基于机器学习的极端风场短时预测研究进展与思考
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作者 陶天友 邓鹏 +1 位作者 王浩 范延盛 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第5期78-91,共14页
近年来,极端风场短时预测因其对工程安全的重要性,已成为国际风工程领域的研究热点与学术前沿。在极端风场来临前,精准预测原位风速对于工程结构安全预警与应急防护具有重要意义。传统数值天气预报方法是极端风场预测的有效手段,但由于... 近年来,极端风场短时预测因其对工程安全的重要性,已成为国际风工程领域的研究热点与学术前沿。在极端风场来临前,精准预测原位风速对于工程结构安全预警与应急防护具有重要意义。传统数值天气预报方法是极端风场预测的有效手段,但由于其空间分辨率不足、计算资源消耗大,难以实现工程结构原位风速的实时预测。随着人工智能技术的快速发展,机器学习为解决上述难题提供了新思路,在极端风场短时预测中的应用日趋广泛,且展露出广阔的应用前景。据此,本文对基于机器学习的极端风场短时预测研究进展进行了综述。首先,回顾了时间序列模型、机器学习模型和混合模型在风场预测中的应用原理及其特点;其次,从良态强风、台风、雷暴风3种频发强风的角度,分类论述了常采用的极端风场短时预测方法,并对其优缺点进行了归纳总结。最后,针对极端风场短时预测的研究现状与挑战,阐述了对该领域未来潜在研究方向的思考。 展开更多
关键词 极端风场 短时预测 机器学习 工程安全 数值天气预报
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基于稀疏注意力的雷达回波外推方法及应用
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作者 王杰 陈静 +3 位作者 杨昊 陈敏 周航 王勇 《气象科技》 2025年第4期468-478,共11页
基于深度学习的雷达回波外推方法已被广泛应用于具有挑战性的短临降水预报任务中。然而,现有方法在预测精度上存在不够高的问题,而且在处理高分辨率和长时间序列数据时,训练速度较慢。为此,本文提出了一种基于稀疏融合注意力的深度学习... 基于深度学习的雷达回波外推方法已被广泛应用于具有挑战性的短临降水预报任务中。然而,现有方法在预测精度上存在不够高的问题,而且在处理高分辨率和长时间序列数据时,训练速度较慢。为此,本文提出了一种基于稀疏融合注意力的深度学习模型——PFA-TransUNet(Probsparse Fusion Attention TransUNet)。该模型是一种编码器-解码器架构,通过在编码器路径中引入多层Transformer,然后将传统多头自注意力分解为时空维度计算,从而充分融合时空信息。同时,引入稀疏注意力方法,降低了自注意力计算复杂度,缩短了训练时间。在河北省雷达数据集上的实验结果表明,与其他先进的经典模型相比,PFA-TransUNet在外推精度,均方根误差,结构相似性,雷达回波为20、30、40 dBz时的临界成功指数,训练速度等多个评价指标上均有所提升,展现出了优异的整体性能。 展开更多
关键词 短临降水预报 雷达回波外推 深度学习 注意力机制
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融合相似预报方法在陇东南短期强降水预报中的应用 被引量:1
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作者 黄晓远 李旭 +2 位作者 杜梦莹 叶培龙 李艳 《高原气象》 北大核心 2025年第1期214-223,共10页
基于逐步过滤相似法和自组织映射(SOM)神经网络方法,提出了一种融合相似预报方法。利用ECMWF模式预报产品、ERA5再分析资料和地面气象台站观测数据,使用该方法对2021-2022年陇东南地区开展了时效为72 h的强降水预报试验,并对预报效果进... 基于逐步过滤相似法和自组织映射(SOM)神经网络方法,提出了一种融合相似预报方法。利用ECMWF模式预报产品、ERA5再分析资料和地面气象台站观测数据,使用该方法对2021-2022年陇东南地区开展了时效为72 h的强降水预报试验,并对预报效果进行了检验。结果表明:(1)融合相似预报方法的TS评分处于4.5%~9.1%之间,与ECMWF模式预报结果相比表现出一定的优势。随着预报时效的增长,强降水预报的TS评分呈现减小的趋势,其在08:00(北京时,下同)起报的TS评分相对较高。(2)相比于单独使用逐步过滤相似预报,融合相似预报方法的准确性有所提升,并能在一定程度上降低空报率。其中08:00起报和20:00起报的TS评分提高了1.31%和0.63%,而FAR同时下降了2.39%和1.25%。 展开更多
关键词 强降水 短期预报 相似预报 逐步过滤相似 自组织映射(SOM)
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基于WRF模式的CFD与LSTM技术对低空风切变数值模拟研究 被引量:2
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作者 董泽新 吴硕岩 +5 位作者 叶芳 陈丽晶 李毅 孙辰博 徐峰 刘磊 《高原气象》 北大核心 2025年第2期546-562,共17页
为提升低空风切变预报精度,本文综合运用欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料[European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF)fifth-generation reanalysis data,ERA5]和美国国家环境预报中心(National Centers for Envi... 为提升低空风切变预报精度,本文综合运用欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料[European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF)fifth-generation reanalysis data,ERA5]和美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)的FNL全球再分析资料(Final Operational Global Analysis)、先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型以及兰州中川机场的实况观测资料,采用中尺度数值天气预报模式(Weather Research and Forecasting Model,WRF)、WRF结合计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法、长短期神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)方法,对2021年4月15-16日兰州中川机场的两次风切变过程进行模拟分析。结果表明:(1)在小于1 km的网格中使用大涡模拟,WRF模式在单个站点风速模拟任务中表现更好,但在近地面水平风场风速模拟效果上,不如WRF模式结合计算流体力学模型方案;(2)对于飞机降落过程中遭遇的两次低空风切变的模拟,WRF-LES和WRF-CFD两种模式都可以模拟出第一次低空风切变,而第二次受传入模式的WRF风速数据值较小的影响,两种模式风速差都没有达到阈值,需要在后续工作中进一步验证;(3)低风速条件(6 m·s^(-1))下,基于LSTM的单变量风速预测模型平均绝对误差基本维持在0.59 m·s^(-1),能较好地把握不同地形与环流背景条件下风速变化的非线性关系,虽然受到WRF误差和观测要素不全的限制,多变量风速预测能在保证平均绝对百分比误差小于6.60%的情况下,以更高的计算效率和泛化能力实现风速预测。本文不仅验证了WRF-CFD和WRF-LES耦合方案在风场和低空风切变预报中的差异,还探讨了基于LSTM的风速预测的可行性和准确性,期望为提高风场模拟精度,缩短精细风场模拟时间提供新的视角和方法。 展开更多
关键词 低空风切变 计算流体力学模型(CFD) WRF模式 大涡模拟 长短期记忆网络
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基于人工智能多模式集成的光伏电站总辐射预报方法研究 被引量:2
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作者 袁彬 于廷照 +2 位作者 申彦波 莫景越 邓华 《太阳能学报》 北大核心 2025年第4期291-300,共10页
基于2022年CMA-WSP、CMA-MESO、CMA-GD、WRF-SOLAR 4个数值模式预报以及广东省阳江市4个光伏电站实况观测数据,采用LightGBM集成模型,开展逐月总辐射辐照度(GHI)多模式集成预报试验。结果表明:多模式集成可有效降低GHI预报的平均绝对误... 基于2022年CMA-WSP、CMA-MESO、CMA-GD、WRF-SOLAR 4个数值模式预报以及广东省阳江市4个光伏电站实况观测数据,采用LightGBM集成模型,开展逐月总辐射辐照度(GHI)多模式集成预报试验。结果表明:多模式集成可有效降低GHI预报的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE),与每月的最优数值模式预报相比,MAE减少2.47%~32.71%、RMSE减少5.46%~32.29%;多模式集成在不同GHI区间效果差异明显,400 W/m^(2)以下区间内,多模式集成效果最好,全年12个月中有10个月集成有效,MAE减少6.25%~44.44%、RMSE减少14.62%~43.07%,400~700 W/m^(2)区间内多模式集成效果次之,全年12个月中有6个月集成有效,MAE减少0.76%~34.59%、RMSE减少4.14%~31.11%,大于700 W/m^(2)区间内受限于样本量,多模式集成无效果;在晴天、少云、多云、阴天4种典型天气条件下,多模式集成预报与实况观测趋势最为接近,且能体现出因云量变化造成的GHI波动。 展开更多
关键词 太阳辐射 预报 人工智能 多模式集成 光伏电站
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基于多变量时间序列预测和XGBoost的O_(3)浓度短期预报研究 被引量:1
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作者 赵生昊 李家启 +3 位作者 刘俊 任艳 刘玉杰 余晓红 《热带气象学报》 北大核心 2025年第1期125-135,共11页
开展O_(3)浓度预报是保障人民生命健康安全和有效治理大气污染的重要举措,本文利用O_(3)浓度监测资料及地面气象资料,在时间序列预测的基础上融合XGBoost机器学习算法,提出一种O_(3)浓度短期逐小时预报方法,并就数据处理、预测策略、预... 开展O_(3)浓度预报是保障人民生命健康安全和有效治理大气污染的重要举措,本文利用O_(3)浓度监测资料及地面气象资料,在时间序列预测的基础上融合XGBoost机器学习算法,提出一种O_(3)浓度短期逐小时预报方法,并就数据处理、预测策略、预报模型构建及优化进行了探讨,结果表明:使用能够利用地面气象资料的直接多步预测策略构建的预报模型性能更优;在输入特征中加入周期化的时间特征能够有效提升预报模型性能;最后对该方法2020年8月—2021年4月O_(3)浓度预报效果进行了检验,其1 h、24 h、48 h及72 h预报的RMSE分别为7.94、16.00、17.49、17.72μg·m^(-3),对应的R^(2)为0.94、0.74、0.69、0.68,预报效果良好。该方法可以为O_(3)预警预报、大气污染治理提供区域精细化的技术支撑。 展开更多
关键词 O_(3)浓度 短期预报 时间序列 XGBoost
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基于CMA-GD模式的2 m气温逐小时预报误差订正方法分析
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作者 李健 樊琦 +1 位作者 张瑛 徐星生 《高原气象》 北大核心 2025年第3期626-642,共17页
温度是最重要的气象要素,其预报准确率对于天气预报至关重要。本文针对华南区域中尺度数值模式(China Meteorological Administration Guangdong,CMA-GD)2 m气温逐时预报产品,使用线性不分级回归法对地形偏差导致的气温预报误差进行订正... 温度是最重要的气象要素,其预报准确率对于天气预报至关重要。本文针对华南区域中尺度数值模式(China Meteorological Administration Guangdong,CMA-GD)2 m气温逐时预报产品,使用线性不分级回归法对地形偏差导致的气温预报误差进行订正,并使用一维卡尔曼滤波法和双权重滑动平均法对结果再订正。结果表明,模式地形高度偏差与温度误差均值呈线性负相关关系,准确率逐时效分布呈日变化特征,不分级回归法订正后,白天的订正效果优于夜间。使用最优周期的数理订正方法(卡尔曼法周期为15 d,平均值法周期为20 d)进行再订正,平均值法的订正效果优于卡尔曼法,对比日内时段,白天订正效果优于夜间。夏、秋季的订正效果优于冬季、春季,前者平均值法优于卡尔曼法,后者两种方法差异不大,春季部分时段呈负订正效果。不分级回归法订正后有8个站点为负订正,数理方法再订正后无负订正站点,对北部区域的订正效果总体优于南部。逐时效MAE和ACC订正幅度占比呈二项式正相关关系,不分级回归法的斜率最小,订正效果有限,平均值法相关性最好,斜率最高。对鄱阳湖平原中部和浙闽丘陵南部区域进行误差评估,前者误差峰值小于后者,峰值处订正幅度也小于后者,订正后MAE分别降低25.1%、19.8%,2022年11月至2023年1月冷空气入侵频繁,鄱阳湖平原中部MAE降低13.5%。模式对高海拔山区的预报显著偏高,8-10月气温预报误差振荡幅度最小,春、冬季误差振荡幅度最大,订正后预报误差围绕0轴振荡,系统性正误差得到明显改善。以增温(2022年5月1-6日)和强降温(2022年11月28日至12月3日)过程为例,订正后MAE分别降低18.2%、16.0%,表明方法对转折性天气取得了稳定的订正效果。该复合订正方法稳定性好,预报订正能力较强,易于业务推广。 展开更多
关键词 CMA-GD 逐时 气温预报 回归 一维卡尔曼 滑动平均 误差订正
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线性分解和周期增强Informer的太阳辐射短临预报研究 被引量:1
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作者 姚蕊 刘小芳 《太阳能学报》 北大核心 2025年第2期505-510,共6页
针对辐射周期趋势及外部影响特征捕获不足的问题,提出一种线性分解和周期增强Informer的地表太阳辐射短临预报方法。首先,改进灰色关联度方法,获取历史辐射与多种外部气象因素关联度,提取16种高相关外部气象特征建立高关联特征集,强化... 针对辐射周期趋势及外部影响特征捕获不足的问题,提出一种线性分解和周期增强Informer的地表太阳辐射短临预报方法。首先,改进灰色关联度方法,获取历史辐射与多种外部气象因素关联度,提取16种高相关外部气象特征建立高关联特征集,强化捕捉辐射与气象因素之间的复杂关系的能力;其次,在基于Transformer解决方案的基础上引入周期性嵌入层和ReLU激活函数,为模型提供更准确、合理的周期时间特征和辐射变化区间。最后,在Informer后增加平滑序列分解线性层,将Autoformer中的分解方案和FEDformer中的线性层相结合,进一步增强捕捉时序数据中周期性和季节性成分的能力。实验结果表明:该IDL方法结合外部气象特征能极好地提高模型短临预报效果,精度高于近年来基于Transformer系列的解决方案;比DLinear均方误差最高减少30.6%。 展开更多
关键词 太阳辐射 INFORMER TRANSFORMER 平滑序列线性分解 周期嵌入 灰色关联度
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基于深度学习提升中国西南地区夏季降水短期气候预测的研究
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作者 张淏元 乔盼节 +1 位作者 刘文奇 张永文 《高原气象》 北大核心 2025年第3期694-704,共11页
近年来,中国西南地区,包括云贵川渝等地,频繁受到气候变化引发的洪涝灾害,造成了严重的人员伤亡和巨大的财产损失,这些灾害的频发与降水异常密切相关。尽管传统的统计方法和大气模式在降水预测方面已有一定成效,但面对降水数据复杂的时... 近年来,中国西南地区,包括云贵川渝等地,频繁受到气候变化引发的洪涝灾害,造成了严重的人员伤亡和巨大的财产损失,这些灾害的频发与降水异常密切相关。尽管传统的统计方法和大气模式在降水预测方面已有一定成效,但面对降水数据复杂的时空特征,仍缺乏有效的处理手段。随着机器学习技术的发展,融合了卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)和长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)的卷积长短期记忆网络(Convolutional Long Short-Term Memory,ConvLSTM)在研究时空序列问题方面表现较为突出,特别是在降水预测领域。为了更准确地预测中国西南地区未来一年的夏季降水(降水短期气候预测),本文构建了一个融合全球海表温度和中国西南地区降水数据的数据集,采用ConvLSTM进行训练,并将其命名为SST-ConvLSTM。该模型不仅能够捕捉实况降水数据中的时空特征,而且能够从全球海表温度数据中学习到一些信息,从而增强降水短期气候预测的准确性。研究结果显示:相较于不考虑海表温度的ConvLSTM和大气模式,SST-ConvLSTM模型在中国西南地区夏季降水短期气候预测方面具有显著优势。(1)在数值方面,SST-ConvLSTM模型的预测结果与实况降水数据最为接近,且变化趋势相似。相比之下,ConvLSTM和传统大气模式的预测结果均存在一定程度的偏差。(2)在空间分布上,SST-ConvLSTM模型同样表现较好。其预测结果与实况降水数据的分布较为一致,能够准确反映降水在空间上的分布。(3)在模型评估中,本文采用了三种评估指标对SSTConvLSTM模型的性能进行了评价。结果显示,SST-ConvLSTM模型在各项评估指标上均表现较好,取得了最佳成绩。这些发现为未来西南地区的降水预测研究提供了重要的参考和启示。 展开更多
关键词 降水预测 深度学习 ConvLSTM 海表温度 西南地区
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基于潜空间扩散模型的台风路径与强度预报模型研究
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作者 闵隽玉 谈哲敏 《南京大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期373-386,共14页
台风路径、强度的精准预报是台风减灾防灾的基础,基于潜空间扩散模型(Latent Diffusion Model,LDM)发展了台风路径和强度预报模型.为此,首先改进了LDM,引入结构相似度(SSIM)损失和离散傅里叶变换(DFT)损失,以提升变分自编码器(VAE)在重... 台风路径、强度的精准预报是台风减灾防灾的基础,基于潜空间扩散模型(Latent Diffusion Model,LDM)发展了台风路径和强度预报模型.为此,首先改进了LDM,引入结构相似度(SSIM)损失和离散傅里叶变换(DFT)损失,以提升变分自编码器(VAE)在重构气象变量细节上的性能.为了进一步增强模型的预报能力,采用扩展性更好的Diffusion Transformer (DiT)作为噪声预测网络,并采用预训练微调策略优化预报模型.利用发展的预报模型对2023年西北太平洋的九个台风进行了6,12,18和24 h的预报测试,预报结果表明改进后的LDM在台风路径和强度预报能力上有显著性提升.另外,集成方法可进一步增强预报模型的稳定性和准确性,在路径预报上表现尤其明显.这些结果为未来发展基于数据驱动的台风智能预报模型提供了新的思路和方法 . 展开更多
关键词 台风 深度学习 扩散模型 预报
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CMA-MESO 3 km模式10 m风预报产品在山西区域的定量检验及客观订正 被引量:1
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作者 苗青 董春卿 +1 位作者 孙颖姝 毕玉婷 《气象科技》 2025年第1期22-34,共13页
风场预报是智能网格预报的重要支撑,提高风场预报准确率,能够为风能预报提供核心保障。在综合评估2023年汛期CMA-MESO 3 km(China Meteorological Administration Mesoscale Model at 3 km resolution)模式在山西逐小时10 m风预报能力... 风场预报是智能网格预报的重要支撑,提高风场预报准确率,能够为风能预报提供核心保障。在综合评估2023年汛期CMA-MESO 3 km(China Meteorological Administration Mesoscale Model at 3 km resolution)模式在山西逐小时10 m风预报能力的基础上,基于自适应Kalman滤波方法,开展针对纬向风(U)、经向风(V)的客观订正,以期建立适应山西复杂地形特征的客观预报方案,促进国产模式本地化业务应用。结果表明:①全风速预报偏大,预报误差呈“单峰型”日变化,峰值出现在18:00-20:00,正偏差主要位于忻定和太原盆地以及山西南部。②U、V预报误差与预报值呈显著正相关,需考虑不同强度预报风速误差随时效变化的特征,避免订正不足或过订正。③Kalman滤波方案(KM)订正幅度小且不稳定,订正后均方根误差R MSE削减不足6%,准确率提升不足2%。④基于动态分级的改进方案(CBKM)突破KM订正瓶颈,更准确地估计系统误差并有效订正,更好再现不同地区风速日变化,平均误差M E趋近0,R MSE削减32.8%,风向、风速预报准确率分别提升8.29%、7.92%,峰值时刻订正率达83.49%。 展开更多
关键词 CMA-MESO 3 km 10 m风 KALMAN滤波 动态分级
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基于WRF模式的好溪流域致洪暴雨千米尺度预报研究 被引量:1
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作者 贾彦方 吴志勇 +3 位作者 李源 何海 欧剑 汪瑛琪 《水电能源科学》 北大核心 2024年第4期6-9,14,共5页
鉴于好溪流域内多山地和丘陵,梅汛期和台汛期常突发强暴雨,致使其千米尺度下的数值预报难度较大的问题,选取好溪流域2015~2020年的10场致洪暴雨事件,利用中尺度数值天气预报模式WRF和GFS预报数据进行6、30、54 h的回顾性预报,并测试了5... 鉴于好溪流域内多山地和丘陵,梅汛期和台汛期常突发强暴雨,致使其千米尺度下的数值预报难度较大的问题,选取好溪流域2015~2020年的10场致洪暴雨事件,利用中尺度数值天气预报模式WRF和GFS预报数据进行6、30、54 h的回顾性预报,并测试了5种云微物理参数化方案的敏感性。结果表明,在千米尺度下,WRF模式模拟的降雨量偏小,对山区的预报效果优于河谷地区;Lin方案的整体预报效果最佳,而WSM3方案最差;选取的10场极端降水事件受到台风和西南低空急流等异常天气的影响,Lin方案和WSM5方案适用性较好;WRF模式对暴雨的预报效果优于大暴雨。研究结果对于提高山区小流域致洪降雨的模拟和预报精度具有借鉴意义。 展开更多
关键词 暴雨预报 WRF模式 对流解析尺度 异常天气 山区小流域
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基于高分辨率数值预报和深度学习的地面气温预报研究 被引量:5
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作者 李浙华 肖安 郑丽君 《高原气象》 CSCD 北大核心 2024年第2期464-477,共14页
基于2020-2021年的中国气象局(CMA)陆面数据同化系统(CLDAS)逐小时地面气温(T2m)产品,融合CMA上海快速更新循环数值预报(CMA-SH3)的T2m预报数据,构建深度学习语义分割模型(MT-Cunet),实现逐小时滚动更新的24 h T2m网格预报,并对2022年... 基于2020-2021年的中国气象局(CMA)陆面数据同化系统(CLDAS)逐小时地面气温(T2m)产品,融合CMA上海快速更新循环数值预报(CMA-SH3)的T2m预报数据,构建深度学习语义分割模型(MT-Cunet),实现逐小时滚动更新的24 h T2m网格预报,并对2022年预报结果进行了检验评估。结果表明,在研究范围内,MT-Cunet在3~9 h时效订正效果最好,平均MAE和平均RMSE分别降低42.4%、40.89%;10~24 h时效的订正效果较好,平均MAE和平均RMSE分别下降26.7%、26.3%。低温(≤0℃)和高温(≥35℃)事件检验评估表明,MT-Cunet在高温预报整体表现为正偏差,而低温整体为负偏差,但误差幅度远低于CMA-SH3;空间尺度上,MT-Cunet能较大幅度减少复杂地形下的T2m预报误差,降低CMA-SH3的MAE离散度,使预报误差分布较为稳定。通过对2022年2月和3月的区域性增温、寒潮过程分别进行检验评估发现,MT-Cunet能较好预报出增(降)温转折时间和增(降)温幅度。在增温和寒潮过程中,MT-Cunet的MAE比CMA-SH3分别降低28.9%和33.8%,表明MT-Cunet模型在转折性天气过程中同样具有较好的预报能力。因此,利用可以快速增加预报样本数量的快速更新循环数值预报,经过语义分割深度学习模型客观方法订正,就能较大幅度降低数值模式预报误差,解决常规数值预报由于数据量太少,深度学习训练效果较差的问题,这对充分利用国产模式资源,更广泛地开展国产模式后处理和应用提出了一个新的思路。 展开更多
关键词 CMA-SH3 CLDAS 2 m地面温度 偏差订正 深度学习
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基于深度学习的火星12小时全球尘埃分布预测 被引量:1
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作者 何泽锋 张杰 +1 位作者 盛峥 唐满 《地球与行星物理论评(中英文)》 2024年第4期479-492,共14页
火星沙尘暴对大气结构影响深远,对火星着陆器构成多重风险,并极大地影响探测仪的精度,因此对沙尘暴进行准确的短期预测对未来的火星探测任务极为重要.然而,传统的统计分析无法准确捕捉沙尘的变化规律.本文展示了Conv-GRU-Seq2Seq模型可... 火星沙尘暴对大气结构影响深远,对火星着陆器构成多重风险,并极大地影响探测仪的精度,因此对沙尘暴进行准确的短期预测对未来的火星探测任务极为重要.然而,传统的统计分析无法准确捕捉沙尘的变化规律.本文展示了Conv-GRU-Seq2Seq模型可以充分利用数据实现全球沙尘12小时预报.研究发现,考虑多个相互关联的气象要素,尤其是风场,并考虑季节性变化,可以提高预报的准确性.与最初的ConvGRU模型相比,加入Seq2Seq结构后,MSE降低了85.3%,MAE降低了75.07%.在比较的六个模型中,ConvGRU-Seq2Seq模型的测试性能最好,MSE、MAE和R2值分别为8.73×10^(-4)、13.48×10^(-3)和98.12×10^(-2).该模型的预测性能稳定可靠,误差空间分布更加集中准确.本文实现了12小时内快速变化的沙尘活动预报,MAPE小于10%.该研究首次提出了火星沙尘暴短期预报的深度学习模型,为未来的火星探测任务提供了重要的气象保障. 展开更多
关键词 大气 火星尘埃 深度学习 预测
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概率匹配订正法在湖北襄阳地区降水预报中的应用 被引量:3
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作者 袁良 谭江红 +1 位作者 闫彩霞 张玉翠 《沙漠与绿洲气象》 2024年第2期92-98,共7页
利用2016—2020年汛期ECMWF模式预报降水与湖北襄阳区域站观测降水进行对比分析,结果表明:ECMWF对中雨及以上降雨的预报,第1、2天预报值偏小,第3天预报值偏大;3个预报时段强降雨中心位置偏差无规律。为更好地对ECMWF产品进行释用,提高... 利用2016—2020年汛期ECMWF模式预报降水与湖北襄阳区域站观测降水进行对比分析,结果表明:ECMWF对中雨及以上降雨的预报,第1、2天预报值偏小,第3天预报值偏大;3个预报时段强降雨中心位置偏差无规律。为更好地对ECMWF产品进行释用,提高汛期降水预报准确率,从概率匹配角度研究了不同降水量级订正值,并对2021年汛期ECMWF降水预报进行逐日检验。结果显示:概率匹配订正法可有效地改善模式预报性能,对中雨及以上降雨预报均有良好的订正效果,尤其对第1天暴雨预报改进最为明显。228站平均的TS评分提高了6%,由11.1%增加到17.1%,漏报情况改良了13.5%,由85.0%降至71.5%。采用该订正法开展定量降水预报,由于增加了当地降雨概率分布的背景信息,能表现出比原模式更高的参考价值。 展开更多
关键词 降水预报 累积概率 概率匹配 模式订正
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基于漂浮式测风激光雷达观测数据的海上预报风速订正 被引量:1
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作者 易侃 李肖雅 +6 位作者 朱碧泓 顾晨 王浩 于淼 王彩霞 王言哲 杨靖文 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期226-236,共11页
本文阐述了海上漂浮式测风设备对数据的测量方式和校准方法后,利用三部漂浮式测风激光雷达50、80和100m三个高度的风速数据,对同地点和高度的GFS全球天气预报模式的风速数据进行预报订正。结果表明,直接采用滑动自适应权重的Kalman滤波... 本文阐述了海上漂浮式测风设备对数据的测量方式和校准方法后,利用三部漂浮式测风激光雷达50、80和100m三个高度的风速数据,对同地点和高度的GFS全球天气预报模式的风速数据进行预报订正。结果表明,直接采用滑动自适应权重的Kalman滤波方法产生累积的滞后平均偏差对风速进行订正的结果并不理想,统计发现通过降低预报订正公式中的滞后平均偏差项的比值,可以获得更好的标准偏差结果。滞后平均偏差比值减小至0.1~0.5后经Kalman滤波方法订正后的风速标准偏差整体要低于订正前的风速标准偏差,其中最佳的比值为0.3。利用这一滞后偏差比值对三部雷达不同预报时刻和预报时效的风速样本组进行订正后发现,除了个别数据样本组外,超过90%数据样本组的风速标准偏差较订正前是减小的。经改进的算法订正后各高度层风速预报值的改善率大致在5~20%范围内。 展开更多
关键词 漂浮式测风激光雷达 设备性能 偏差订正方法 预报改善率
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重庆市长寿区暴雨特征及基于“配料法”的暴雨预报模型研究 被引量:2
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作者 江姣 田凤国 +2 位作者 徐元照 方丽 高松 《沙漠与绿洲气象》 2024年第3期56-62,共7页
利用2011-2018年地面常规观测、高空探测等资料分析重庆市长寿区暴雨特征,研究表征暴雨过程中水汽、动力、热力、不稳定条件的比湿、散度、垂直速度等物理参数及暴雨发生时各物理参数的阈值,构建基于“配料法”的预报模型,并对模型进行... 利用2011-2018年地面常规观测、高空探测等资料分析重庆市长寿区暴雨特征,研究表征暴雨过程中水汽、动力、热力、不稳定条件的比湿、散度、垂直速度等物理参数及暴雨发生时各物理参数的阈值,构建基于“配料法”的预报模型,并对模型进行试用、检验和评估。结果表明:长寿区暴雨多发生在5、9月,影响暴雨的主要天气系统按出现频率自高到低排列依次是高空槽、地面冷锋、西南涡、切变线、低空急流,32.1%的暴雨是在高空槽、切变线、西南涡和地面冷锋的共同作用下产生的,其他天气系统配置下较少产生暴雨。基于“配料法”的主观预报方法准确率较EC提高27%,漏报率较其他模式明显减小,TS评分较EC提高0.15;客观方法准确率较EC提高16%,TS评分较EC提高0.03。 展开更多
关键词 配料法 暴雨 预报指标 模型
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基于CGAFNet的卫星云图临近预报研究
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作者 康奇秀 杜东升 +2 位作者 陈立福 欧小锋 叶成志 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期1074-1084,共11页
卫星云图外推技术能及时掌握云团的运动轨迹和变化情况,为临近预报和灾害性天气的监测提供重要参考。然而,现有的云图预测方法存在难以捕捉小尺度云团发展、云图细节特征不清晰、预测结果逐渐模糊等问题,导致最终的预报效果不理想。为... 卫星云图外推技术能及时掌握云团的运动轨迹和变化情况,为临近预报和灾害性天气的监测提供重要参考。然而,现有的云图预测方法存在难以捕捉小尺度云团发展、云图细节特征不清晰、预测结果逐渐模糊等问题,导致最终的预报效果不理想。为了有效提取卫星云图的时空信息,预报中小尺度云团的发展,利用FY-4A红外云图,以湖南区域为中心的中东部地区作为研究对象,从时空序列预测的角度出发,提出了一种卷积门控循环注意力融合网络(ConvGRU Attention Fusion Network,CGAFNet),并提出了主副损失(Primary and Secondary Loss,PaSLoss)作为模型的损失函数,构建了编-解码结构,更好地提取了卫星云图的时空信息。为验证网络框架的有效性,与三个典型网络进行对比实验,结果表明,CGAFNet在云图外推任务中均方根误差为10.00 K,结构相似性为0.74,峰值信噪比为31.43,该模型能准确预测云团的生消演变过程,在各项指标上均优于其它网络,证明该方法能获得更准确的预测精度,且具备良好的泛化能力。 展开更多
关键词 卫星云图 临近预报 时空序列预测 融合网络 注意力机制
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Ingredients-based Methodology and Fuzzy Logic Combined Short-Duration Heavy Rainfall Short-Range Forecasting:An Improved Scheme 被引量:1
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作者 TIAN Fu-you XIA Kun +2 位作者 SUN Jian-hua ZHENG Yong-guang HUA Shan 《Journal of Tropical Meteorology》 SCIE 2024年第3期241-256,共16页
Short-duration heavy rainfall(SHR),as delineated by the National Meteorological Center of the China Me-teorological Administration,is characterized by hourly rainfall amounts no less than 20.0 mm.SHR is one of the mos... Short-duration heavy rainfall(SHR),as delineated by the National Meteorological Center of the China Me-teorological Administration,is characterized by hourly rainfall amounts no less than 20.0 mm.SHR is one of the most common convective weather phenomena that can cause severe damage.Short-range forecasting of SHR is an important part of operational severe weather prediction.In the present study,an improved objective SHR forecasting scheme was developed by adopting the ingredients-based methodology and using the fuzzy logic approach.The 1.0°×1.0°National Centers for Environmental Prediction(NCEP)final analysis data and the ordinary rainfall(0.1-19.9 mm h-1)and SHR observational data from 411 stations were used in the improved scheme.The best lifted index,the total precipitable water,the 925 hPa specific humidity(Q 925),and the 925 hPa divergence(DIV 925)were selected as predictors based on objective analysis.Continuously distributed membership functions of predictors were obtained based on relative frequency analysis.The weights of predictors were also objectively determined.Experiments with a typhoon SHR case and a spring SHR case show that the main possible areas could be captured by the improved scheme.Verification of SHR forecasts within 96 hours with NCEP global forecasts 1.0°×1.0°data initiated at 08:00 Beijing Time during the warm seasons in 2015 show the results were improved from both deterministic and probabilistic perspectives.This study provides an objectively feasible choice for short-range guidance forecasts of SHR.The scheme can be applied to other convective phenomena. 展开更多
关键词 ingredients-based methodology fuzzy logic approach probability of short-duration heavy rainfall(SHR) improved forecasting scheme objectively obtained membership functions
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山东近15年首场区域性暴雨物理量特征诊断分析
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作者 刘洁 邹大伟 邓荣蒙 《河南科学》 2024年第4期529-536,共8页
利用近15年(2008—2022年)资料对山东首场区域性暴雨进行分析,结果表明:①山东首场区域性暴雨均发生在4—6月,发生在鲁中、鲁南的概率最大.②影响系统主要有三类,以温带气旋暴雨最多,其次是低涡切变线暴雨和低槽冷锋暴雨.③首场区域性... 利用近15年(2008—2022年)资料对山东首场区域性暴雨进行分析,结果表明:①山东首场区域性暴雨均发生在4—6月,发生在鲁中、鲁南的概率最大.②影响系统主要有三类,以温带气旋暴雨最多,其次是低涡切变线暴雨和低槽冷锋暴雨.③首场区域性暴雨发生时,700、850、925hPa比湿分别在7.33、9.97、11.6g/kg左右,绝对水汽条件弱于常规区域性暴雨,但湿层深厚;850 hPa假相当位温在60℃左右,能量条件弱于常规区域性暴雨;700和850 hPa有19.5和17.1m/s的低空急流,动力条件强于常规区域性暴雨.综合利用以上条件和数值模式预报结果,可以对数值模式的降水量级进行有效订正. 展开更多
关键词 首场区域性暴雨 水汽条件 能量条件 动力条件
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