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人工智能技术气候预测应用简介 被引量:9
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作者 杨淑贤 零丰华 +2 位作者 应武杉 杨松 罗京佳 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2022年第5期641-659,共19页
近年来,随着人工智能技术在多个领域大数据分析中的应用,许多研究工作者尝试将地学研究与人工智能跨学科结合,取得了很多新的进展,推动了地球科学的发展。其中气候预测与人类生活以及防灾减灾等息息相关,准确的气候预测至关重要。本文... 近年来,随着人工智能技术在多个领域大数据分析中的应用,许多研究工作者尝试将地学研究与人工智能跨学科结合,取得了很多新的进展,推动了地球科学的发展。其中气候预测与人类生活以及防灾减灾等息息相关,准确的气候预测至关重要。本文简要总结了人工智能技术在气候预测应用方面的研究进展,包括资料同化、模式参数化、求解偏微分方程、构建统计预测模型、改进数值模式产品释用等领域。这些研究证明了利用人工智能提高气候预测技巧的可能性和适用性,可以极大地节省计算成本和时间。然而人工智能应用也存在诸多挑战,例如数据集的构建、模型的适用性和物理可解释性等问题,对这些难点问题的研究和攻克,可以让人工智能在大数据时代中更好地补充传统地球科学方法,产生更多有益的效应,极大地改进气候预测水平。 展开更多
关键词 人工智能 数值产品释用 气候预测
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基于WRF的高分辨率重庆2021年夏季气候降尺度预测试验
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作者 沈龙 闫会平 +2 位作者 应武杉 唐红玉 罗京佳 《高原山地气象研究》 2024年第4期63-73,共11页
本文利用WRF模式对全球气候预测系统1.0版(NUIST-CFS1.0)于3月1日起报的重庆2021年夏季(6—8月)预测结果进行高分辨率(5 km×5 km)动力降尺度预测研究,并对比分析了2种陆面过程(Noah和RUC)参数化方案对降尺度预测结果的影响。结果表... 本文利用WRF模式对全球气候预测系统1.0版(NUIST-CFS1.0)于3月1日起报的重庆2021年夏季(6—8月)预测结果进行高分辨率(5 km×5 km)动力降尺度预测研究,并对比分析了2种陆面过程(Noah和RUC)参数化方案对降尺度预测结果的影响。结果表明:WRF动力降尺度可以改善NUIST-CFS1.0对重庆夏季2 m气温和降水的预测结果。随着区域模式水平分辨率的提升,WRF动力降尺度可以预测出更多的2 m气温空间分布细节,但对降水预测的改善十分有限。从陆面方案的影响来看,RUC方案预测的降水量较Noah方案更加接近观测,Noah方案预测的潜热通量较小而感热通量较大,有利于改善NUIST-CFS1.0对重庆夏季2 m气温低估的偏差。从降水的预测效果来看,WRF动力降尺度对不同量级降水概率预测均优于NUIST-CFS1.0的结果,不仅能捕捉到更多的重庆夏季大雨(>25 mm·d^(-1))事件,从而减小NUIST-CFS1.0的降水负偏差,还能更加合理地捕捉到重庆“夜雨”的特征。相较于NUIST-CFS1.0,WRF动力降尺度甚至在重庆地区低空环流的日变化以及水汽输送特征方面有较好的表现,这与WRF对降水的预测效果相对应。 展开更多
关键词 WRF模式 动力降尺度 陆面过程参数化方案 区域气候预测
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海洋资料同化对气候季节-年际预测技巧及初始场的影响试验 被引量:1
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作者 孙惠杭 王意国 罗京佳 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期75-90,共16页
集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman filter,EnKF)是一种国内外广泛使用的海洋资料同化方案,用集合成员的状态集合表征模式的背景误差协方差,结合观测误差协方差,计算卡尔曼增益矩阵,有效地将观测信息添加到模式初始场中。由于季节、年际... 集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman filter,EnKF)是一种国内外广泛使用的海洋资料同化方案,用集合成员的状态集合表征模式的背景误差协方差,结合观测误差协方差,计算卡尔曼增益矩阵,有效地将观测信息添加到模式初始场中。由于季节、年际预测很大程度上受到初始场的影响,因此资料同化可以提高模式的预测性能。本文在NUIST-CFS1.0预测系统逐日SST nudging的初始化方案上,利用EnKF在每个月末将全场(full field)海表温度(sea surface temperature SST)、温盐廓线(in-situ temperature and salinity profiles,T-S profiles)以及卫星观测海平面高度异常(sea level anomalies SLA)观测资料同化到模式初始场中,对比分析了无海洋资料同化以及加入同化后初始场的区别、加入海洋资料同化后模式提前1~24个月预测性能的差异以及对于厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o–southern oscillation,ENSO)预测技巧的影响。结果表明,加入海洋资料同化能有效地改进初始场,并且呈现随深度增加初始场改进越显著的特征。加入同化后,对全球SST、次表层海水温度的平均预测技巧均有一定的提高,也表现出随深度增加预测技巧改进越明显的特征。但加入海洋资料同化后,模式对ENSO的预测技巧有所下降,可能是由于模式误差的存在,使得同化后的预测初始场从接近观测的状态又逐渐恢复到与模式动力相匹配的状态,加剧了赤道太平洋冷舌偏西、中东部偏暖的气候平均态漂移。 展开更多
关键词 海洋资料同化 集合卡尔曼滤波 气候预测
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中国沿海风能年际变化的区域性特征成因及其预测
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作者 沈龙 罗京佳 金大超 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期235-248,共14页
基于ERA5的逐小时100m风场数据,利用时间序列K-means聚类方法,将中国沿海冬季风能年际变化划分为四个区域,分别为北中国海(NorthChina Sea,NCS)、东海(East China Sea,ECS)、南海北部(Northern South China Sea,NSCS)及南海南部(Souther... 基于ERA5的逐小时100m风场数据,利用时间序列K-means聚类方法,将中国沿海冬季风能年际变化划分为四个区域,分别为北中国海(NorthChina Sea,NCS)、东海(East China Sea,ECS)、南海北部(Northern South China Sea,NSCS)及南海南部(SouthernSouthChinaSea,SSCS)。四个区域风能的年际变化受不同气候模态的影响,其中NCS风能的年际变化与北极涛动(ArcticOscillation,AO)有关;ECS风能的年际变化与中部型ENSO及西伯利亚高压有关;SSCS和NSCS的年际变化则和东部型ENSO及大陆高压的南北位置存在联系。鉴于影响各区域风能年际变化的气候模态具有较高的可预测性,进一步评估了多个气候模式对中国沿海风能年际变化的预测技巧。结果表明,气候模式对南中国海的风能年际变化预测技巧更高,这与气候模式对ENSO的高预测技巧有关。气候模式对北方海域风能年际变化的预测技巧较差,这和气候模式不能较好地预测AO和西伯利亚高压有关。 展开更多
关键词 中国沿海风能 年际变化 北极涛动 ENSO 西伯利亚高压 气候预测系统评估
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云垂直重叠特性与风切变强度的参数化关系构建
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作者 刘玉洁 彭杰 +3 位作者 张峰 吴琨 刘鹏 陈国兴 《地球物理学进展》 CSCD 北大核心 2023年第3期1000-1012,共13页
基于CloudSat/CALIPSO卫星在2007—2010年的观测数据,研究了气候模式中用于表达云层垂直方向上重叠关系的关键参数——抗相关厚度(L),并构建了L与风切变强度的参数化关系.结果表明:全球范围内,L与风切变总体呈现较为明显的负相关,该关... 基于CloudSat/CALIPSO卫星在2007—2010年的观测数据,研究了气候模式中用于表达云层垂直方向上重叠关系的关键参数——抗相关厚度(L),并构建了L与风切变强度的参数化关系.结果表明:全球范围内,L与风切变总体呈现较为明显的负相关,该关系在北半球中纬度地区更为显著,两者的相关系数可达-0.94.但在以洋面为主的南半球中高纬度地区,L与风切变强度的负相关关系明显减弱.用于计算L的云层空间采样尺度与云样本对应的L呈现出近似线性的正相关,这表明随着云层空间采样尺度的变大,不同高度的云层在垂直方向上重叠的部分趋于更多.此外,在不同的空间采样尺度条件下,L与风切变强度参数化关系式中的系数也存在差异.因此,云层的空间采样尺度也是气候模式中建立精细化的L参数化方案时需要考虑的重要因子之一. 展开更多
关键词 云垂直重叠 抗相关厚度 风切变 空间采样尺度
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