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An Initial Perturbation Method for the Multiscale Singular Vector in Global Ensemble Prediction

Advances in Atmospheric Sciences 2024年第3期41卷 545-563页

作者： Xin LIU Jing chen Yongzhu LIU Zhenhua HUO Zhizhen XU fajing chen Jing WANG Yanan MA Yumeng HAN School of Atmospheric Sciences Nanjing University of Information Science&TechnologyNanjing 210044China Chinese Academy of Meteorological Sciences Beijing 100081China CMA Earth System Modeling and Prediction Centre(CEMC) Beijing 100081China Key Laboratory of Earth System Modeling and Prediction of China Meteorological Administration Beijing 100081China Tianjin Meteorological Observatory Tianjin 300074China China Meteorological Administration Xiong’an Atmospheric Boundary Layer Key Laboratory Hebei 071799China

Ensemble prediction is widely used to represent the uncertainty of single deterministic Numerical Weather Prediction(NWP) caused by errors in initial conditions(ICs). The traditional Singular Vector(SV) initial perturbation method tends only to capture synoptic scale initial uncertainty rather than mesoscale uncertainty in global ensemble prediction. To address this issue, a multiscale SV initial perturbation method based on the China Meteorological Administration Global Ensemble Prediction System(CMA-GEPS) is proposed to quantify multiscale initial uncertainty. The multiscale SV initial perturbation approach entails calculating multiscale SVs at different resolutions with multiple linearized physical processes to capture fast-growing perturbations from mesoscale to synoptic scale in target areas and combining these SVs by using a Gaussian sampling method with amplitude coefficients to generate initial perturbations. Following that, the energy norm,energy spectrum, and structure of multiscale SVs and their impact on GEPS are analyzed based on a batch experiment in different seasons. The results show that the multiscale SV initial perturbations can possess more energy and capture more mesoscale uncertainties than the traditional single-SV method. Meanwhile, multiscale SV initial perturbations can reflect the strongest dynamical instability in target areas. Their performances in global ensemble prediction when compared to single-scale SVs are shown to(i) improve the relationship between the ensemble spread and the root-mean-square error and(ii) provide a better probability forecast skill for atmospheric circulation during the late forecast period and for short-to medium-range precipitation. This study provides scientific evidence and application foundations for the design and development of a multiscale SV initial perturbation method for the GEPS.

关键词： multiscale uncertainty singular vector initial perturbation global ensemble prediction system

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河南“21.7”特大暴雨的区域集合预报检验和预报偏差分析

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南京大学学报（自然科学版） 2024年第2期60卷 287-300页

作者：廉丹华袁慧玲王婧羽陈法敬中尺度灾害性天气教育部重点实验室南京大学大气科学学院南京210023 南京大学关键地球物质循环前沿科学中心南京210023 中国气象局武汉暴雨研究所暴雨监测预警湖北省重点实验室武汉430205 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081

河南“21.7”特大暴雨覆盖范围广、强度大、降水时间段集中,造成了严重损失.利用中国气象局(China Meteorological Administration,CMA)多源融合降水分析产品(CMA Multisource Precipitation Analysis System,CMPASV2.1)和欧洲中期天气预报中心ERA5再分析数据,对CMA区域集合预报系统(Regional Ensemble Prediction System,CMA-REPS)在此次暴雨事件中降水最强时间段(2021年7月20日14-20时,北京时)的预报结果进行了评估与分析.研究结果显示,预报时效越短,集合平均和概率预报的降水效果越好,但降水强度与大值落区依然存在较大的预报偏差.结合多种降水预报评分筛选出最好和最坏的集合成员,并通过对比环流形势、水汽条件等因素,探讨了降水预报偏差的成因.好成员在郑州地区预测了占总降水30%的对流性降水,而坏成员则未能预报出对流性降水,两者总降水的偏移与非对流性降水的表现一致.好成员预测的降水区域偏向东北,与预报的副高位置偏东、台风“查帕卡”路径偏北以及南风偏强有关;坏成员预测的降水区域偏西,与相对湿度的大值区偏移一致,可能是因为预报的台风“烟花”引导的低层东风更强.在925 hPa上,好成员成功预测出郑州西部山脉迎风侧的强辐合区,导致超过25 mm·(6 h)^(-1)的强降水从山前延伸至地形高度800 m以上的迎风坡.相比之下,由于预报的辐合区域小、强度弱,坏成员的强降水仅分布在600 m以下的山前区域.总体而言,CMA-REPS对此次强降水过程的预报偏差主要源自大气环流的模拟偏差以及复杂地形作用.

关键词：集合预报 “21.7”河南暴雨概率预报预报检验

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三亚市水稻氮磷钾肥利用率田间试验探析

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热带农业科学 2024年第1期44卷 28-32页

作者：陈志科张天斌陈法静陈川峰陈宗义海南省三亚市农业技术推广服务中心海南三亚572000

海南省三亚市是中国南繁育种基地之一,水稻为全市的主要粮食作物,在生产过程中合理施用肥料以提高产量极其重要。本试验通过田间水稻种植试验和实验室检测及数据分析,探讨氮肥、磷肥、钾肥不同配施水平对水稻产量及肥料利用率的影响。... 详细信息

海南省三亚市是中国南繁育种基地之一,水稻为全市的主要粮食作物,在生产过程中合理施用肥料以提高产量极其重要。本试验通过田间水稻种植试验和实验室检测及数据分析,探讨氮肥、磷肥、钾肥不同配施水平对水稻产量及肥料利用率的影响。结果表明,测土配方施肥的水稻产量最高,处理1的理论产量为558.04 kg/667m^(2),氮肥利用率为41.37%、磷肥利用率为22.73%、钾肥利用率为45.84%。本试验旨在为三亚市水稻种植中推广测土配方施肥技术提供数据支撑和参考。

关键词：水稻测土配方施肥肥料效应田间试验

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三亚市耕地质量等级年度变更评价及质量提升

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热带农业科学 2024年第3期44卷 37-40页

作者：张天斌陈法静陈川峰陈志科陈宗义王登峰三亚市农业技术推广服务中心海南三亚572000 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所海南海口571101

开展耕地质量等级评价,可建立健全耕地质量等级调查评价与信息发布制度,并准确掌握区域尺度的耕地质量现状及变化趋势,查清影响耕地生产的主要障碍因素,有针对性提出加强耕地质量保护与提升的对策措施与建议,进而提升耕地质量管理水平... 详细信息

开展耕地质量等级评价,可建立健全耕地质量等级调查评价与信息发布制度,并准确掌握区域尺度的耕地质量现状及变化趋势,查清影响耕地生产的主要障碍因素,有针对性提出加强耕地质量保护与提升的对策措施与建议,进而提升耕地质量管理水平。以三亚市耕地为对象,开展耕地质量等级年度变更评价。结果表明,全市耕地质量平均等级为5.23,其中高等级地(一级地至三级地)占全市耕地面积的23.52%,中等级地(四级地至六级地)占49.12%,低等级地(七级地至十级地)占27.36%;三亚市耕地的主要障碍因素为障碍层次和渍潜,分别对其提出了改良措施及建议。

关键词：耕地质量耕地面积等级改良措施

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个体化溶栓辅助下综合介入治疗下肢深静脉血栓的临床研究

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中国基层医药 2024年第1期31卷 81-85页

作者：岳天华袁鹏陈法警沈酥雯王建邢伟扬州大学建湖临床医学院介入科盐城224700 苏州大学第三临床医学院影像科常州213000

目的评价个体化溶栓辅助下综合介入治疗下肢深静脉血栓的临床效果。方法选取2012年3月至2021年11月扬州大学建湖临床医学院收治的造影诊断为急性下肢深静脉血栓患者32例,先置入下腔静脉滤器,再根据治疗方法不同分为两组:对照组置入溶栓... 详细信息

目的评价个体化溶栓辅助下综合介入治疗下肢深静脉血栓的临床效果。方法选取2012年3月至2021年11月扬州大学建湖临床医学院收治的造影诊断为急性下肢深静脉血栓患者32例,先置入下腔静脉滤器,再根据治疗方法不同分为两组:对照组置入溶栓导管,常规滴注尿激酶;观察组先行球囊扩张、大腔导管抽吸血栓,再置入溶栓导管,尿激酶剂量根据纤维蛋白原测值而定。对两组患肢消肿情况、静脉通畅度及并发症等进行观察比较。结果对照组治疗前大腿周径差为(4.65±1.06)cm,治疗后大腿周径差为(2.76±1.25)cm;观察组治疗前大腿周径差为(4.73±1.03)cm,治疗后大腿周径差为(1.40±0.83)cm;对照组治疗前小腿周径差为(2.24±0.90)cm,治疗后小腿周径差为(1.56±0.86)cm;观察组治疗前小腿周径差为(2.40±0.83)cm,治疗后小腿周径差为(0.80±0.73)cm,两组治疗后健侧与患侧大腿周径差、健侧与患侧小腿周经差,差异均有统计学意义(t=3.58、2.67,均P<0.05)。治疗后对照组静脉通畅度为34.02%[33/97],而观察组静脉通畅度为68.18%[60/88],差异有统计学意义(t=3.44,P<0.05)。随访12个月后对照组血栓后综合征(PTS)Villalta评分为(9.23±4.07)分,观察组PTS Villalta评分为(5.73±3.39)分,两组差异有统计学意义(t=2.62,P<0.05)。结论个体化溶栓辅助下综合介入治疗下肢深静脉血栓的临床效果明显,且并发症少。

关键词：静脉血栓形成下肢球囊取栓术血栓溶解疗法腔静脉滤器纤维蛋白原血栓形成后综合征综合疗法

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Representing Model Uncertainty by Multi-Stochastic Physics Approaches in the GRAPES Ensemble

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Advances in Atmospheric Sciences 2020年第4期37卷 328-346页

作者： Zhizhen XU Jing chen Zheng JIN Hongqi LI fajing chen Department of Atmospheric and Oceanic Sciences and Institute of Atmospheric Sciences Fudan UniversityShanghai 200438China Chinese Academy of Meteorological Sciences China Meteorological AdministrationBeijing 100081China Numerical Weather Prediction Center China Meteorological AdministrationBeijing 100081China Key Laboratory of Land Surface Pattern and Simulation Institute of Geographic Sciences and Natural Resources ResearchChinese Academy of SciencesBeijing 100101China

To represent model uncertainties more comprehensively,a stochastically perturbed parameterization(SPP)scheme consisting of temporally and spatially varying perturbations of 18 parameters in the microphysics,convection,boundary layer,and surface layer parameterization schemes,as well as the stochastically perturbed parameterization tendencies(SPPT)scheme,and the stochastic kinetic energy backscatter(SKEB)scheme,is applied in the Global and Regional Assimilation and Prediction Enhanced System-Regional Ensemble Prediction System(GRAPES-REPS)to evaluate and compare the general performance of various combinations of multiple stochastic physics *** experiments are performed for a summer month(1-30 June 2015)over China and multiple verification metrics are *** results show that:(1)All stochastic experiments outperform the control(CTL)experiment,and all combinations of stochastic parameterization schemes perform better than the single SPP scheme,indicating that stochastic methods can effectively improve the forecast skill,and combinations of multiple stochastic parameterization schemes can better represent model uncertainties;(2)The combination of all three stochastic physics schemes(SPP,SPPT,and SKEB)outperforms any other combination of two schemes in precipitation forecasting and surface and upper-air verification to better represent the model uncertainties and improve the forecast skill;(3)Combining SKEB with SPP and/or SPPT results in a notable increase in the spread and reduction in outliers for the upper-air wind *** directly perturbs the wind field and therefore its addition will greatly impact the upper-air wind-speed fields,and it contributes most to the improvement in spread and outliers for wind;(4)The introduction of SPP has a positive added value,and does not lead to large changes in the evolution of the kinetic energy(KE)spectrum at any wavelength;(5)The introduction of SPPT and SKEB would cause a 5%-10%and 30%-80%change in the KE of mesosc

关键词： ensemble prediction model uncertainty stochastically perturbed parameterization multi-stochastic physics approaches

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Tectonic and Geodynamic Setting of Oil and Gas Basins in China

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Journal of Earth Science 1995年第2期14卷 30-37页

作者： chen fajing Wang Xinwen Zhang Guangya Cao Shoulian Luo ChuanrongDepartment of Geology and Energy Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083

About 26 sedimentary basins bearing oil and gas are developed in China. They can be classified into two main types . extensional basins and foreland basins . The former are chiefly distributed in the eastern part and the latter in the central and northwestern parts of the country . The present paper discusses the structural characteristics of these basins . including subsidence history , thermal history and structural style and kinematics . Combined with tectonic setting analysis of geophysical data and eruptive rocks , the geodynamic setting of the basins is established , and the formation mechanism of the basins is deduced to have been related to the subduction of the Izanagi and west Pacific plates and the closing of the Tethys ocean .

关键词： extensional basin foreland basin geodynamic setting .

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CMA-REPS区域集合预报随机动能后向散射方案敏感性试验

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气象 2022年第9期48卷 1077-1089页

作者：范宇恩李红祺陈静徐致真陈法敬邓国四川省气象探测数据中心成都610072 高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室成都610072 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 灾害天气国家重点实验室北京100081 复旦大学大气与海洋科学系上海200438

模式中常应用水平扩散项以抑制非线性计算不稳定或阻尼虚假短波,但这会导致数值模式在截断尺度附近出现小尺度动能过度耗散。为了将被过度耗散的小尺度动能补偿回模式,将随机动能后向散射扰动方法(stochastic kinetic energy backscatte... 详细信息

模式中常应用水平扩散项以抑制非线性计算不稳定或阻尼虚假短波,但这会导致数值模式在截断尺度附近出现小尺度动能过度耗散。为了将被过度耗散的小尺度动能补偿回模式,将随机动能后向散射扰动方法(stochastic kinetic energy backscatter,SKEB)引入CMA-REPS区域集合预报系统。首先基于由一阶自回归随机过程在水平方向上进行球谐函数展开得到的随机型,然后计算由数值扩散方案引起的局地动能耗散率,进而构造随机流函数强迫,并将其转化为水平风速扰动,对耗散的动能进行随机补偿。开展了2018年9月、10月(选取1日、7日、13日、19日、25日)的10 d集合预报随机型时间及空间尺度敏感性试验,并对试验结果进行评估。获得如下结论:在CMA-REPS区域集合预报中应用SKEB方案,可在一定程度上补偿过度耗散的小尺度动能,进而改善了模式对实际大气动能谱的模拟能力。就集合预报技巧改进而言,SKEB方案可以显著改善区域模式水平风场U、V的离散度,同时水平风场、温度等要素连续分级概率评分(CRPS)和离群值评分均获得改善。对SKEB方案开展的6个时间尺度(失相关时间尺度τ选取1、3、6、9、12、15 h)和6个空间相关尺度(最大截断波数L_(max)选取80、100、120、160、200、240)敏感性试验结果表明,12 h失相关时间尺度和最大截断波数为240空间相关尺度的集合概率预报技巧更优。结论证明SKEB方案可以补偿在截断尺度耗散的小尺度动能,有效提高集合预报技巧。

关键词：区域集合预报随机动能后向散射扰动方法失相关时间尺度空间相关尺度

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华南复杂地形下GRAPES_Meso 3 km对流尺度模式前汛期精细化降水预报评估

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大气科学学报 2022年第1期45卷 99-111页

作者：陈静庞波吴政秋陈法敬陈雨潇刘昕马雅楠成都信息工程大学四川成都610225 中国气象局数值预报中心北京100081 福建省气候中心福建福州350001 中国气象科学研究院北京100081

为深入认识GRAPES_Meso(Global/Regional Assimilation and Prediction System)3 km对流尺度区域模式对华南前汛期精细化降水的预报性能,为模式改进及业务应用提供参考依据,利用广东省86个站点逐小时观测降水资料和国家气象信息中心多... 详细信息

为深入认识GRAPES_Meso(Global/Regional Assimilation and Prediction System)3 km对流尺度区域模式对华南前汛期精细化降水的预报性能,为模式改进及业务应用提供参考依据,利用广东省86个站点逐小时观测降水资料和国家气象信息中心多源融合降水资料,针对广东省复杂地形特点,结合距海岸线的远近及站点地形特点,将86个站划分为沿海东部、沿海西部和内陆地区三个子区域,采用二分类降水预报检验方法,定量评估了2020年5月18日—6月18日华南前汛期降水预报效果。结果显示,GRAPES_Meso 3 km模式精细化降水预报技巧受广东复杂地形影响较大,广东沿海东部和内陆地区24 h时累积降水的小雨、中雨、大雨量级预报成功指数(Threat Score,TS)、公平成功指数(Equitable Threat Score,ETS)评分高于沿海西部地区,尽管暴雨预报评分具有此相同特征,但三个子区域的暴雨预报评分总体较低;从3 h累积降水预报评分看,沿海东部、沿海西部及内陆地区等三个子区域存在明显的日变化特征,但是沿海东部及西部与内陆地区表现有所不同,沿海东部和西部降水预报评分夜间较低(预报偏差偏高),白天相对较高(预报偏差偏低),而内陆地区则是夜间较高(预报偏差偏低),白天相对较低(预报偏差偏高)。沿海西部预报评分相对较低的原因是由于检验时段内广东地区存在一个弱的风切变,而沿海西部大部分地区正好处于切变线南侧的温度高值区控制,但模式模拟该区域的日平均温度较实况偏低,导致沿海西部模式预报降水空报较多,降低其降水预报技巧。

关键词：华南前汛期 GRAPES对流尺度模式精细化降水预报检验评估

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CMA高分辨区域集合预报系统支撑北京冬奥会气象服务保障的评估分析

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气象 2022年第2期48卷 129-148页

作者：邓国戴玲玲周玉淑陈静李红祺陈法敬王继志中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 灾害天气国家重点实验室北京100081 国家气象中心北京100081 安徽省滁州市气象局滁州239004 中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049

冰雪运动项目与气象条件关系密切,气象条件是冬奥会赛事顺利进行的关键因素之一。中国气象局地球系统数值预报中心根据2022年北京冬奥会比赛气象保障需求,基于多尺度混合初值扰动方法和侧边界扰动方法,初步建立了高分辨率区域集合预报... 详细信息

冰雪运动项目与气象条件关系密切,气象条件是冬奥会赛事顺利进行的关键因素之一。中国气象局地球系统数值预报中心根据2022年北京冬奥会比赛气象保障需求,基于多尺度混合初值扰动方法和侧边界扰动方法,初步建立了高分辨率区域集合预报试验系统,针对北京冬奥会比赛同期时段开展了连续试验。初步试验统计结果表明:主要预报变量高、中、低层等压面要素集合平均值的均方根误差基本小于等于控制预报误差,体现了集合平均相对于单一确定性预报的优势;地面要素风和降水预报效果较好,但温度24 h预报偏差高于2℃,距离精准冬奥气象保障还有一定差距。针对试验期间两次寒潮大风过程开展了高分辨率区域集合预报,天气学分析的检验结果表明,集合预报产品可以比较准确地描述地面温度主要分布特征、寒潮移动过程和降水预报,为预报员提供寒潮标准24 h变温预报、大风预报等有价值的概率预测信息。基于诊断方法开发了能见度、大风、降水相态等对冬奥赛事运行和运动员表现有重要影响的天气要素集合预报产品,初步试验结果表明不同集合成员的取舍对能见度预报反应敏感,具有一定预报能力,但预报范围偏大,数值偏低,需进一步改进;阵风预报与实况大值区分布比较一致,降水相态预报与观测分布吻合,雨雪分界线,降雨、雨夹雪、雪、冰粒落区范围合理,进一步提升了北京冬奥会气象的保障能力。

关键词：高分辨率区域集合预报冬季奥运会气象保障

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