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热带气旋降水模拟研究进展及展望

水利水电技术(中英文) 2024年

作者：苏鹏徐伟陶凯翟广然廖新利孟晨娜北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京师范大学地理科学学部应急管理部-教育部减灾与应急管理研究院

【目的】热带气旋降水模拟评估是热带气旋预警和风险评估的基础。针对热带气旋降水模拟方法差异不清等问题，【方法】通过文献分析，从热带气旋数值天气预报模型、统计模型、物理模型和机器学习模型角度，系统综述了四类模型的特点、进... 详细信息

【目的】热带气旋降水模拟评估是热带气旋预警和风险评估的基础。针对热带气旋降水模拟方法差异不清等问题，【方法】通过文献分析，从热带气旋数值天气预报模型、统计模型、物理模型和机器学习模型角度，系统综述了四类模型的特点、进展、适用性以及代表模型，并进行对比分析，最后对四类模型的发展做出建议与展望。【结果】结果表明：数值天气预报模型模拟信度较高，适用于热带气旋降水的预报工作；统计模型能够构建大量仿真热带气旋，适用于热带气旋降水重现期的估计；物理模型能在简化计算的基础上，较好地解释热带气旋降水物理机制；机器学习模型灵活性强，能和其他模型组合使用，具有较高的发展潜力。【结论】未来除进一步完善相关模型外，还需加强降水与次生灾害之间的协同以及新技术在降水模拟上的应用，实现热带气旋降水的快速与精准预估，更好地为区域热带气旋预警和风险防范提供支撑。

关键词：热带气旋降水模型数值天气预报模型统计模型物理模型机器学习风险评估

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间歇抽水条件下黄土降水的计算模型和参数

水利水电科技进展 2005年第5期25卷 24-26页

作者：夏旺民郭增玉李斌西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048 石河子大学水利建筑工程学院新疆石河子832003

通过现场抽水试验及工程降水监测,分析深厚黄土地下水井流规律,提出了在间歇抽水条件下黄土降水的计算模型和参数.将该模型及参数运用于建造在深厚黄土和高地下水位地基上的三原西郊水库大坝施工过程设计和计算中,结果表明,该计算模型... 详细信息

通过现场抽水试验及工程降水监测,分析深厚黄土地下水井流规律,提出了在间歇抽水条件下黄土降水的计算模型和参数.将该模型及参数运用于建造在深厚黄土和高地下水位地基上的三原西郊水库大坝施工过程设计和计算中,结果表明,该计算模型和参数用于深井降水设计能够满足施工进度的要求.

关键词：黄土坝基抽水试验降水模型

新疆准噶尔盆地冬季系统性降水研究——Ⅰ.降水模型

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应用气象学报 1988年第1期 36-45页

作者：刘玉宝游来光胡志晋气象科学研究院人工影响天气研究所

根据1984年11月21日北疆降水过程的飞机、雷达、地面微物理及其它设施的综合观测,提出了天气尺度、中小尺度及微尺度的结构模型和各尺度间相互作用形成降水的机制。分析发现,冷空气进入盆地受地形影响,锋面结构复杂。降水由小尺度扰动... 详细信息

根据1984年11月21日北疆降水过程的飞机、雷达、地面微物理及其它设施的综合观测,提出了天气尺度、中小尺度及微尺度的结构模型和各尺度间相互作用形成降水的机制。分析发现,冷空气进入盆地受地形影响,锋面结构复杂。降水由小尺度扰动作用于大片的低层层状云(LSc)而形成。LSc是系统到来前盆地内的低云阴雾受冷空气和天山作用而成,具有持续供给过冷水的能力。小尺度扰动可分为动力作用型和微物理作用型两类,它们均能起到提供冰晶作用。各个扰动区微结构差异较大,产生降水和消耗LSc中云水的能力也不相同。

关键词：准噶尔盆地降水模型水文模型冷空气冰晶地面锋回波特征层状云降水小尺度扰动低云系统性降水低层逆温层雷达回波云滴浓度飞机观测新疆

连续式玉米干燥机水分预测控制模型的建立与应用

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连续式玉米干燥机水分预测控制模型的建立与应用

作者：齐德波吉林大学

学位级别：硕士

粮食干燥是粮食产后保质减损的有效手段,它可以大幅度缩短粮食收获后由高水分降至安全水分所需要的时间,有效避免了因粮食高水分暂储期过长而导致的粮食霉变损失;另外,我国东北地区是玉米、水稻的重要产区,由于该地区的粮食收获期处于... 详细信息

粮食干燥是粮食产后保质减损的有效手段,它可以大幅度缩短粮食收获后由高水分降至安全水分所需要的时间,有效避免了因粮食高水分暂储期过长而导致的粮食霉变损失;另外,我国东北地区是玉米、水稻的重要产区,由于该地区的粮食收获期处于寒冷的秋冬季,依靠自然晾晒已经无法实现粮食的干燥降水,机械干燥已经成为必不可少的手段。目前,国内的粮食干燥机械的自动化水平仍然较低,虽然已经实现了粮食水分的在线检测,并已经应用到粮食干燥机械的控制系统中,但是,仍然存在较多的问题,一方面,粮食水分在线检测易受环境和粮食自身温度的影响,检测精度和稳定度仍然有待提高。另一方面,由于粮食机械化干燥是一个大滞后的过程,通过粮食水分在线检测仪检测干燥机出口处的粮食水分并做出控制判断仍然无法解决大滞后问题。以数学模型为核心的控制系统是智能控制系统的一个重要分支,由于数学模型具有较好的预测性,非常适合具有大滞后特性的过程控制,因此,通过建立干燥机的相关数学模型可以较好的解决大滞后问题,提高干燥机控制系统的控制精度。针对目前粮食干燥控制存在的问题,并考虑到数学模型的优良特性,本文以连续式玉米干燥机干燥过程为研究对象,旨在建立连续式玉米干燥机水分预测控制模型,一方面,将农学上的积温理论引用到玉米干燥过程,建立了连续式玉米干燥机干燥过程的等效积温模型,通过等效积温模型实现玉米干燥水分的粗调;另一方面,以玉米薄层干燥为出发点,在改进玉米薄层干燥模型的基础上,建立了连续式玉米干燥机水分预测模型,通过水分预测模型实现玉米干燥水分的精调。本文主要进行了以下几个方面的研究工作:(1)针对目前薄层干燥普遍存在忽视热风相对湿度对干燥过程影响的问题,全面分析了玉米薄层干燥的影响因素,选择热风温度、热风相对湿度、玉米初始水分(w.b.)、热风流速、缓苏比等5个因素作为试验变量,利用多元二次正交旋转组合试验设计方法设计了试验方案并进行了试验,以决定系数R、卡方检验值χ、均方根误差RMSE为评价准则,利用薄层干燥试验数据对14个常用的薄层干燥方程进行了对比选优,并最终选取WeibullⅠ方程作为薄层干燥方程;对WeibullⅠ方程的4个干燥系数进行了多元二次回归分析,得到了各干燥常数关于热风温度、热风相对湿度、玉米初始水分(w.b.)、热风流速、缓苏比的回归模型,结果表明模型的显著性比较高;做了三组验证性试验,结果表明WeibullⅠ方程对玉米薄层干燥降水曲线的拟合效果较好,满足实际应用的精度要求;(2)根据农学上的积温理论,提出适合粮食干燥的积温概念,在分析玉米薄层干燥过程的基础上,建立了玉米干燥理论积温模型,利用积温模型建立起了积温图表,该图表主要用于人工查阅,在实际干燥过程中,可以快速的确定玉米完成干燥过程所需的积温值,为干燥控制系统初始参数的设定提供依据;(3)对常见的粮食干燥形式进行了分析,以顺流深床干燥为研究对象,建立了玉米顺流深床干燥的降水模型,并利用MATLAB对其进行了仿真分析;(4)在对连续式玉米干燥机内部结构和干燥工艺分析的基础上,建立了连续式玉米干燥机的干燥降水模型和等效积温模型,其中,等效积温模型可以用于出机玉米水分的粗调,干燥降水模型则用于出机玉米水分的精调,为控制系统的建立提供了模型支持;(5)进行连续式玉米干燥机玉米干燥试验,试验结果表明以等效积温模型和干燥降水模型为核心的控制系统可以对玉米出机水分实现较好的控制,水分误差在±0.5%以内达到了81.9%,控制精度得到了较大的提高。

关键词：粮食干燥薄层干燥干燥模型等效积温积温图表降水模型

Simulation of Precipitation in Monsoon Regions of China by CMIP3 Models

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Atmospheric and Oceanic Science Letters 2009年第4期2卷 194-200页

作者： TU Kai YAN Zhong-Wei ZHANG Xue-Bin DONG Wen-Jie RCE-TEA Institute of Atmospheric Physics Chinese Academy of Sciences Beijing 100029 China Graduate Univers ty of the Chinese Academy of Sciences Beijing 100049 China Climate Data and Analysis Section Environment Canada Toronto Ontario Canada State Key Laboratory for Earth Surface Process and Resource Ecology Beijing Normal University Beijing 100875 China

The output of 25 models used in the Coupled Model Intercomparison Project phase 3 (CMIP3) were evaluated,with a focus on summer precipitation in eastern China for the last 40 years of the 20th century.Most mod-els failed to reproduce rainfall associated with the East Asian summer monsoon (EASM),and hence the seasonal cycle in eastern China,but provided reasonable results in Southwest (SW) and Northeast China (NE).The simula-tions produced reasonable results for the Yangtze-Huai (YH) Basin area,although the Meiyu phenomenon was underestimated in general.One typical regional phe-nomenon,a seasonal northward shift in the rain belt from early to late summer,was completely missed by most models.The long-term climate trends in rainfall over eastern China were largely underestimated,and the ob-served geographical pattern of rainfall changes was not reproduced by most models.Precipitation extremes were evaluated via parameters of fitted GEV (Generalized Ex-treme Values) distributions.The annual extremes were grossly underestimated in the monsoon-dominated YH and SW regions,but reasonable values were calculated for the North China (NC) and NE regions.These results suggest a general failure to capture the dynamics of the EASM in current coupled climate models.Nonetheless,models with higher resolution tend to reproduce larger decadal trends and annual extremes of precipitation in the regions studied.

关键词：中国东部降水模型季风区中国东北地区东亚夏季风模拟气候变化趋势耦合模式

A Comparison of Several 5-Minute Radar-Rainfall Estimation Models

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Atmospheric and Oceanic Science Letters 2009年第6期2卷 327-332页

作者： LIU Yong-He ZHANG Wan-Chang SHAO Yue-Hong ZHANG Jing-Ying Key Laboratory of Regional Climate-Environment Research for Temperate East Asia （RCE-TEA） Institute of Atmospheric Physics Chinese Academy of Sciences Beijing 100029 China Center for Hydro-Sciences Research Nanjing University Nanjing 210093 China International institute for Earth System Science Nanjing University Nanjing 210093 China Linyi Meteorological Bureau Shandong province Linyi 276004 China Graduate University of Chinese Academy Sciences Beijing 100049 China Institute of Resources and Environment Henan Polytechnic University Jiaozuo 454000 China

For the Z-R relationship in radar-based rainfall estimation, the distribution of corresponding R values for a given Z value (or the corresponding Z value for a given R value) may be highly skewed. However, the traditional power-law model is physically deduced and fitted under the normal-distribution presumption of radar wave echoes associated with a rain rate value, and it may not be very appropriate. Considering this problem, the authors devised several generalized linear models with different forms and distribution presumptions to represent the Z-R relationship. Radar-reflectivity scans observed by a CINRAD/SC Doppler radar and 5-minute rainfall accumulation recorded by 10 ground gauges were used to fit these models. All data used in this study were collected during some large rainfalls of the period from 2005 to 2007. The radar and all gauges were installed in the catchment of the Yishu River, a branch of the Huaihe River in China. Three models based on normal distribution and a dBZ presumption of gamma distribution were fitted using maximum-likelihood techniques, which were resolved by genetic algorithms. Comparisons of estimated maximized likelihoods based on assumptions of gamma and normal distribution showed that all generalized linear models (GLMs) of presumed gamma distribution were better fitted than GLMs based on normal distribution. In a comparison of maximum-likelihood, the differences between these three models were small. Three error statistics were used to assess the agreement between radar estimated rainfall and gauge rainfall: relative bias (B), root mean square error (RMSE), and correlation coefficient (r). The results showed that no one model was excellent in all criteria. On the whole, the GLM-based models gave smaller relative bias than the traditional power-law model. It is suggested that validations conducted in many previous works should have been made against a specific criterion but overlooked others.

关键词：降水模型雷达波广义线性模型估测正态分布幂律模型淮河流域伽玛分布

考虑止水帷幕作用的基坑工程管井降水设计方法

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嘉应学院学报 2017年第11期35卷 72-78页

作者：鲁芬婷河海大学文天学院土木工程系安徽马鞍山243000

止水帷幕在基坑工程地下水控制中的应用越来越广泛.针对现行设计规范不考虑止水帷幕对于工程降水设计的影响,根据止水帷幕的存在形式提出了三类管井降水计算模型:敞开式-坑外降水,全封闭式-坑内降水,半封闭式-坑内外联合降水.给出了三... 详细信息

止水帷幕在基坑工程地下水控制中的应用越来越广泛.针对现行设计规范不考虑止水帷幕对于工程降水设计的影响,根据止水帷幕的存在形式提出了三类管井降水计算模型:敞开式-坑外降水,全封闭式-坑内降水,半封闭式-坑内外联合降水.给出了三类模型的计算步骤,重点论述了全封闭式悬挂止水帷幕基坑工程的基坑涌水量及影响半径的计算方法,并通过实际基坑工程案例,验证涌水量简化计算公式及影响半径修正公式的可行性,为工程降水设计提供指导.

关键词：止水帷幕降水模型涌水量影响半径

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降水的多重定态

江西师范大学学报(自然科学版) 1986年第1期 48-53页

作者：李湘如侯赣生

本文从耗散结构的观点展开来研究降水的多重定态问题。一模型降水牵涉到许多复杂的物理过程,其中有些目前还不甚清楚。降水的物理过程,总的说是大气中的水汽达到过饱和状态出现凝结,并经云滴增长之后降落到地面的过程。湿空气的

关键词：云滴浓度水汽凝结反应速率常数反应速率系数降水模型水文模型低层大气地球大气

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六盘山地形云人工增雨技术试验设计

气象科技进展 2021年第5期11卷 128-134,148页

作者：濮江平桑建人舒志亮田磊穆建华周积强黄谌恺杨志莲翟昱明李向栋孔晨晨李进玉范晓华李化泉高国清石云林中国气象局云雾物理环境重点开放实验室北京100081 宁夏回族自治区气象局灾害防御中心银川750002 云水工程南京有限公司南京210009 固原市气象局固原756000 泾源县气象局泾源756300 隆德县气象局隆德756400 六盘山气象站隆德756400 南京五方美拓气象环境研究院南京210009

六盘山脉地处青藏高原东部延伸地带,连接秦岭,南北逶迤200 km,分水岭平均海拔2500 m,最高主峰海拔2942 m。六盘山南部重叠的峡谷是泾河的主要发源地,另外还有两条河流均发源于此。六盘山山脉形成的“南北走向山墙”对于不同类型的天气... 详细信息

六盘山脉地处青藏高原东部延伸地带,连接秦岭,南北逶迤200 km,分水岭平均海拔2500 m,最高主峰海拔2942 m。六盘山南部重叠的峡谷是泾河的主要发源地,另外还有两条河流均发源于此。六盘山山脉形成的“南北走向山墙”对于不同类型的天气过程而变得复杂,特别是地形云形成过程中水汽场、气流场受山脉地形的影响形成了独特的地形云特征。为此,在西北人工影响天气能力建设工程中增加研究试验项目,开展地形云自然降水研究和人工增雨试验。在地面人工增雨作业能力、人影作业指挥系统、云物理试验基地等方面开展试验,提供或验证工程设计,解决各项建设任务在实施和运行中存在的技术难点和有关问题,实现工程所建各项设备设施的科学应用,发挥工程建设的最佳效益。介绍了六盘山地形云人工增雨技术试验情况,包括外场试验设计、试验方案、试验过程和初步的试验结果。试验结果获得了六盘山地形云分类和强对流发展规律,能够为中部、东南、西南等区域人工影响天气能力建设工程提供站点位置设计、调整提供技术依据。

关键词：地形云降水模型人工增雨外场试验六盘山