动力相似预报的策略和方法研究(1)
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2023年下半年山西省公务员考试行测真题押题测试及解析
2023年下半年山西省公务员考试行测真题押题测试及解析学校:________ 班级:________ 姓名:________ 考号:________一、单选题(60题)1.语音世界如镜鉴：审视别人也在拷问自己。
圣母院的钟声敲碎了伪善的面具，零丁洋里的叹息唤醒了民族的勇气。
________秋风，________易水，壮士悲吟满腔抱负，涛涛乌江，________佳人，英雄奏响末路穷歌。
填⼊画横线部分最恰当的⼊项是：（）A.萧萧泠泠婷婷B.溶溶凄凄款款C.幽幽粼粼翩翩D.簌簌凛凛楚楚2.社会收缩是指人类聚落中人口持续流失，由此引发相应地区经济社会环境和文化在空间上的衰退这一过程。
根据收缩行为是否是聚落行为主体主动采取的规划策略或管理措施，可以分为主动社会收缩和被动社会收缩。
根据上述定义，下列选项属于主动社会收缩的是：（）A.某市因疏解核心区功能导致城区人口下降B.2019 年我国春运人口迁移规模近30 亿人次C.某产煤大县因资源枯竭导致就业吸纳能力下降D.某制造业基地因产业升级导致房屋空置率居高不下3.社会固有脆弱性是指风险发生前系统已经存在的脆弱性，由社会系统内在特征及与系统潜在风险密切相关的自然环境要素决定。
根据上述定义，下列属于社会固有脆弱性的是：（）A.东南沿海地区是我国泥石流灾害多发区B.长期围湖造田使湖泊生态环境日趋恶化C.突如其来的疫情使部分群众陷入贫困状态D.人类的捕猎活动导致玉带海雕成为濒危物种4.互动投影技术是通过捕捉设备（感应器）对目标影像（如参与者等）进行捕捉拍摄，然后由影像分析系统分析，从而产生被捕捉物体的动作，该动作数据结合实时影像互动系统呈现，使参与者与屏幕之间产生紧密结合的互动效果。
根据上述定义，下列体现了互动投影技术的是（）。
A.用户在屏幕前说出自己想听的歌曲，屏幕经搜索后为其播放该歌曲B.球幕影院中，人们躺在座椅上欣赏投影在球幕上不断变换的星空C.观众在展台前做出翻书的动作时，虚拟图书随之翻页，供观众浏览D.用仪器捕捉优秀运动员的动作，通过量化分析研究改进技术的方法5.在传统基层治理中，缺乏社会组织、市场等各主体的共同参与、质询和监督，必然导致政府公共服务能力下降、权力垄断和滥用等问题，容易弱化公众信任程度，引发社会信任危机。
结构动力模型相似问题及结构动力试验技术研究共3篇
结构动力模型相似问题及结构动力试验技术研究共3篇结构动力模型相似问题及结构动力试验技术研究1一、结构动力模型相似问题随着现代工程的发展，大量的结构工程需要经过结构动力模型试验验证，以确保其可靠性和安全性。
然而，实际工程和结构动力模型具有不同的尺寸和材料特性，这会导致一些结构动力模型相似问题，即如何将实际结构动力特性准确地转化为结构动力模型中。
1.尺寸效应问题当一个结构从实际的尺寸减小到结构动力模型的尺寸时，由于小尺寸下的材料特性与大尺寸下的不同而导致尺寸效应的产生。
因此，在进行结构动力模型试验时，需要确定合适的尺寸缩放比例，以保证模型测试结果能够反映实际结构的动力特性。
2.材料模型相似问题当实际结构的材料特性与结构动力模型的材料特性不同时，会出现材料模型相似问题。
为了解决此问题，需要根据实际结构的材料特性，选用合适的结构动力模型材料，并确定其物理和力学特性，以确保模型测试结果能够真实地反映实际结构的动力特性。
3.模型边界条件问题在进行结构动力模型试验时，需要确定合适的模型边界条件，以确保模型测试结果能够反映实际结构在给定边界条件下的动力响应。
同时，还需要注意模型边界条件的稳定性和可靠性。
4.模型试验参数问题在进行结构动力模型试验时，需要确定合适的试验参数，以控制模型测试过程，并确保测试结果的重现性和可重复性。
试验参数包括试验荷载、加载速率、试验时间和环境条件等。
二、结构动力试验技术研究结构动力试验技术是一种重要的结构试验技术，可以直接测量结构动态响应和结构的动力特性。
目前，结构动力试验技术已经广泛应用于多个领域，如建筑结构、桥梁结构、风力发电机塔架等。
1.试验数据获取及分析技术试验数据获取及分析技术是结构动力试验中的一个关键技术，可以直接测量结构的动态响应和结构的动力特性，并对试验数据进行分析。
在这方面，一些计算机辅助试验工具已经被广泛使用，如虚拟仪器系统、多通道数据采集卡、LabVIEW等。
2.试验负载技术试验负载技术是指确定结构动态响应和动力特性所需的负载条件和荷载方式的技术。
气候预测中的相似预报方法分析
3. 方法步骤
一般的相似预报，不是单点的相似就是某个单要 素的相似，如以预报值某个月与历史样本的某个月的 相似，或者某一要素预报值与历史样本的相似，往往 只反映了某一个方面的相似，因此，单个点或者单个 要素的相似并不一定能找到天气过程的最优相似。
动态综合相似预报法，即从历史样本找相似时， 不仅包括了所有影响本地气候的系统要素（系统要素 是通过常规的因子筛选取的），同时还取了一个动态 的时间序列，即时间序列是演变和不断推移的。
3.5 作出具体的预报。确定相似样本后，以它对应 的时间段内的气候作为相似气候，并据此做出天气过 程及要素预报。
接近。当然这种方法也有它的缺陷，比如 2016 年汛期 预报对于干旱的时段预测就稍有偏差。
5. 小结
5.1 综合动态相似预报法对于灾害性天气和气候趋 势有一定的预测能力。
5.2 本文所选取的气象资料是四川省宜宾市 10 个 国家站进行分析，还需要进一步选取更多站点计算， 检验、优化和提高本方法。
λ =λ1
用两样本间的欧氏距离与距离序列标准差的比值
dko 来衡量它们之间的相近程度：
dko =
∑ 1
L
DKO
L K =1
DKO
−
_
D
2
K L
= 1, 2,,50 = 50
( ) P 其= 中 DKO ∑ ( HIK − HIO )2 P = 12
其中，带“ K ”下标为历史样本，带“ O ”下标为
预报样本，
∑ ∑ —
H (φ )
=1
KM
M
H (φ ) IK I =1来自,—H
(φ
) O
=
1 M
M
一般的相似预报，不是单点的相似就是某个单要 素的相似，如以预报值某个月与历史样本的某个月的 相似，或者某一要素预报值与历史样本的相似，往往 只反映了某一个方面的相似，因此，单个点或者单个 要素的相似并不一定能找到天气过程的最优相似。
动态综合相似预报法，即从历史样本找相似时， 不仅包括了所有影响本地气候的系统要素（系统要素 是通过常规的因子筛选取的），同时还取了一个动态 的时间序列，即时间序列是演变和不断推移的。
3.5 作出具体的预报。确定相似样本后，以它对应 的时间段内的气候作为相似气候，并据此做出天气过 程及要素预报。
接近。当然这种方法也有它的缺陷，比如 2016 年汛期 预报对于干旱的时段预测就稍有偏差。
5. 小结
5.1 综合动态相似预报法对于灾害性天气和气候趋 势有一定的预测能力。
5.2 本文所选取的气象资料是四川省宜宾市 10 个 国家站进行分析，还需要进一步选取更多站点计算， 检验、优化和提高本方法。
λ =λ1
用两样本间的欧氏距离与距离序列标准差的比值
dko 来衡量它们之间的相近程度：
dko =
∑ 1
L
DKO
L K =1
DKO
−
_
D
2
K L
= 1, 2,,50 = 50
( ) P 其= 中 DKO ∑ ( HIK − HIO )2 P = 12
其中，带“ K ”下标为历史样本，带“ O ”下标为
预报样本，
∑ ∑ —
H (φ )
=1
KM
M
H (φ ) IK I =1来自,—H
(φ
) O
=
1 M
M
孟加拉湾热带风暴西藏降水的动力相似预报方法
孟加拉湾热带风暴西藏降水的动力相似预报方法林志强1，德庆2，边巴扎西3，周振波2（1.西藏自治区气象服务中心，拉萨850000；2.西藏自治区气象台，拉萨850000；3.西藏自治区气象局，拉萨850000）摘要：采用结合风暴路径和环流的动力相似预报方法（DA ），建立孟加拉湾热带风暴（BBTS ）期间在西藏高原的定点、定量降水量预报方法，该方法以钟元等提出的非线性相似系数综合评估BBTS 在多元判据下的连续动态相似样本。
对2008-2012年共17个风暴的试报结果表明，小雨的TS 评分24、48和72小时分别为0.82、0.62和0.58，中雨分别为0.44、0.12和0.24，大雨24小时TS 评分为0.15。
与MOS 方法相比，DA 的预报准确率更高，是一种BBTS 影响下的西藏降水预报较好的客观预报方法。
关键词：孟加拉湾热带风暴；降水预报；相似预报；西藏高原中图分类号：P457.6文献标识码：A文章编号：1001-7119（2015）09-0025-04Dynamical Analogue Precipitation Prediction Over Tibetan Plateau Effects By Tropical Storm of the Bay of BengalLin Zhiqiang 1，De Qing 2，Bianba Zhaxi 3，Zhou Zhenbo 2（1.Weather Service Center of Tibet Autonomous Region,，Lhasa 850000，China ；2.Meteorological Observatory of Tibet Autonomous Region ，Lhasa 850000，China ；3.Meteorological Bureau of Tibet Autonomous Region ，Lhasa 850000，China ）Abstract ：Using the dynamical analogue prediction model (DA)combined the storm motion and the general circulation,the model for special location and quantitative precipitation over Tibetan plateau during the period of tropical storms over the Bay of Bengal (BBTS)is constructed.The DA selected the similar samples in continuous dynamic criteria from historical BBTS comprehensively using a non-linear similarity index defined by Zhong Yuan et.al.A forecasting test of 17storms from 2008to 2012shows the TS score of light rain for 24,48and 72hours forecasting is 0.82,0.62and 0.58,moderate rain is 0.44,0.12and 0.24.DA prediction accuracy is better than the MOS which is an objective prediction method without considering BBTS information.The DA model is skilled for precipitation prediction.Keywords ：bay of bengal tropical storm ；precipitation forecast ；analogue prediction ；tibetan plateau收稿日期：2015-06-10基金项目：自然科学基金(（编号：41165011）；公益事业行业专项（编号：GYHY201106005）。
用T213产品动力过程相似释用法制作暴雨预报
大 ， 在 预 报 时 段 会 明显 增 大 ， 此 若 选 用 过 程 相 似 而 因
和使用 过 。谢 齐强 等ｌ 在 “ 五” 间进 行过 暴 雨 ］ ＿ ２ 八 ］ 期
落 区动 力 过 程 相 似 预 报 方 法 的研 究 ， 使 用 的 是 但 Ｌ Ｓ资料 ； 英 美 ｌ 使 用 Ｅ ＭＷＦ和 Ｔ１ ６资料 ＡＦ 袁 ３ Ｃ ０
进 行 过 研 究 ， 动 力 过 程 只 选 用 了 ０ ２ 预 报 场 ； 但 、 ４ｈ
杨 仁勇 、 绪 勇等 使 用 过 ＨＬ Ｓ资 料 研 究 过黔 伦 ＡＦ
东 南地 区暴 雨预 报 ； 日金 等 使用 Ｅ ＭＷＦ资料 万 Ｃ
研 究过 广东 区域 暴雨 预 报 。在 Ｔ２ ３资料 应 用 研究 １ 方 面也 较多 ， 仁勇＿ 、 杨 ６ 杨建 松等 【 用场 相 似释 用法 ］ ７ 研 究过 一般 性 降水 预 报 ； 望 芝 等 ｌ 用 Ｔ １ 施 ＿ ８ ］ ２ ３产 品 做 过暴 雨诊 断并 对暴 雨 释 用 作 了尝试 性 分 析 ； 惠 韦 红 等 对 Ｔ２ ３降水 预 报 场 用 Ｓ １ ＶＭ 方 法 做 过 武 汉 区域 暴 雨预报 研究 。Ｔ２ ３系统 已经业 务运 行多 年 ， １
要 比只选 用初 始场 相似 更合理 些 。
１２ 场 平 均 距 离 的 定 义 和 相 似 确 定 ．
对 于在预 报 中选 用 的格 点 场 ， 场 平 均距 离 Ｄ 其
的定 义如 下 ：
… 。
积 累 了多年 的 历 史 资 料 ， Ｔ２ ３产 品 资 料 应 用 于 将 １
暴雨 预 报方 面的研 究工 作很 有意 义 。本研 究在 前人
（ １南 京 信 息 工 程 大 学 大 气 科 学 学 院 ， 京 ２０ ４ ； 南 １ ０ ４ ２海 南 省气 象 台 ， 口 ５ ０ ０ ） 海 ７２ ３
和使用 过 。谢 齐强 等ｌ 在 “ 五” 间进 行过 暴 雨 ］ ＿ ２ 八 ］ 期
落 区动 力 过 程 相 似 预 报 方 法 的研 究 ， 使 用 的 是 但 Ｌ Ｓ资料 ； 英 美 ｌ 使 用 Ｅ ＭＷＦ和 Ｔ１ ６资料 ＡＦ 袁 ３ Ｃ ０
进 行 过 研 究 ， 动 力 过 程 只 选 用 了 ０ ２ 预 报 场 ； 但 、 ４ｈ
杨 仁勇 、 绪 勇等 使 用 过 ＨＬ Ｓ资 料 研 究 过黔 伦 ＡＦ
东 南地 区暴 雨预 报 ； 日金 等 使用 Ｅ ＭＷＦ资料 万 Ｃ
研 究过 广东 区域 暴雨 预 报 。在 Ｔ２ ３资料 应 用 研究 １ 方 面也 较多 ， 仁勇＿ 、 杨 ６ 杨建 松等 【 用场 相 似释 用法 ］ ７ 研 究过 一般 性 降水 预 报 ； 望 芝 等 ｌ 用 Ｔ １ 施 ＿ ８ ］ ２ ３产 品 做 过暴 雨诊 断并 对暴 雨 释 用 作 了尝试 性 分 析 ； 惠 韦 红 等 对 Ｔ２ ３降水 预 报 场 用 Ｓ １ ＶＭ 方 法 做 过 武 汉 区域 暴 雨预报 研究 。Ｔ２ ３系统 已经业 务运 行多 年 ， １
要 比只选 用初 始场 相似 更合理 些 。
１２ 场 平 均 距 离 的 定 义 和 相 似 确 定 ．
对 于在预 报 中选 用 的格 点 场 ， 场 平 均距 离 Ｄ 其
的定 义如 下 ：
… 。
积 累 了多年 的 历 史 资 料 ， Ｔ２ ３产 品 资 料 应 用 于 将 １
暴雨 预 报方 面的研 究工 作很 有意 义 。本研 究在 前人
（ １南 京 信 息 工 程 大 学 大 气 科 学 学 院 ， 京 ２０ ４ ； 南 １ ０ ４ ２海 南 省气 象 台 ， 口 ５ ０ ０ ） 海 ７２ ３
大学流体力学课件43——第八章流体运动的动力相似
若两个系统是几何相似 的和运动相似的，而且 牛顿数也相等，
这两个系统就是动力相 似的。
§8-1 流体的动力相似
二、流体动力学中的一些相似准数 （近似或局部相似准则）
F－－两相似系统对应点上所承受的所有外力
Ne F l 2v2
式中 F－－ 两相似系统对应点上所 承受的所有外力
包括 重力，粘性力，表面张 力，压力，等
§8-1 流体的动力相似
牛顿相似准则:
模型系统和原型系统存在动力相似时，由式(8-8)
则应有 可写成
C
CF C Cl2Cv2
1 (8 - 8)
CF
Fp Fm
pl
2 p
v
2 p
mlm2 vm2
Fp
p
l
p2v
2 p
Fm mlm2 vm2
－－ 牛顿相似准则
两个系统若是动力相似 的，则此关系式一定成 立。
F Ip F Im
Re
p
Re
m
Fr p Fr m
Eu
p
Eu
m
F
A
du dy
lv
F g l 3 g
代入
---------
F p pl 2
F I l 2 v 2
1. 粘性力起主要作用时的相似准数-------雷诺数 Re
F
A
du dy
lv
即
F Fp F Fg
按动力相似条件，则在 两个系统的对应点上，
力的多边形应几何相似
且比例常数为
C
F
CF
F p F m
Fgp Fgm
F pp Fpm
FIp FIm
§8-1 流体的动力相似
相似预报法在关中西部强对流预报中的应用和检验
相似预报法在关中西部强对流预报中的应用和检验相似预报法在关中西部强对流预报中的应用和检验随着气候的变化和人类活动的影响，气象灾害频发成为一个全球性的问题。
其中，强对流天气是造成人员伤亡和财产损失的主要原因之一。
在这样的背景下，如何提高强对流天气的预报准确性成为了气象学界的研究热点。
相似预报法作为一种新兴的预报方法，在关中西部地区的强对流预报中展现出了潜力。
本文将介绍相似预报法的原理，并以近期的一次强对流天气为例进行应用和检验。
相似预报法是基于过去的类似天气系统的观测资料和预报模型结果，从而提供未来天气的一种方法。
在关中西部地区的强对流天气预报中，相似预报法依靠历史天气的观测资料来寻找与当前天气系统相似的过去观测资料，从而预测未来的强对流天气。
相似预报法的核心理念是认为过去和未来的天气系统在某些方面具有相似性，并且这种相似性足以用于未来天气的预测。
在关中西部地区的强对流天气预报中，相似预报法主要包括以下几个步骤。
首先，收集过去与当前天气系统相似的历史观测资料。
这些观测资料可以包括气温、气压、风速等气象要素的观测数据。
然后，使用数值预报模型对这些历史观测资料进行再现。
数值预报模型是一种基于物理原理和数学方程的模拟方法，可以模拟出全球范围内的天气系统。
通过将历史观测资料输入到数值预报模型中，可以生成一段时间内未来的天气预报。
最后，将这些未来天气预报与当前天气系统进行比较，从而得到关中西部地区强对流天气的预测结果。
为了验证相似预报法在关中西部地区强对流天气预报中的准确性，我们选择了近期发生的一次强对流天气事件进行了应用和检验。
这次天气事件发生在某天的下午，期间出现了强烈的雷暴、大风和暴雨。
我们首先收集了该天气事件发生前的历史观测资料，包括气温、气压、风速等气象要素的观测数据。
然后，使用数值预报模型对这些历史观测资料进行再现，得到了该天气事件发生前的天气预报结果。
接着，将这些天气预报结果与实际发生的天气系统进行对比，从而验证相似预报法的准确性。
83 运载火箭动力学环境相似性研究
运载火箭动力学环境相似性研究范博超1，荣吉利1，程修妍1，谌相宇2(1. 北京理工大学宇航学院，北京100081; 2. 中国工程物理研究院电子工程研究所，绵阳 621900)摘要：针对运载火箭动力学环境试验过程中费用大、成本高的问题，通过量纲分析的方法进行了相似性分析，研究并获得了不同缩比模型与原模型之间内部声压场的关系，并使用b软件进行了仿真计算。
研究结果表明，virtual.lβ2ββab仿真结果与量纲分析的结果一致，即当缩比比例为时，在倍声功率下，1β倍场点位置处频率为倍时所产生的峰值压力与原模型一致。
因此，可以使用不同缩比比例的模型来代替原模型进行实验。
该研究为使用缩比准则进行运载火箭动力学环境试验提供了理论依据，具有一定的工程意义。
关键词：运载火箭；动力学环境；相似性；缩比准则；量纲分析1.引言运载火箭及航天器在发射过程中要经受复杂和严酷的力学环境，其诱因主要源于两条途径：一条是通过发动机喷流噪声和整流罩内的噪声环境直接作用在结构表面；另一条则通过星箭对接而传递的振动环境、整流罩外喷流噪声和气动噪声通过结构传递的高频随机振动环境等。
在航天工程实践中，由于对力学环境重视不足，认识不全面曾多次造成结构失效，甚至导致整个任务失败，发生灾难性的事故。
Lighthill根据对亚声速射流提出喷流产生噪声的理论，噪声与速度的八次方成正比。
火箭是超声速射流，火箭发动机的噪声功率等于全部发动机功率的理论已经不能适用。
声的非线性传播在数学上处理困难较大，因此国外发展了缩比模拟试验技术进行喷流噪声环境的预示。
50年代末美国采用缩比模型试验方法对雷神中程飞行器、大力神地下井、大力神ⅢC、航天飞机等进行了发射时的噪声环境预示，天地一致性在2 dB以内[1-3]。
NASA将缩比模型噪声试验方法用于AresI、SLS(space LaunchSystem)等新型号的研制，目的是验证预示的起飞噪声环境、喷水降噪系统减缓效果评估、发射台设计等。
热带气旋中期路径的动力相似预测方案
热带气旋中期路径的动力相似预测方案钟元;滕卫平;胡波;黄新晴;滕舟;董美莹【摘要】提出一个西北太平洋热带气旋中期路径的动力相似预测方案.方案应用热带气旋初始参数和数值预报产品,构造未来时刻环境要素场的多元客观相似判据.通过定义非线性的相似指数综合评估历史热带气旋样本与预报热带气旋在多元判据下的连续动态相似程度,以此找到相似样本.应用相似样本的历史路径进行坐标变换、相似指数的权重综合和惯性动力修正,得到热带气旋中期预报路径.预报试验表明该方案具有预报技巧.%A dynamic similarity prediction of mid-term track of tropical cyclones (TCs) is proposed according to multi-criteria consisted of environmental factors and TC parameters. Samples resembling the TC forecasted are selected by defining a non-linear similarity index composed of multi-criteria. The mid-term track of TC is then predicted by transforming the coordinates of the track, weighted synthesis of the similarity index, and inertia dynamic correction in the samples. Tests demonstrate that this technique has a positive prediction skill as compared to the climatology and persistency method.【期刊名称】《海洋预报》【年(卷),期】2012(029)006【总页数】14页(P8-21)【关键词】热带气旋;中期路径;动力相似预报【作者】钟元;滕卫平;胡波;黄新晴;滕舟;董美莹【作者单位】浙江省气象科学研究所,浙江杭州310017;浙江省气象科学研究所,浙江杭州310017;浙江省气象台,浙江杭州310017;浙江省气象台,浙江杭州310017;浙江省气象信息中心,浙江杭州310017;浙江省气象科学研究所,浙江杭州310017【正文语种】中文【中图分类】P457.81 引言研究台风路径的文献已很多，但当前仍没有可供业务使用的热带气旋中期路径路径的预报方法，这除了因为台风中期路径本身的复杂（是大尺度天气系统与中、小尺度天气系统，低纬天气系统与中、高纬天气系统及环境场、台风环流与局地条件等多种因素相互作用的结果[1-9]）外，还因为台风中期过程的时间尺度可从72 h延续至5—7 d，这就使得台风过程在时间和空间尺度都过于复杂，以致人们难以精确确定台风中期过程机制及其关键因素，对热带气旋中期过程的维持和衰减机制仍不很清楚，因此也难以提高预报准确率。
第一讲 天气预报的可预报性和动力过程
第一讲天气预报的可预报性和动力过程丁一汇国家气候中心一、数值天气预报的成功是20世纪最重要的科学，技术和社会成就之一。
在过去25年，数值天气预报的技巧有明显提高。
至少是每十年增加1天。
图1.1 1980—2004年南北半球温带地区数值天气预报预报技巧的演变。
ECMWF500hPa 高度距平相关系数（ACC）。
阴影区是南北半球技巧差（Hollingsworth et al., 2003）。
‘存在两个问题（1）高影响天气预报的准确率需要提高。
高影响天气：对社会、经济和环境产生重大影响的天气现象与事件，如对流性和地形降水造成的洪水、暴雨雪、沙尘暴，破坏性地面大风等。
也包括高温/冷害、干旱、影响空气质量的气候条件以及具有高度社会和经济影响的非极端天气等。
它们一般由包含有中尺度天气的温带和热带气旋等天气系统引起。
高影响天气事件的发生是小概率事件，但风险很高，其后果可能是灾难性的。
改进高影响天气的预报技巧是21世纪重大科学与社会挑战之一。
THORPEX计划的建立即是应对这种挑战。
目前已具备五个条件来应对这种挑战：•对大气可预报性的理论和实际界限的认识在深入，包括年际与季节内气候变率对预报技巧的影响；•地球系统观测的扩展；•能够同化各种观测资料的天气预报系统的迅速发展；•具有先进的预报方法，如数值方法改进，物理过程表述更准确合理，集合天气预报方法应用，超级计算速度和存储猛增等；•对预报系统设计和实施的创新理念与途径，据此将大大促进天气信息的社会与经济利用。
（2）预报时效要进一步从7天扩展到14天，即达到中短期天气预报的极限值。
再进一步，与气候预报相衔接，要共同解决2周到几周的天气预报，这是目前无缝隙预报的主要问题。
二、数值天气预报的可预报性问题所谓可预报性是指天气预报在时效上的一种上限。
这由数值天气预报中的不确定性造成：（1）模式中表征物理过程或计算近似造成的不确定性，也称模式误差，尤其是方程中求解的数值近似与不可分辨（次网格）运动的参数化。
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(2)
∂t
其中, E 是ψ 的泛函, 表征模式描述的动力过程与实
际大气过程的误差, 它所反映的正是实际数值模式
中未知的总误差项, 即通常所说的模式误差. 那么,
以动力学观点来看, 我们所掌握的大量观测资料就
是满足(2)式的一系列特解ψ( 或者特解的泛函 P( (ψ ) .
为了减小模式误差, 一般是通过理论和试验研 究来改进动力框架和物理过程等方面, 从正面发展
就可推得
PˆMM
(ψ
0
)
=
PMM
(ψ
0
)
+
( PMM
(ψ%
j
)
−
PMM
(ψ%
j
),
(8)
PˆSM
(ψ
0)
=
PSM
(ψ
0)
+
( PSM
(ψ%
j
)
−
PSM
(ψ%
j
).
(9)
分别称为月平均和季节平均的 DAPE. 对应 DAPI 为
PMM (ψ 0 ) − PMM (ψ% j ) 和 PSM (ψ 0 ) − PSM (ψ% j ) , 它们是分
气模式.
对 于 当 前 预 报 的 初 值 ψ0, 把 (1) 式 的 预 报 记 为 P(ψ 0 ) , (2)式的预报记为 P((ψ 0 ) (即实况, 未知). 在不
考虑观测误差条件下, 对(1)和(2)式分别进行时间积
分并相减, 可得
∫ Eˆ (ψ 0 ) ≡
t0 +δ t t0
E(ψ
)dt
∂ψ% ∂t
+
L (ψ% )
=
E
(ψ% ).
(3)
考虑到ψ 与ψ% 非常接近, 可以将 E (ψ ) 关于ψ 在ψ% 附
近进行一阶 Taylor 展开:
E (ψ ) = E (ψ% ) + (ψ −ψ% ) D ψ% ,
其中 D 代表 E 关于ψ 各分量偏微商的总和. 当满足 D |ψ% 有界, 并且 ||ψ −ψ% || 足够小时, 可以使用(3)式右
= ψ%
j
−
P(ψ%
j
).
将它们代入(5)式, 整理可得当前 t0+δ t 时的最终预报
结果为
Pˆ (ψ 0 ) = P(ψ 0 ) + P((ψ% j ) − P(ψ% j ).
(6)
这就是动力相似预报方程(DAPE), 它与统计相似预 报方程(SAPE) Pˆ (ψ 0 ) = P((ψ% j ), 显著不同, 差别在于动
由此可见, 在改进动力模式预报的问题上, 可以 换一种思路, 着眼于对动力模式的预报误差进行预 报的思路, 将动力预报问题转化为预报误差的估计 问题, 它可由统计学方法加以实现. 预报误差的信息 就蕴涵在作为准确模式的大气或气候系统的一系列 特解中, 需要借助于现有数值模式加以提炼, 因此, 探讨基于这些误差信息的估计方式尤为关键.
计 Eˆ (ψ 0 ) , 这就是系统性误差. 它虽然利用了历史资 料信息来改进模式预报, 但对于不断变化的初值
而言, 这样的误差估计并不具备针对性.
对于不同的ψ 0, 可有针对性地选取适于估计当 前预报误差的历史相似ψ% j (这里 j = 1, 2,…, m, m 为
所选取的相似状态个数), 它们所提供的预报误差信
1 动力相似预报的策略
一般来讲, 数值预报是作为偏微分方程的初值
问题提出来的, 可以数学表示为
∂ψ + L(ψ ) = 0,
∂t
(1)
ψ (r, t0 ) =ψ 0 (r),
其中ψ (r, t)为模式预报变量, r 和 t 分别表示空间坐标
收稿日期: 2007-04-11; 接受日期: 2007-06-04 国家自然科学基金(批准号: 40675039, 40575036)和国家科技支撑计划(批准号: 2006BAC02B04)资助 * E-mail: renhl@
有所改变. 对(6)式在初始时刻 t0 以后的一段时间[t1,
t2]进行积分, 可得
∫ ∫ ∫ ∫ t2 t1
Pˆቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(ψ
0
)
=
t2 t1
P(ψ
0
)
+
t2 t1
P((ψ%
j
)
−
t2 t1
P(ψ%
j
).
(7)
这是一个时间积分意义的动力相似预报方程. 如果
预报对象是未来某个月平均或者季节平均量, 那么,
将(7)式在预报时段[t1, t2]上分别取月或者季节平均,
果右端为 0, Pˆ(ψ 0 ) 将变成 P(ψ 0 ) ; 如果右端是 E (ψ ) ,
那么它就变为未知实况 P((ψ 0 ) . 对于ψ 和ψ% j , 通过
(1)式表示的预报模式, 可分别得到
∫ t0 +δ t t0
L (ψ
) dt
=ψ0
−
P(ψ 0 ),
和
∫ th +δt th
L (ψ%
) dt
预报误差进行预报”的新思路, 从而将动力预报问题
万方数据
第8期
任宏利等: 动力相似预报的策略和方法研究
1103
转化为预报误差估计问题: Eˆ (ψ% j ) → Eˆ (ψ 0 ).
进一步地, 可由(4)式的微分方程进行时间积分, 得到
∫ ∫ t0 +δt ∂ψ dt + t0 +δt L (ψ ) dt
3 动力相似预报的新方法
DAPE 无疑适用于各种尺度预报, 对于短期气候 预测中极为关注的月、季节平均量预报问题, 可以在 (6)式基础上进一步发展一种适用于平均量预报的相 似误差订正方法.
3.1 相似误差订正(ACE) 考虑将 t0+δ t 时刻的一般性公式(6), 分别写在
t0+δ t, t0+2δt,…, t0+kδ t 上, 其中 k 可以随预报对象而
别基于当前初值和历史相似初值的平均预报之差.
令 DAPI 为 0, 则(8)和(9)式变为月平均和季节平均的
SAPE:
PˆMM
(ψ
0
)
=
( PMM
(ψ%
j
)
和
PˆSM
(ψ
0
)
=
( PSM
(ψ%
j
),
即将当前的时间平均预报简单取为历史相似初值对
应的平均实况.
实际上, 预报策略和方法研究的基本思路就是 寻求动力和统计两种方法的结合使用. 目前, 将数值 模式和统计经验预报相结合业已形成共识, 但对于 怎样实现有效结合的问题亟待深入加以研究. 早在 1950 年代, 顾震潮[5,6]就指出了在数值预报中引入历 史资料的重要性和可行性. 事实上, 短期气候预测模 式中发展的预报订正技术[7~9], 正是利用了历史回报 与实况资料之间的统计规律. 围绕如何从源头上实 现动力和统计相结合的问题, 中国学者开展了一系 列独具特色的工作, 例如使用过去演变资料的多时 刻预报方法[10,11]、相似-动力方法[12~15]、基于大气自 忆性原理的方法[16,17]等. 这些研究展现了提高数值
2 动力模式预报误差的预报
把历史资料中的实况ψ i 作为初值, (1)式预报记 为 P(ψ i ) , (3)式的预报记为 P((ψ i ) (即历史实况, 这里 i = 1, 2,…, N, 其中 N 最大可以取为全部历史资料的
样本数). 这样可以得到 N 个已知的历史预报误差 Eˆ (ψ i ) = P((ψ i ) − P(ψ i ), 如果取它们的算术平均来估
端误差项 E (ψ% ) 来近似估计(2)式右端 E (ψ ) , 得到相
似误差订正方程(ACEE)
∂ψ ∂t
+ L (ψ
)
=
∂ψ% ∂t
+ L (ψ% ).
(4)
不难看出, (4)式右端第一项是已知的, 第二项可由数
值模式算出, 因此, (4)式相当于在(1)式中添加了一个
相似误差订正项 E (ψ% ) , 使之更接近于(2)式的真实大
息, 可仿照 Eˆ (ψ 0 ) 求取为
∫ Eˆ (ψ% j ) ≡
th th
+δ t
E
(ψ%
) dt
=
P((ψ%
j
)
−
P(ψ%
j
).
这就是由历史相似ψ% j 提供的预报误差, 其中 th 为历 史上的时间, P((ψ% j ) 为 P(ψ% j ) 对应的历史实况, 都是
已知的. 由此, 本文提出“利用历史相似信息对模式
关键词 动力相似预报 预报策略 相似误差订正 跨季度预测
随着观测资料和模式状况的不断改善, 数值天 气预报和短期气候预测得以快速发展, 但目前应用 水平依然不高, 仍需进一步提升预报能力[1~3]. 相比 之下, 在过去的几十年中, 数值模式的预报策略和方 法日益发展, 国内外相关研究工作不断涌现[4], 已成 为改进预报的一条重要途径. 因此, 在现有模式和资 料条件下, 深入开展预报策略和方法的发展和创新, 对于提高数值预报水平具有重要意义.
数值模式, 削减 E (ψ ) . 但无论模式怎样发展, 误差
仍将是客观存在和相当可观的. 因此, 从预报策略研 究来看, 在现有模式条件下, 可以从反问题角度利用
历史资料信息估计和减小模式误差 E (ψ ) , 本文正是
要研究理论和实际均可行的新方法. 对于任一初值ψ, 为了有针对性地选取适合于估
力相似预报增量(DAPI) P(ψ 0 ) − P(ψ% j ) 这也是“动力相
似”的意义所在. (6)式右端显然是用历史相似对应的