基于信噪分离的短期气候预测方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41475064
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    87.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0502.气候与气候系统
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Both the theory of dissipative structures or synergetic theory, has a closed ties between accidental process and inevitable process of mutual transformation, rather than independent. Randomness of atmospheric motion determine that climate is not deterministic motion, stochastic force will make climate change continuously generate new ordered structure and lead to non-stationary phenomena. It is very important to describe effectively random force mechanisms for improving climate predictivity. Due to the lack of understanding about relevant stochastic mechanisms, it is very difficult to simulate stochastic dynamics in the climate models existed, and to solve differential equations based on a complex model, which hinders improving the accuracy of climate prediction. The project intends to study this problem by another way: Firstly, we will separate deterministic component and random component from climate observations; secondly, we will focus on analyzing the mechanism of random factors in a deterministic process using differential strategies, and set up a series of statistical models including stochastic mechanisms. Finally, we plan to get distribution function of the random process and to study on embedding a stochastic mechanism into numerical models, comparating the advantages and disadvantages of each method. With evolutionary algorithms and Monte Carlo methods, this project will carry out a series of numerical experiments based on an ideal model to revise random errors in climate model to improve the models' prediction accuracy.
无论是耗散结构理论还是协同学理论,都证实了偶然过程与必然过程之间的密切联系及相互转化,而非相互独立。大气运动的随机性决定了气候不是确定性运动,随机力将使气候在变化中不断产生新的有序结构,并导致非平稳现象。因此,研究气候的随机强迫机制对提高预测精度十分重要。由于缺乏对气候随机力的认识,加上求解复杂模式的微分方程又十分困难,现有的气候模型均难以模拟随机动力学,这阻碍了预测精度的进一步提高。本项目拟通过另一种途径研究随机问题:首先对观测资料中的确定性分量与随机分量进行分离研究;其次采取区别对待的策略,着重分析随机因子在确定性过程中的作用机制,研究两者有机结合的有效方案。最后,建立随机强迫的分布函数,研究在气候模型中嵌入随机作用机制的可能性,对比不同方案的优劣性。项目将在理想模型的基础上开展一系列数值实验,用演化算法和蒙特卡洛方法分析随机分布规律,发展一套基于随机强迫力的预测方法,以提高预测精度。

结项摘要

本项目提出了基于信噪分离的短期气候预测理论,并对理论的可行性进行了研究与验证。首先,项目研究了动力系统中外强迫噪声的分离问题,发展了基于经验模态(EMD)的噪声分离方案,揭示了动力系统中的外强迫过程可以通过数学方法分离,也证明非线性系统在演化过程中受随机强迫是十分普遍的物理现象。其次,利用DFA方法对被分离的动力系统各平稳变量进行分析,研究噪声源与被分离分量之间的关系,确定信兆分离的有效阈值。然后,为构建数学模型需要,进一步发展了演化算法开展噪声的建模方法,通过典型非线性动力系统(Rössler)的外强迫试验完善了演化建模能力,并利用实际气候资料(热带气旋)验证了建模的效果。最后,根据信兆分离方案及改进的演化算法,构建了与之匹配的预测理论模型。该思路除了可以避免噪声强迫的影响,还能提高预测的针对性与稳定性。通过构建真实情形下复杂系统(ENSO)的预测模型,检验了这一预测思路是完全正确的。所建立的ENSO模型不但大大提高了预测的稳定性,而且延长了时效,实现了24个月的准确趋势预测,效果令人满意,验证了方案的科学性与可行性。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Water vapor transport related to the interdecadal shift of summer precipitation over northern East Asia in the late 1990s
与 1990 年代末东亚北部夏季降水年代际变化相关的水汽输送
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    J.Meteor.Res.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Po Hu;Minghao Wang;Yang Liu;Xiaojuan Wang;Guolin Feng
  • 通讯作者:
    Guolin Feng
Simulating evaluation and projection of the climate zones over China by CMIP5 models
CMIP5模式对中国气候带的模拟评价与预测
  • DOI:
    10.1007/s00382-018-4410-1
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Climate Dynamics
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Wenping He;Shanshan Zhao;Qiong Wu;Yundi Jiang;Shiquan Wan
  • 通讯作者:
    Shiquan Wan
Nonlinearity and Fractal Properties of Climate Change during the Past 500 Years in Northwestern China,Discrete Dynamics in Nature and Society
近500年来西北地区气候变化的非线性与分形特性、自然与社会的离散动力学
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Discrete Dynamics in Nature and Society
  • 影响因子:
    1.4
  • 作者:
    Shiquan Wan;Qunqun Liu;Jianxin Zou;Wenping He
  • 通讯作者:
    Wenping He
2017年春季我国主要气候特征及其成因分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    气象
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    龚志强;宋文玲;王东阡;赵玉衡
  • 通讯作者:
    赵玉衡
The possible physical mechanism for the EAP–SR co-action
EAP与SR合作的可能物理机制
  • DOI:
    10.1007/s00382-017-3967-4
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Climate Dynamics
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Zhiqiang Gong;Guolin Feng;Muhammad Mubashar Dogar;Gang Huang
  • 通讯作者:
    Gang Huang

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其他文献

全球环流异常特征及其与中国气候变化的关系
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    扬州大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙杨青;万仕全;钱忠华
  • 通讯作者:
    钱忠华
南京过去100年极端日降水量模拟研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
    气象学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    万仕全;周国华;潘柱;杨柳;张渊
  • 通讯作者:
    张渊
中国极端月高温过程对大气涛动的响应
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    万仕全;顾承华;康建鹏;邹建新;胡玉玲;徐莎莎
  • 通讯作者:
    徐莎莎
数值模式误差订正方法初探
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    高原气象
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    万仕全;何文平;封国林;李进
  • 通讯作者:
    李进
基于人工智能技术的热带气旋灾害评估方法研究:以广东省为例
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    气候与环境研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张文;赵珊珊;万仕全;封国林
  • 通讯作者:
    封国林

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基于非线性诊断归因的短期气候预测方法研究
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    青年科学基金项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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