小波分析在雷击大气电场波形去噪分析中的应用

雷击时大气电场信号中混杂的噪声信号影响对真实大气电场信号的分析、提取和使用。文中通过计算仿真信号和去噪前后真实电场信号的均方误差,分析选取不同的小波函数、阈值法和小波分解层数对去噪效果产生的影响。考虑雷击时大气电场信号的信噪比,选用sym5小波和db5小波与minimaxi和rigrsure阈值法结合,且对小波的分解层数选用6~7层,进行大气电场波形的去噪处理,其去噪效果比较理想。最后,将该方法用于实际雷击大气电场波形数据的去噪处理,对雷击时电场波形的突变性检测中,在20个样本中有14个在首次雷击前1.5~2 h具有突变过程,占70%,这为将大气电场仪资料引入其他气象参数预报模型提供了切入点。     

南京过去100年极端日降水量模拟研究

在南京过去100年日降水资料的基础上,利用极值理论中的区组模型和阈值模型分析了极端日降水分布特征.首先通过广义极值(GEV)模型模拟了日降水的年极值序列(AMDR),用极大似然估计(MLE)方法计算了模型的参数,并借助轮廓似然函数估计出参数的精确误差区间,同时采用4种较直观的诊断图形对模型的合理性进行全面评估,结果表明Frechet是区组模型中最适合描述极端日降水分布特征的函数.其次,将日降水序列分3种情景构建极值分布的阈值模型(GPD),考察了观测数据的规模对应用该模型的限制,重点讨论了如何针对给定观测样本选择合适的阈值收集极值信息.分析结果认为,长度不小于50年的气候序列,采用24 mm的日降水量作为临界阈值均能进行GPD分析.该阈值处于年降水序列第91个百分位附近,即对目前长度为50年左右的日观测资料,第91个百分位点以上的数据基本能满足GPD研究的需要.另外,根据GEV和GPD对未来极端降水重现水平的推断情况,GPD预测值的置信区间要比GEV的窄,极值推断的不确定性相对也较小,更适合用于研究中国目前规模不大的气候资料.最后,对GPD模型的形状参数和尺度参数进行变换,分别引入描述线性变化的动态变量,分析降水序列中潜在的变异行为对极值理论应用的影响.这种变异包括降水序列中长期的均值变化及百分位变化,从模拟结果看,暂未发现资料变异行为对极值分析产生显著于扰.     

夏玉米生长过程曲线重建研究——以鹤壁市为例

增强型植被指数(EVI)时间序列数据(即植被生长曲线)是整个生育期内植被各种生物学特征的综合反映。由于太阳位置、大气、地表和传感器位置与性能等的影响,根据遥感数据计算的EVI值往往比实际值偏低(存在大量噪声),并不能反映植被生长的真实情况,应用前需进行去噪重建工作。针对目前生长曲线重建研究大多是针对MODIS等国外遥感数据的情况,在综合分析重建方法的基础上,利用风云3号卫星的MERSI中分辨率遥感卫星数据构建鹤壁市夏玉米的EVI生长过程曲线。首先,用最大值合成法(MVC)对原始EVI时间序列数据进行初步的去云处理。接着,利用基于时间域的Savitzky-Golay滤波(简称SG滤波)对该EVI序列进行进一步的平滑去噪处理,结果发现,在噪声点EVI数值提高了,但同时在其他不是噪声点的地方EVI的值降低了。针对这种不合理的情况,利用基于SG迭代滤波取上包络线的改进方法进行处理,很好地克服了上述缺陷,在非噪声点EVI数值适当提高,且曲线平滑,达到了生长曲线重建的目的。然后,采用基于频率域的小波变换方法进行实验对比,结果发现,小波变换存在着与经典SG滤波类似的缺陷,而且在曲线末端存在突变情况。经过比较分析发现,针对研究区的实际情况,改进SG迭代滤波是较优的去噪方法。     

基于动态阈值法的NOAA系列卫星云检测结果检验

采用我国地面报资料、国际船舶报资料和云卫星(CloudSat)产品,分别对多通道动态阈值云检测方法的云检测结果进行了检验。结果表明,动态阈值云检测方法可用于长时间序列卫星观测数据的云检测,不仅运行速度较快,可实现全自动,且精度较高,陆地上空云检测准确率为82.8%(地面报资料),海洋上空云检测准确率为91.5%(船舶报资料)。此外,还利用CloudSat资料检验不同观测时间差对NOAA系列卫星云检测结果检验的影响。     

辽宁地区大气可降水量与降水关系的研究

当大气可降水量(precipitable water vapor,PWV)达到某一阈值时将出现降水,则该值称为PWV降水阈值(threshold of PWV,PWVt),由此认为PWV_t可以作为PWV与降水关系研究的纽带。为了能够较为准确地计算出PWV_t,引入整层大气饱和可降水量(precipitable water vapor saturation,PWVsat)概念,并推导出多元大气条件下PWVsat计算公式,根据公式可知PWV_(sat)是地面温度(t_s)的函数,其表示整层大气在饱和状态下容纳的最大水汽量。大气必须达到一定层次的饱和才能成云致雨,因此推断t_s也可能影响着PWV_t。为了验证该推断的准确性,利用2015年5月至2016年10月辽宁地区36个观测站的PWV与t_s进行研究,将筛选出1122个降水样本的PWV_t与t_s进行拟合,发现PWV_t拟合公式与PWV_(sat)推导公式较为一致,说明PWV_t和PWV_(sat)两者密切相关,同时给出36个站的拟合参数,从而建立PWV与降水的对应关系。统计检验表明,该方法在降水预报中的准确率、漏报率和空报率分别为93.69%、2.32%和3.99%,说明PWV_t在降水预报方面具有一定的应用价值。最后在一次降水个例中应用,结果显示PWV_t可以较好地预报降水,并发现PWV与PWV_t的差值与降水量具有一定的对应关系。     

利用动态阈值方法改进的风云二号卫星海雾检测技术

有效的观测是提高对海雾认知和预报水平的关键因素,卫星数据是当前最可行的观测数据源,但需要高质量的观测数据和精细的检测技术。本文为提高风云二号海雾检测水平,在现有卫星观测数据条件下借鉴了动态获取云雾阈值的思想,定制设计了一套从获取动态检测阈值到温度、纹理、噪声检测等步骤的黄渤海海雾检测方法流程。对黄渤海白天海雾检测结果的检验表明,虽然对于秋、冬非海雾季月份的效果还有待提高,但在春季海雾季已接近国际同类产品水平。同时该技术方法也需要继续搜集实例,进一步优化阈值获取方案。     

COSMIC掩星资料反演青藏高原大气廓线与探空观测的对比分析

利用青藏高原地区COSMIC掩星资料反演的大气湿廓线Wet Prf数据和8个站点的探空数据,分析了COSMIC反演大气廓线和可降水量与探空观测的偏差,并考查了偏差随高度的变化特征。结果显示:(1)COSMIC反演的温度、压强和水汽压廓线与探空观测具有很好的正相关;与探空观测相比,COSMIC的温度、压强和水汽压的偏差为-0.2℃、1.7 h Pa和0 h Pa,均方差为1.8℃、1.6 h Pa和0.4 h Pa;COSMIC反演大气廓线与探空观测的偏差基本上在大气低层较大,然后随高度增加而减小。(2)COSMIC反演的可降水量与探空观测正相关较好;COSMIC反演的可降水量低于探空观测,两者的偏差为-5.0 mm,均方差为5.7 mm;两者的负偏差在大气低层最明显。(3)探空观测在近地层的不稳定性和COSMIC反演方法中背景模式在青藏高原地区描述大气状态的能力有限,是造成COSMIC反演大气廓线和探空观测的偏差在近地层较大的主要原因;COSMIC观测的折射率偏小导致其反演的可降水量偏低。     

高光谱红外云检测方案阈值的客观判定方法

GRAPES3Dvar大气红外高光谱云检测采用McNally andWatts(2003)的晴空通道方案,该方案基于模拟观测与实际观测偏差(B-O)进行检测,其中阈值的选取与预报模式有关。传统对云检测阈值的选取多采用主观判定方法,如图像对比分析等。文章在主观判定的基础上提出两种新的较为客观的阈值判定方法:(1)视场偏差分析:通过分析模拟观测与实际观测之间偏差的垂直分布,观察不同阈值下的云顶高度来评估阈值选取的合理性;(2)云检测指标评分:通过建立一系列云检测指标,对其进行评分来选取最优的阂值。并结合上述三种方法,将其应用于IASI辐射率资料的云检测阈值判定,其中梯度阈值对最后的云检测效果影响不大,保持与欧洲中心相同的值;偏差阈值则采用综合的分析方法进行判定,从而克服了单纯利用云图对比而带来的视觉误差。分析结果表明,偏差阈值取2.0 K、窗区通道梯度阈值取0.4 K,非窗区通道梯度阈值取0.02 K时云检测的效果最好。最后进行的为期1个月的试验显示:通过对比不同云检测偏差阈值的同化效果,选取的云检测闾值是有效的。     

降水EFI产品在新疆夏半年极端降水预报中的检验评估

基于2013—2019年4—9月欧洲中期天气预报中心(ECMWF)集合预报的极端天气指数(EFI)资料和新疆95个气象观测站点的实况降水数据,研究了新疆夏半年(4—9月)极端降水阈值及分布情况,运用TS评分,综合分析降水EFI产品在新疆夏半年极端降水预报中的应用效果.结果表明:(1)夏半年极端降水阈值、极端降水量和极端...     

天气雷达回波信号去噪中小波分析应用

天气雷达回波信号不可避免地包含了噪声,噪声的存在严重影响了对雷达回波信号的精确分析。为了提高雷达回波信号的信噪比,采用了近年来在数字信号处理领域极速发展的小波分析方法,通过试验分析确定小波基函数、分解层数、阈值和阈值量化方式。结果表明,小波分析去噪的方法能有效地抑制叠加在雷达回波信号上的噪声,去噪后的雷达回波信号信噪比明显提高,具有较高的实用价值。