用三通道合成彩色图像进行云的分类解释判读

为更好地利用FY-3A气象卫星上中分辨率光谱成像仪(MERSI)资料高空间分辨率及多光谱的优势,细致分析云系在宏、微观方面的多重特征,首先利用平面平行辐射传输模式(SBDART)证明了MERSI的0.65,1.6 μm和11.25 μm通道能够分别反映云光学厚度、云粒子大小、云顶高度的信息,然后采用三通道合成彩色图像的方法,对FY-3A气象卫星云图进行云的分类解释判读.该技术可直观区分有云区、无云区,显示海陆分界,并且使不同云类在云图上体现为不同颜色.同时,FY-3A气象卫星高达1000 m甚至250m的空间分辨率也使云的细致结构更为清晰,两项优势的叠加,大大提升了云的分类解释判读的准确程度和精细化水平.文中还尝试寻找典型云系的三通道特征值,以期为模糊C均值聚类(FCM)方法中聚类中心的选定提供经验值参考.     

主要降水与非降水云类的全天时反演试验研究

利用SBDART模式正演了主要云类在多光谱通道上的光谱特性,分析了在由不同通道组成的二维光谱空间中的云类分布;又以MTSAT-2多光谱静止卫星观测资料与CloudSat云廓线雷达分类产品匹配,建立了包含诸主要云类光谱特性的数据对。在此基础上,采用单位特征空间归类分析法,反演并分析了各典型云类在相应二维光谱空间中的分布范围和高频集群分布特点;结合正、反演结果,应用最小距离分类与最大似然估计方法进行了云分类试验研究。经过单位特征空间方法的调整,最终确定了较为准确的适用于全天时云分类的判据。检验结果表明:根据多通道的云光谱特性区分高、中、低云和对流性及非对流性降水云是可行的,由此能够实现全天时云系生消、移动的连续可靠监测。      

双光谱云图的云分类探讨

依据各类云在红外和可见光波段不同的光谱特性，考察了近百个数字云图样本，在红外－可见光二维光谱特征空间上基本确定了与种类相应的集群分布范围，由此判识出积雨云、薄卷云、厚卷云、中云、低云、沈积云和多层云系等７种主要云类及晴空区。并以１９９０年３月１５日１４时云图为例进一步讨论了诸云类在光谱特征空间上高频数分布区的形状和分布特点。     

图割模型在卫星云图云检测中的应用

提出一种基于图割模型的卫星云图云检测方法。利用FY-2C卫星云图的长波红外通道和可见光通道的云图提取了10个灰度特征和80个Gabor纹理特征,再用主成分分析方法（principal component analysis,PCA）降维到9个主成分。将这9个主成分构成的特征作为每个像素的特征,建立相似度矩阵,再利用改进的NormalizedCuts模型进行分割,将云图分成了晴空区域和有云区域。与地面观测结果相比,平均一致率达到86．51％,表明将Gabor纹理特征和灰度特征相结合并利用改进的Normalized Cuts模型对卫星云图云检测有比较好的效果。     

云分类中逐个修改聚类和模糊聚类分类性能的对

利用卫星图像对各种云型进行识别在大气科学领域具有重要意义，为了深入了解云分类过程中逐个修改聚类和模糊聚类对各种云型的识别能力，采用极轨卫星EOS／MODIS图像资料和静止卫星GMS-5图像资料，在样本采集和特征提取的基础上。选择不同的光谱或纹理特征对两种分类器的分类性能进行测试和对比分析。结果发现，不管采用哪种图像资料，提取哪些特征量，逐个修改聚类的平均分类准确率总体上略高于模糊聚类。但就两种分类器对各种云型的识别能力而言，模糊聚类对低云和高云（如层云、薄卷云、密卷云、卷层云、积云）的分类准确率明显好于逐个修改聚类，而逐个修改聚类对积雨云的分类准确率稍高于模糊聚类。从各类别间混判的情形来看，积雨云和高中低混合云、低云之间及卷云子类之间混判的情形较多，模糊聚类与逐个修改聚类相比，混判的类别增多，相对比例减少。     

GMS-5四通道云图的自动分类及其在定量降水估算中的应用

根据日本地球静止气象卫星（ＧＭＳ－５）云图的新特点,运用动态分类方法对ＧＭＳ－５四通道卫星云图进行分类,得到各种云类及地表。并由分类结果,根据一维云模式得到的对流云对流核心云顶温度与降水之间的关系,对层云和对流云做定量降水估算。并用１９９５年８月３１日的云图资料进行对流云和层云的降水估计试验,将估算出的降水率和降水面积与地面１ｈ的观测降水资料进行比较,结果表明：假如设置４０％为降水的允许误差,那么     

利用卫星云图估算黄河中游地区平均面雨量

介绍了利用卫星云图资料估算黄河中游面雨量的基本方法：将GMS卫星1h间隔的可风和红外云图作为判别的两个特性进行分类，确定红外光线资料的所有最小值点作为对流核；多参照Negri-Adler的方法，应用斜率参数消除卷云；应用－维云模式确定红外线图上对流核的降水率，层状云降水通过一个温度阈值给出。另外，通过2001年7月26日至28日黄河流域出现的一次较强降雨过程进行应用分析，得出结论－－利用卫星云图估算黄河中游地区平均雨量的方法具有很好的实用价值。     

黑龙江省产生冰雹的卫星云图特征

为对区域性降雹过程的卫星云图特征进行分析，选取了1995-1998年产生冰雹的卫星云图共20例，进行了逐例分型、分类。对冰雹云的空间尺度、时间尺度、云顶、云体形状、温度梯度等进行了详细的分析和探讨，提出一个黑龙江地区产生冰雹的云图概念模型和冰雹的预报程序。     

面向高光谱图像分类的超像素级Gabor特征融合方法研究

由于高光谱图像中的地物空间分布具有规整性和局部连续性,同时超像素分割是一种将空间图像分割成多个同质区域的有效方法,因此从超像素的角度进行高光谱图像分类将具有重要意义.本文提出了一种超像素级Gabor特征融合的高光谱图像分类方法,简称为SPGF.首先,使用一组预定义的二维Gabor滤波器与原始高光谱图像进行卷积运算,提取有效特征.同时,利用简单线性迭代聚类（简称SLIC）超像素分割方法将原始高光谱图像划分成互不重叠的超像素.然后,对于每个Gabor特征模块,利用支持向量机分类器进行分类,并使用多数投票策略实现各模块分类结果的融合.最后,使用通过SLIC算法得到的超像素图对分类结果进行修正.在2个真实高光谱数据集上的实验结果表明,本文提出的SPGF方法能够比领域内的一些经典算法获得更高的分类效果.     

GMS-5四通道云图的自动分类及其在定量降水估算中的应用

根据日本地球静止气象卫星（GMS-5）云图的新特点,运用动态分类方法对GMS-5四通道卫星云图进行分类,得到各种云类及地表。并由分类结果,根据一维云模式得到的对流云对流核心云顶温度与降水之间的关系,对层云和对流云做定量降水估算。并用1995年8月31日的云图资料进行对流云和层云的降水估计试验,将估算出的降水率和降水面积与地面1 h的观测降水资料进行比较,结果表明：假如设置40%为降水的允许误差,那么降水估计的准确覆盖率将达到70%。能在业务应用中推广,并且该方法可以应用到即将发射的风云2号气象卫星资料处理     

DESIGN OF A THREE-DIMENSIONAL GLOBAL ADIABATIC SPECTRAL PRIMITIVE EQUATION MODEL*

A three-dimensional(3D) global adiabatic spectral primitive equation model has been designed.The main features are as follows.(1) Adoption of spherical harmonics and Tschebyscheff polynomials as the basis functions in the horizontal and vertical respectively,but the unknowns in the spectral equations are two-dimensional;(2) Inclusion of the tropopause,which may vary with time and space;(3) Suggestion of a spectral method for representing the vertical structure of the atmosphere applicable to the unsmoothed profile case;(4) In consideration of nonlinear vertical aliasing a technique is proposed to avoid it and nonlinear computational instability.Based on real data forecasts up to 48 hours have been performed.The results show that the statistical verifications with the model are superior on the average to those with the T42L9 used operationally before 1995 at NMC of China at the same mean resolution.     

On the Ekman Spiral with an Anisotropic Eddy Viscosity

The eddy viscosity is a fourth-order tensor in three-dimensional space. When considering the viscous effects on the horizontal velocities in the vertical direction it is reduced to a second-order tensor in two-dimensional space, and is not necessarily horizontally isotropic. Anisotropic coherent structures (rolls) are a conspicuous feature of the planetary boundary layer. There is no reason to suppose that they should give rise to a horizontally isotropic eddy viscosity. The effects of an anisotropic constant eddy viscosity tensor on the Ekman layer dynamics is determined analytically. The shape of the Ekman spiral is modified. The magnitude of the bottom shear and the Ekman transport is changed in magnitude and rotated within an angle of 90°.     

多光谱卫星图像降水强度场的分析

文中将单位特征空间归类方法应用于多光谱GMS卫星图像的降水强度场分析 ,该方法可交互式地进行多光谱卫星信息和地面实测降水的协同分析 ,准确划分各强度样本集群的光谱特征空间分布 ,为可靠确定各波段卫星测值与小时降水量之间的统计关系提供了一条可行的途径。为尽量减少分界点附近数据可能造成的不确定性和误差 ,文中首先按模糊集合论的隶属度原则 ,建立了模糊划分公式。按所在降水强度等级 ,通过对多维光谱空间的各单位特征空间内计算和比较晴空、多云 (无雨 )、小雨、中雨、大雨和暴雨 6种情况发生的概率 ,经归一化处理后 ,分别建立相应的降水强度类属矩阵 ,为多光谱卫星图像降水强度场的分析确定了判识依据。就IR1 VIS降水强度类属矩阵而言 ,经 5 0 0余个实测有雨样本的检验 ,其对暴雨、大雨、中雨和小雨等各强度等级有雨样本的实测命中率均在 70 %左右。近 14 0 0个有云样本降水强度等级判识的总准确率为 73.88%。把样本仅分成无雨、中小雨和大、暴雨 3个等级进行分析 ,实测命中率和分析成功率都显著提高 ,总准确率达到 84 .4 9%。IR1 WV ,TIR1-IR2 降水强度类属矩阵 ,各项指标虽然均略低于IR1 VIS降水强度类属矩阵 ,但对无雨、中小雨和大到暴雨的 3个级判识 ,总准确率也能够达到 75 %。     

模式气候的球谐谱分析

对模拟的气候场用球谐函数作波谱分析,得到了全球500hPa高度和海平面气压在不同截断时的波谱特征以及由CO2倍增(2×CO2)引起的流场变化。与用经验正交函数(EOF)对模式气候作分析不同,球谐波谱分析能清晰显示大气波动的物理图像,尤其是全球大气低频波。另外,试图通过分析2×CO2和1×CO2时的模拟环流,解释造成全球增暖的环流背景特征。       

A non-linear extension of the mixed spectral finite difference model for neutrally stratified turbulent flow over topography

A non-linear extension of the mixed spectral finite difference model for neutrally stratified surface-layer flow over complex terrain is developed. The non-linear terms are treated as additional source terms in the present model. The solution is calculated iteratively in spectral space, while the source terms are evaluated in physical space (at each iteration step) with the help of a Fast Fourier Transform algorithm.Results for simple 2D sinusoidal topography are shown to compare well with full non-linear finite difference results. The method, compared to conventional finite difference methods, has the advantage of rapid convergence and substantial savings in computer time.     

基于RBF神经网络的人脸识别研究

针对人脸识别技术中存在的高维问题、小样本问题和非线性问题展开研究.围绕人脸特征提取,采用基于主成分分析和Fisher线性鉴别来克服在人脸识别中的小样本问题,同时将人脸图像从高维空间映射到低维空间从而解决了高维问题;在分类识别方面,采用具有很强的非线性映射功能的RBF神经网络进行模式分类,能够解决人脸识别中的非线性问题.在ORL人脸数据库上进行的仿真实验表明,该方法进行人脸识别具有较高的识别率.     

二维全球气候模式的发展——由对流层向平流层的扩展

采用Arakawa的σ-p混合坐标，将李维亮等人发展的一个二维全球原始方程模式由对流层扩展到平流层中层(10 hPa)。垂直分层采用等lnp方案。发展后的模式不仅在计算上具有很好的稳定性，而且能较好地模拟平均温度场、平均纬向风场和平均经向风场及其季节性变化。同时，在模式对流层之上加上平流层后改善了对流层上层环流的模拟。     

The horizontal distribution of space correlation coefficients of wind fluctuations in the atmospheric surface layer

The horizontal distribution of space correlation coefficients of wind fluctuations was investigated in the atmospheric surface layer. The observational network of wind sensors was arranged to form a two-dimensional extension in the horizontal plane. The shape of the distribution of the correlation coefficients was approximated by a group of concentric ellipses; streamwise and lateral integral scales were estimated as 75 m and 25 m, respectively. Taylor's frozen eddy hypothesis was tested using streamwise and time integral scales.     

东亚夏季环流的中期变动特征和可能机制

本文通过对1981年6—9月东亚夏季风系统中各成员功率谱和交叉谱分析，表明它们各自存在显著的准双周振荡，并且彼此相互联系，构成一种“自我调整”机制。