一次强降水风暴回波合并前后双偏振特征分析

基于济南S波段双偏振多普勒天气雷达探测数据,结合卫星、探空和地面实况资料,对2020年8月6日发生在山东曲阜一带的强降水风暴合并前后双偏振参量特征和微物理特征进行分析。结果表明:(1)云带之间产生多次合并,合并后风暴加强发展,产生较大的分钟降水量和累计降水量。(2)新生单体最典型的双偏振特征是具有大的Z_DR和CC,以少许液态粒子为主;新生单体迅速发展过程中上升气流强度明显加强,出现明显的K_DP柱和Z_DR柱,液态粒子浓度明显增大并出现偏大的液态粒子。(3)合并后发展的主要特征是,风暴顶高、强回波区顶高和K_DP柱明显增高,-10℃层高度以下,特别是在风暴底层K_DP值明显增大。(4)合并之后风暴发展最典型的微物理特征是,-10℃层高度之下液态雨滴粒子浓度迅速增大,-10℃层高度之上冰晶或霰粒子层的厚度明显增大。发展旺盛的风暴中、低层有丰富的液态水,风暴高层含有丰富的冰相粒子,从而导致风暴产生高强度降水。     

顶点Pk覆盖问题的研究综述

顶点覆盖问题是经典的NP完全问题,在排序、计算机网络等现实生活中有许多的应用.近几年来,许多研究者开始探究它的推广形式——顶点P_k覆盖（VCP_k）问题,即寻找一个顶点子集,从拓扑结构图中删除后使得剩下的顶点导出的子图不包含P_k路,其中P_k是指包含k个顶点的路.本文简单介绍了VCP_k问题的应用背景,归纳了它在近似算法、精确算法、参数化算法3个方面的主要研究进展,并分析了一些主要的方法和技巧.在此基础上,对VCP_k问题及其相关问题的研究前景进行了展望.     

北上台风暴雨过程涡散场的能量收支和转换特征

利用辐散风和旋转风的动能收支方程,对北方一次北上台风倒槽暴雨过程暴雨区内的涡散场能量收支和转换进行了计算.结果表明:暴雨区内动能的增加是暴雨增幅的一个主要原因.暴雨发展时,就旋转风动能(K_R)而言,旋转风动能通量(HFR)辐合是主要能源,而旋转风的动能产生项(GR)是主要能汇;就辐散风动能(K_D)而言,辐散风的动能产生项(GD)是主要能源,辐散风动能通量(HFD)辐散是主要能汇;总动能水平通量(HF)提供的辐合主要表现于对流层中、低层,这就使得低层辐合加强,上升运动加强,有利于暴雨的增幅.在暴雨过程中次网格尺度效应由能源转变为能汇,在暴雨发展之时能汇减小;能量的转换项C(K_D,K_R)总为正值,在转换项中,地转效应项的贡献很大.说明暴雨过程能量均由K_D向K_R转换,也就是说有效位能经K_D向K_R转换,充分说明了在整个暴雨过程中,尽管辐散风动能变化(∂K_D/∂t)很小,但是它在其中充当“桥梁”作用,C(K_D,K_R)在暴雨发展时达到最大,此时能量转换最为旺盛;对流层低层辐散风动能向旋转风动能的转换是暴雨产生和发展的重要条件.此次暴雨过程,在暴雨区内表现为斜压不稳定和正压稳定共存的特征,其发展过程是系统斜压不稳定增长,正压稳定性减弱的过程,暴雨增幅的另一个重要原因就是暴雨区内低层斜压的发展.     

基于负μ传输线的电偶极子和环天线设计

负μ传输线是一种通过串联电容加载来获得等效负磁导率的人工电磁材料,利用其零传播常数的性质,可以设计具有无限大波长且谐振频率与尺寸无关的谐振器,从而实现天线的小型化和宽带化.本文以基于分段线结构的负μ传输线为例,分别设计了具有宽带特性的电偶极子和环天线.测试结果表明长度为107 mm（1.03λ₀@2.9 GHz）的电偶极子可获得的阻抗带宽约为1.4 GHz（2.2~3.6 GHz,48%）,并且该天线在工作带宽内具有稳定的E面方向图.直径为52 mm（0.5λ₀@2.9 GHz）的环天线可获得的阻抗带宽约为1 GHz（2.4~3.4 GHz,34%）,并且环上具有均匀的电流分布,从而具有磁偶极子的辐射特性.测试和仿真结果吻合较好.     

ENERGETIC DIAGNOSIS FOR TWO KINDS OF LOW LEVEL JETS

On the basis of the budget equations for K_R and K_D, this paper presents the horizontal pattern of budget terms for two kinds of low level jets (LLJ) with and without heavy rain. The results show that the mechanisms for generating and maintaining LLJ are different, and especially, the direction of energy conversion is opposite. A positive conversion from K_D to K_R appears to be a necessary but not sufficient condition in the lower troposphere near the heavy rain area. The intensity and direction of energy conversion depends not only on the relative position of vorticity and divergence field, but also on the vertical profile of the jets directly.     

FEATURES OF ENERGY BUDGET AND CONVERSION OF DEVELOPED AND UNDEVELOPED TROPICAL CYCLONE

With two cases of local tropical disturbances in both developed and undeveloped phases, contributions to the genesis and development by kinetic formation and transfer from divergent and nondivergent winds are studied using energy budget equations. Computations are done of conversion kinetic energy between the two types of winds. The result indicates that the subgrid scale effect is the principal source of kinetic energy for a tropical cyclone to grow into a typhoon; the cumulus convection plays a dominant role, in company of relatively weaker contributions on vdrious phases of the life cycle by convergence of fluxes of divergent and nondivergent winds as well as the formation of kinetic energy by the former wind. It is also suggested that the conversion of kinetic energy between the divergent and nondivergent winds C(K_x, K_ψ)is increasing with the development of disturbance mainly due to the contribution by C₁=f^▽Χ^▽ψ. The disturbance is shown in the distribution of C(K_x, K_ψ) to increase in a favorable anticyclonic outflow corresponding to the upper level where the conversion becomes negative in developing and mature phases while the wind velocity increases with enhanced conversion fr0m K_x to K_ψ the lower level in association with the growth of the disturbance. In addition,geopotential energy P converts to kinetic energy of the divergent wind in every stage from formation to mature of the disturbance by means of C(P, K_x), the maximum appearing on the middle and upper layers of the troposphere.The intensity of C(P, K_x) is consistently in phase with variation of C(K_x, K_ψ).     

基于不同邻近标签数选择的LANDMARC定位算法研究

对于基于射频识别的LANDMARC室内定位算法而言,该系统采用"k近邻"算法,通过选取k个与待测标签相邻且符合特定条件的参考标签,最后根据这些标签的位置结合权值估算出待测标签的坐标信息.但是在实际的操作过程中,最近邻参考标签数的选取无指导原则,具有一定的盲目性.针对这一问题,通过选取与待定位参考点最近邻的参考节点作为未知点,通过搜索法获得最优的邻近标签数k,在随后的未知节点的定位过程中,选取k个邻近标签进行定位.经过多次实验,最终得出结论,使用改进后的LANDMARC算法的性能要优于原来经典的LANDMARC算法,精确度提升了10%左右,同时避免了k值选取的盲目性.     

台风区和外围暴雨区的旋转风、散度风动能收支

用完全的散度风(v_D)和旋转风(v_R)动能收支方程对8116台风和8407台风以及8116台风与其外围暴雨区的关系作了讨论。结果表明:台风区的有效位能通过散度风动能(K_D)转换为旋转风动能(K_R).台风向区域外部输出动能,在暴雨区上空通过涡度、散度场相互作用的转换机制由K_R向K_D转换,散度风加大触发对流发展产生暴雨,这可能是台风与其外围暴雨联系的一种能量过程。     

暴雨发生前AIRS卫星资料适用性检验研究

利用AIRS卫星产品中的气温和水汽资料,计算出K指数(I_K)和沙氏指数(I_S)这两种大气不稳定指数。对暴雨发生前6 h左右这两种大气不稳定指数进行统计分析。统计结果表明:在暴雨发生前6 h左右,80%左右的暴雨发生在I_K >27.5℃或I_S <3℃的情况下。由于I_K的分布与暴雨发生的频率基本呈现出较为明显的递增变化,因此I_K与I_S相比能更好地反映暴雨天气的发生。为了更好地描述暴雨发生前的大气不稳定特征,将AIRS计算的I_K和I_S做了适当的结合,得到KS指数(I_KS)并将其运用到一次暴雨个例进行验证,从验证效果来看:暴雨发生的区域在6 h前基本都处在了I_KS较高的情况下,I_KS对暴雨具有一定的指示意义。通过对暴雨区域像元中AIRS反演的气温和水汽误差分析中可以得出:AIRS计算的I_K和I_S误差主要由AIRS在有效云量较高时850hPa高度上反演的气温以及700hPa和850hPa高度上反演的水汽的误差导致的。     

A Quality Assurance Procedure and Evaluation of Rainfall Estimates for C-Band Polarimetric Radar

A mobile C-band dual polarimetric weather radar J type (PCDJ), which adopts simultaneous transmission and simultaneous reception (STSR) of horizontally and vertically polarized signals, was first developed in China in 2008. It was deployed in the radar observation plan in the South China Heavy Rainfall Experiment (SCHeREX) in the summer of 2008 and 2009, as well as in Tropical Western Pacific Ocean Observation Experiments and Research on the Predictability of High Impact Weather Events from 2008 to 2010 in China (TWPOR). Using the observation data collected in these experiments, the radar systematic error and its sources were analyzed in depth. Meanwhile an algorithm that can smooth differential propagation phase (Ф_DP) for estimating the high-resolution specific differential phase (K_DP) was developed. After attenuation correction of reflectivity in horizontal polarization (Z_H) and differential reflectivity (Z_DR) of PCDJ radar by means of K_DP, the data quality was improved significantly. Using quality-controlled radar data, quantitative rainfall estimation was performed, and the resutls were compared with rain-gauge measurements. A synthetic Z_H/K_DP-based method was analyzed. The results suggest that the synthetic method has the advantage over the traditional Z_H-based method when the rain rate is >5 mm h^-1. The more intensive the rain rates, the higher accuracy of the estimation.     

加解密技术在我国新一代气象卫星数据传输中的应用

我国新一代气象卫星探测资料种类繁多,资料发送方式多种多样,为了保证某种探测资料在特定环境下的授权使用,在数据传输过程中采用了加密和解密技术。在星上,对将要传输的数据通过分配的加密密钥进行加密处理;在地面,只对授权用户分配解密密钥,保证授权用户可以对接收到的数据进行解密处理,把数据恢复为可用状态。本文介绍了应用在新一代气象卫星数据传输过程中的加解密算法,并讲述了应用软件实现地面解密的过程。     

农产品气候品质认证与溯源平台的设计与实现

为改进现代农业气象服务技术水平,推进气象为农特色服务,提升农产品的品质,提高为农服务效益,基于J2EE技术架构,利用Eclipse开发环境,开发了农产品气候品质认证与溯源平台。该平台采用3层Web体系结构和MVC模式,设计了接口层、系统平台基础设施层、JSP通用架构框架、业务服务层、Web应用层组件,有效地提高了系统的安全性、可移植性以及开发效率。详细介绍了系统总体架构、工作流程和关键技术,其中认证模块采用了平台评分与专家评分相结合的模式,提高了认证信息的可靠性;溯源模块采用了AES和RSA混合加密算法生成二维码,保证了农产品溯源系统的安全性。     

冰雹指数产品剖析及在灾害性强降水预报中的应用

深入研究了新一代天气雷达产品——冰雹指数的算法HDA，并分析讨论了算法的早期版本（7．0）和改进版本（10．0）的设计思路和优缺点，指出冰雹探测算法的思路与预报局地暴雨的思路相似，都是建立在对风暴单体中高反射率因子探测的基础上。据此，首次提出根据不同季节，利用冰雹指数预报灾害性强降水（冰雹和局地暴雨）的设想。通过对大量强降水个例中冰雹指数HI、垂直液态水含量VIL等雷达产品的统计分析和研究，总结了利用冰雹指数预报上海地区灾害性强降水的一些基本方法和算法阈值设置，以期为预报业务部门更好地使用新一代天气雷达导出产品提供一些参考信息。     

基于图卷积网络的多标签食品原材料识别

当前,食品图像的营养成分识别主要还是集中在食品类别的识别以及作为多标签任务的识别.但是这两种方法并不具备很好的判别性,因为它们忽略了原材料之间的潜在关系.因此,本文在前期工作的基础上引入了原材料之间的关系.具体地说,我们的工作主要分为图像特征提取和原材料关系学习两部分.图像特征提取通过卷积神经网络提取到图像的低维特征向量.图卷积网络通过使用图数据（图的每个节点表示原材料的词嵌入,边表示节点之间的相关性）,将图数据直接映射到一组相互依赖的分类器中,并与图像的低维特征向量融合,最后进行分类.通过在Food-101和VireoFood-172两个食品数据集上进行实验,并与当前最好的实验模型进行对比,发现基于图卷积的食品多标签分类方法可以有效地提高食品图像的分类性能.     

基于对等网络技术的气象数据共享服务应用

气象数据共享业务广泛采用了单一资料源向各个目标节点分发的方式,针对这种共享业务的特点,设计并实现了一种基于对等网络技术的气象数据共享应用,提供资料源的共享发布以及节点间的共享访问功能。该应用通过搭建的仿真平台模拟实际业务应用,验证了在全国气象宽带网络上实现共享传输的可行性。在随后的小范围业务试验中进一步证明了该应用能够在特定的业务场景中不增加中心节点资源消耗而提升数据共享的传输效率。     

基于仿生硬件的无线传感器网络节点自修复方法

针对现有无线传感器网络节点硬件固定,不能重新配置的问题,设计了一种全新的基于仿生硬件的无线传感器网络节点自修复方法,采用仿生硬件实现动态可重构无线传感器网络节点,以使节点能够自主地、动态地改变自身的结构和行为,在其部分硬件失效情况下进行节点的仿生自修复.该研究提出了相关节点的仿生自修复方法,研制了基于现场可编程阵列的仿生自修复节点,并通过实验验证了节点的自修复能力.对于提高无线传感器网络的鲁棒性和安全性具有重要意义.     

气象无线传感网观测节点的设计与实现

针对传统自动气象站对电力和通讯基础设施依赖性强,应用环境受到限制的问题,设计并实现了一种基于无线传感器网络的气象观测节点。气象观测节点的硬件系统以CC2530芯片为核心,使用锂电池供电,通过模拟和数字接口连接气象传感器,射频部分工作在2.4 GHz。软件系统以TinyOS操作系统为基础,开发了基于LEPS协议的多跳路由协议和气象传感器驱动程序。在野外环境中对气象观测节点的功耗、通信距离、传感器及组网性能进行了测试。测试结果表明,气象观测节点在没有电力和通信基础设施的环境中能够形成一个稳定的多跳自组织数据采集与传输网络,适合在高山、海岛、沙漠等艰苦地区进行部署和应用。     

基于MapReduce计算模型的气象资料处理调优试验

云计算技术使用分布式的计算技术实现了并行计算的计算能力和计算效率,解决了单机服务器计算能力低的问题。基于长序列历史资料所计算得出的气候标准值对于气象领域实时业务、准实时业务及科学研究中均具有重要的意义。由于长序列历史资料数据量大、运算逻辑较复杂,在传统单节点计算平台上进行整编计算耗时非常长。该文基于Hadoop分布式计算框架搭建了集群模式的云计算平台,以长序列历史资料作为源数据,基于MapReduce计算模型实现了部分整编算法,提高计算时效。同时,由于数据源本身具有文件个数多、单个文件小等特点,对数据源存储形式及数据文件大小进行改造,分别利用SequenceFile方式及文本文件合并方式对同一种场景进行计算时效对比测试,分别测试了10个文件合并、100个文件合并两种情况,使时效性得到了更大程度的提升。     

Analysis of sky conditions using 40 year records of solar radiation data in China

Summary Forty years of daily global and diffuse radiation data have been used to characterize the atmospheric optical conditions at 14 premium radiation stations in China. The clearness index (K _T ), diffuse ratio (K _D ), and diffuse coefficient (K _C ) have been analyzed for long-term and seasonal variations, correlations of relative sunshine (R _S ) versus clearness index and diffuse coefficient, respectively. Two polynomial models have been developed to simulate clearness index and diffuse ratio by using relative sunshine data and have been shown to be reasonable at most of the 14 stations. The results show that there are significant declining trends in clearness index and increasing trends in diffuse ratio at most of the 14 premium radiation stations, but there are no significant trends for diffuse coefficient. The seasonal variations of clearness index are determined by the regional climate and changes with relative sunshine.     

Regime Diagrams for <Emphasis Type="Italic">K</Emphasis>-Theory Dispersion

In atmospheric dispersion, the “non-Gaussian” effects of gravitational settling, the vertical gradient in diffusivity and the surface deposition do not enter uniformly but rather break up parameter space into several discrete regimes. Here, we describe regime diagrams that are constructed for K-theory dispersion of effluent from a surface line source in unsheared inhomogeneous turbulence, using a previously derived Fourier–Hankel method. This K-theory formulation differs from the traditional one by keeping a non-zero diffusivity at the ground. This change allows for turbulent exchange between the canopy and the atmosphere and allows new natural length scales to emerge. The axes on the regime diagrams are non-dimensional distance defined as the ratio of downwind distance to the characteristic length scale for each effect. For each value of the ratio of settling speed to the K gradient, two to four regimes are found. Concentration formulae are given for each regime. The regime diagrams allow real dispersion problems to be categorized and the validity of end-state concentration formulae to be judged.