用双通道动态阈值对GMS-5图像进行自动云检测

该文用双通道动态阈值法对GMS-5图像进行自动的云检测。在红外通道和可见光通道，分别对每32×32个像元组成的像元阵进行直方图统计，求出区别云和地物值域的阈值，然后对每个像元阵内的逐个像元进行云判识。讨论了在进行直方图分析以求取阈值的过程中，像元阵大小的选取和动态平滑间距的选取对云检测结果的影响。分析结果表明:像元阵大小取32×32时，像元阵所占的地域空间尺度足够小，像元阵内的观测像元样本数足够多，保证了在直方图聚类分析时，每一类含有足够多的样本；GMS-5观测图像的红外通道对原始直方图进行二次平滑时小平滑间距取1.6 K，可见光通道小平滑间距取1.2%，使得确定动态阈值时步长相对小，保证了分析的精度。用目视图像对分析结果进行真实性检验，在中低纬度地区，可见光和红外两个通道都有资料时，该算法的云判识精度较好。在高纬度地区，由于地表温度低，积雪覆盖多，太阳光照角低，该算法的云判识精度较差。     

FY 2F卫星和毫米波云雷达云高观测的个例对比分析

风云二号静止卫星上装载有可见光、水汽、中长波红外等探测通道,其中红外通道资料可提供卫星云顶温度数据。基于FY-2F静止卫星云顶温度资料,结合局地实时探空数据对北京南郊和朝阳站点上空云层进行云高反演,并展开与地基毫米波云雷达探测云顶高关系的对比,分析3种不同云厚(薄云、适中、厚云)条件下的云高观测结果。研究结果表明,二者云顶高匹配度受几何云厚的影响,其吻合度呈现出厚云最佳,薄云最差的特征。     

不同观测分辨率强台风云系的遥感特征

静止气象卫星的快速区域扫描是监测不同天气过程的有利手段。以获取的风云静止气象卫星快速区域扫描数据为基础,选取2011年台风梅花(1109)及2012年台风海葵(1211)的观测数据,采用Hovm(o|¨)ller分析图、变异系数等参数,研究不同时空分辨率观测数据对台风云系结构特征参数监测的敏感性影响。分析结果表明:可见光通道10 min观测时间间隔配以1.25 km空间分辨率可以很好地反映云系演变特征,在相同观测时间分辨率条件下,降低空间分辨率会对云系结构特征的提取有较大影响;在相同空间分辨率条件下,观测时间分辨率的降低对云系结构及演变特征的分析影响较小;基于变异系数的分析说明云像元特性在60 min的观测时间间隔下发生了较大变化,如果以60 min为观测时间间隔将会失去较多的云像元变化特征。水汽通道不同观测时间的变异系数差值小于红外通道1,说明云像元在红外通道1的特性演变对观测时间的敏感性高于水汽通道,提高观测频率可获取更多的云像元红外通道1的辐射特性。     

利用卫星资料研究云对地面净辐射的影响

采用2002年1月、2月、7月、8月每日8～16时(北京时间)的GMS-5卫星云图资料以及相同时次的漠河和郑州两个辐射站的地面净辐射资料,通过读取红外1、红外2、水汽和可见光云图上的卫星计数值,并将卫星计数值按照GMS-5定标表转换成亮度温度和反射率,最终形成一套利用卫星资料研究云对地面净辐射影响的数据集。采用统计的方法将地面净辐射与影响地面净辐射的各因子：太阳天顶角、地面及云面反射率等有关因子进行拟合,发现地面净辐射与这些因子之间有很好的相关性,特别在引入卫星红外通道亮温值减水汽通道亮温值这一因子后,在有云状况下,拟合的相关系数有较明显的提高,原因可能是这一因子包含了云分类的信息,这一方法的提出为利用卫星资料研究云对地面净辐射的影响提出了一个新的思路。     

静止卫星云导风的质量控制及在同化中的应用

静止卫星云导风的同化一直以来是卫星资料同化中亟待解决的问题之一,其质量控制是关键。该文针对全球静止卫星云导风的红外、水汽和可见光通道在空间区域的误差特点确定相应的QI阈值,进行了质量控制和等距稀疏化工作,并考察了质量控制前后云导风数量的垂直分布特征。研究表明:质量控制后,红外通道云导风占绝大多数,水汽通道次之,可见光通道最少。最后,文章设计了3个试验方案进行数值模拟,对比分析了云导风在质量控制前后对预报的改进效果,结果表明:加入经质量控制的云导风资料后能有效减小分析场在中高层的误差;经过质量控制后的云导风对全球中短期数值预报 (1~5 d) 有明显的正预报效果。     

用红外和水汽两个通道的卫星测值指定云迹风的高度

提出了一种改进的用红外和水汽两个通道的测值指定云迹风高度的算法。利用红外水汽散点图和云迹风本身自动地将有低云的目标区、有半透明卷云的目标区、有密蔽高云的目标区分开。在有低云的目标区和有密蔽高云的目标区用红外一个通道指定云高。在有半透明卷云的目标区用红外和水汽两个通道指定云高。在用两个通道的测值指定云高时，假定卷云高度以上不存在水汽，以红外和水汽两个通道亮温相同这个方程与两个通道辐射测值线性相关的方程联立解出云的高度     

西藏地区雷暴的卫星云图特征研究

利用2006～2008年FY2-C卫星资料和西藏自治区雷暴记录资料,采用通道差异及云指数法对西藏地区雷暴在卫星云图上的特征进行了分析研究。结果表明,雷暴开始时刻,拉萨、日喀则、当雄卫星通道差异和云指数特征明显,红外-分裂窗亮温差值为-5～5℃、红外-水汽亮温差值为-10～10℃和FYCDI云指数为-0.11～0.28K,能较好指示西藏雷暴的开始。从初始时刻至成熟强盛阶段,雷暴的红外和水汽亮温均表现出强烈的降温,其中,雷暴开始时红外和水汽亮温下降约15℃左右,并于1～2小时后达-70℃左右的最低值,达雷暴强盛阶段;成熟阶段雷暴的红外-水汽亮温差值为0～-5℃,FYC_TS值为0左右。      

多通道卫星云图云检测方法的研究

通过对2002年7、8、9三个月，范围为(8.65°N～59.65°N，73.22°E～134.42°E)的GMS-5卫星云图3000多次数字资料的取样，根据遥感原理和样本统计特征，探讨了常用的通道阈值法云检测方法，并尝试建立了红外分裂窗通道差值法和通道综合运算法的云检测方法。通过各种检测方法比较分析后发现:对通道阈值法，只要用红外一和可见光两个通道的阈值，就可得到较好的检测效果，但用这种方法阈值要随着太阳高度角和季节的变化发生相应的变化，虽阈值变化的幅度不大，却会对云检测工作带来很大的不便。此外，该方法云检测的结果存在地理位置的影响，即检测出的云量在中低纬度偏多而较高纬度偏少。作者建立的通道综合运算云检测方法，不仅改善了地理位置的变化对云检测带来的影响，而且通过红外分裂窗通道差值检测，可减弱太阳高度角的影响，减少了检测过程中阈值变化的繁琐，同时得到了更好的检测效果，检测结果与其可见光图像中的云区相比基本符合。     

MODIS多光谱云相态识别技术的应用研究

介绍了卫星多光谱云相态识别的基本原理, 并给出了EOS/ MODIS云相态识别的流程。针对简单和复杂云场, 利用个例并结合无线电探空资料与MODI S三通道合成图肯定了多光谱云相态识别的合理性和实际效果。文中对几个特定天气系统(西南涡旋和西太平洋台风)下大面积云场相态分析的结果表明:多光谱云相态识别技术有一定应用价值, 且需要引入可见光技术来减少红外谱段对多层云覆盖和薄卷云的相态分析误差。     

利用MODIS和CERES遥感数据研究青藏高原的云辐射强迫效应

准确估算青藏高原的云辐射效应,对分析该地区的近地面感热通量十分重要。本文首先利用加权平均方法,分别将中分辨率成像光谱仪(MODIS)、测云雷达(CPR)和云与地球辐射能量系统(CERES)的像元数据进行融合。利用这些数据,分析了青藏高原上多云个例(2017年5月5日)与少云个例(2017年8月2日)情况下的可见光通道和热红外通道的信号、云参数和大气长短波辐射强迫等的差异。研究表明,少云时高原地区的大气顶大气长波辐射强迫为108.3 W·m-2,多云时为104.5 W·m-2。同时少云个例中塔里木盆地的大气顶大气长波辐射强迫为200.7 W·m-2,表明该辐射强迫受到地表热力状况影响较大。深厚与浅薄云区的云顶高度相差不大,但多云个例中深厚云区的短波辐射强迫是浅薄云区的2倍多,这一比例远大于长波。这表明短波辐射强迫对云厚度较敏感。最后,本文分析了CERES观测的大气顶长短波辐射分别与MODIS热红外和可见光通道之间的关系,结果表明它们存在很好的相关性(相关系数超过0.95),MODIS的可见光通道可以用于估算大气顶的短波辐射量,而MODIS的热红外通道只可用来估算云区的大气顶长波辐射量。     

全球和区域分析的混合方案对区域预报的影响试验

区域分析采用局地高密观测资料,往往分析的中小尺度信息较丰富;全球分析同化全球覆盖的卫星观测资料,而且不受侧边界条件影响,对天气系统大尺度部分描述得更好。基于以上原因,为了提高区域模式的分析预报水平,本文尝试在区域模式中引入全球分析中的大尺度部分,通过DCT方法对全球T639模式分析和区域GRAPES模式分析进行谱分解,获得综合全球大尺度和区域中小尺度信息的混合分析。动能谱分析结果表明,GRAPES分析场的动能谱能量在中小尺度部分比T639全球分析略大,经过混合分析后,动能谱能量更接近理想曲线。一个月的分析预报试验结果表明,混合分析的高度、温度和风场的分析质量有明显提高,风场6 h内的预报也比区域分析有改进;而且全国平均ETS降水评分在各个降水量级上都有明显改进。     

气候序列不连续点的小波分析和混合聚类分析

不论是单纯的小波分析还是单纯的非参数分析法都有其局限性.当样本量很大时,Fisher算法的计算量也是很大的,而且它不具有谱系结构,因此,为了保证谱系结构以及较快的计算速度,作者以小波变换和聚类分析相结合的方法来研究各类不连续点,给出了相应的算法和实验分析,并且实验结果给出了各类不连续点位置的比较精确的估计.     

不同计算形式的相关分析在气象中的应用综述

相关分析在气象科研和业务中具有广泛应用,是定量分析气象变量之间关系的重要工具。首先系统综述了气象科研与业务中不同计算形式的相关分析算法,然后重点阐述了相关分析在气象领域应用的最新进展,特别是全窗口滑动相关和相关系数的扫描式多尺度突变检测算法。接着介绍了大数据研究领域中新发展的相关分析算法,简析了其对气象相关分析的启示。最后分析了气象相关分析中存在的问题,并且对相关分析在气象领域未来的发展趋势进行了展望。      

气象部门人事管理岗位培训需求研究

干部教育培训是干部队伍建设的先导性、基础性、战略性工程。加强气象部门人事管理岗位培训需求研究,对于提高气象部门组织人事工作水平具有重要意义。文章引入气象培训需求分析模型,从战略和组织分析、任务分析、人员分析、人口统计分析和区域差异分析五个方面进行培训需求分析,探索建立了气象部门人事管理岗位培训需求要素体系,为培训提供相关建议。     

多源异构日志综合分析技术研究与实践

多源异构日志分析技术是目前国内外网络安全领域的研究热点.首先,提出了一种包括聚焦分析、统计分析和因果关联分析在内的多源异构日志综合分析模型,引入重要度评价方法对日志信息进行聚焦分析,并通过实例加以说明;然后探讨了多源日志因果关联分析算法;最后利用网络实例数据,对所提出的综合分析模型和算法进行了验证.结果表明该模型和算法是可行的和有效的.     

迭代集合平方根滤波在风暴尺度资料同化中的应用

本文根据最新的非同步(Asynchronous)算法设计了一个迭代EnSRF(iterative Ensemble Square Root Filter,简称iEnSRF)方案。在这个迭代方案中,同化时刻的背景场和一个较早时刻的背景场将被同时更新,得到两个时刻的分析场,然后预报模式从较早时刻的分析场再次进行集合预报到同化时刻,最后重复前面两个步骤,实现对同化时刻背景场的迭代分析。在一个理想风暴个例上,本文通过模拟雷达资料同化对这一方案进行了检验,对比了传统EnSRF方案和iEnSRF方案的同化效果。此外,本文还讨论了只在同化时刻一个时间层上进行迭代的情况。同化单部模拟雷达资料的试验表明iEnSRF方案能够在初始估计缺少风暴信息的情况下较好地还原风暴中垂直运动和潜热释放之间的正反馈关系,显著提高初始分析的质量并加快随后同化的收敛速度。而传统EnSRF在这一初始估计较差的情况下不能在初始分析中有效估计这一相关关系并导致其收敛速度较慢且收敛误差较大。当只涉及一个时间层时,迭代算法并不能取得比传统EnSRF更好的效果。这一结果表明重复使用观测的算法只有在涉及两个时间层时才能改进最终的分析结果。在同化两部模拟雷达资料的试验中,iEnSRF的初始分析仍然优于传统EnSRF的初始分析,并在对流层高层取得显著改进。单双雷达资料同化的试验结果对比表明,单纯增加观测数量并不能显著改进传统EnSRF对非观测变量(比如温度)的分析,而iEnSRF则能够更加充分地利用更多的观测进一步提升初始分析的效果。     

A COMPARISON OF THE BLENDING AND CONSTRAINING METHODS TO INTRODUCE LARGE-SCALE INFORMATION INTO GRAPES MESOSCALE ANALYSIS

To solve the problem of mesoscale analysis error accumulation after a period of continuous cycle data assimilation (CCDA), a blending method and a constraining method are compared to introduce global analysis information into the Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System mesoscale three-dimensional variational data assimilation system (GRAPES-Meso 3Dvar). Based on a spatial filter used to obtain a blended analysis, the blending method is weighted toward the T639 global analysis for scales larger than the cutoff wavelength of 1,200 km and toward the GRAPES mesoscale analysis for wavelengths below that. The constraining method considers the T639 global analysis data as an extra source of information to be added in the 3DVar cost function. The cloud-resolving GRAPES-Meso system (3 km resolution) with a 3 h analysis cycle update is chosen, and forecast experiments on an extreme precipitation event over the eastern part of China are presented. The comparison shows that the inclusion of large-scale information with both methods has a positive impact on the regional model, in which the 3 h background forecasts are slightly closer to the radiosonde observations. The results also show that both methods are effective in improving large-scale analysis while reserving the well-featured mesoscale information, leading to an enhancement in the balance and accuracy of the analysis. Subjective verification reveals that the introduction of large-scale information has a visible beneficial impact on the forecast of precipitation location and intensity. The methodologies and experiences presented in this paper could serve as a reference for ongoing efforts toward the development of multi-scale analysis in GRAPES-Meso.     

小波分析在大气边界层结构研究中的应用实例

将小波分析的方法应用于大气边界层风、温场结构的研究,表明了这种方法应用于大气边界层研究的优越性。小波分析方法与谱分析方法,多尺度分析方法可以互补。当研究不同尺度湍流的串级过程和突变气象场的位置时,小波方法更为优越。     

探空观测黑名单检查在变分同化系统中的应用

针对探空观测资料使用造成的某些区域GRAPES分析场存在虚假的高、低压系统问题,该文通过对比全球探空资料的位势高度观测与NCEP分析场,统计站点中观测质量较差的时次出现频数,确定探空位势高度观测黑名单。研究表明:500 hPa在印度地区、北大西洋和南极洲附近的探空位势高度观测与NCEP分析场的均方根误差在30 gpm以上的站点较多,且位势高度观测不可靠观测比率为20%以上的站点主要集中这些区域,以上观测站均列入黑名单。文中在GRAPES全球三维变分分析场的质量控制中加入探空位势高度观测黑名单检查,通过6 h分析预报循环试验表明:探空位势高度观测黑名单检查能有效提高分析场质量,GRAPES位势高度分析场在南极洲附近和印度地区有所改善。     

统计方法在中国农业气象中的应用进展

统计学是目前农业气象工作中最有效并广泛应用的研究工具,农业气象统计比一般生物统计和气象统计有着更广泛的内容和应用更复杂的特点。统计方法被广泛应用于农业气象试验数据处理与监测评估和农业气象预报中,其中有统计假设检验、分布函数、相关和回归分析、聚类分析、小波分析、经验正交函数分解、灰色关联分析、时间序列分析、人工神经网络等,每种统计方法都有自身的优点和不足。统计方法在农业气象中的运用,取得了许多成果,但也存在不足。今后,应结合农作物生长发育的机理,深入理解各种统计方法的数学原理,加强统计方法应用的规范性,以减少应用统计方法解决农业气象研究问题中常出现的简单照搬、应用盲目的现象;应强化假设检验在农业气象试验数据分析方面的应用、概率密度和分布函数的适用性等方面的研究,加强相关和回归分析方法应用的数据独立性检验,注意灰色关联分析法、人工神经网络法和回归分析法等不同预测方法应用结果的比较,为统计方法在农业气象中的规范化应用提供参考。