基于SRTM数据的天气雷达探测环境分析研究

利用SRTM高程数据作为选址基础数据,结合天气雷达工作方式和探测方法,计算得到天气雷达在0.5°、1.0°、2.4°仰角上地物遮挡情况;利用高程格点数据获得3个仰角的地物剖面数据,提高了SRTM数据利用精度和运算速度;分析中结合地球曲率和电磁波折射影响,改进算法获得站点遮蔽角图,站点上空1 km、海拔3和6 km等射束高度图及数据,该分析结果充分体现了SRTM数据的高分辨率特点。最后将结果数据与GIS地图结合,完成了四川省天气雷达网探测环境分析,并给出了各个台站评估结果。     

基于SRTM地形数据天气雷达地形遮挡分析系统开发及应用

天气雷达是目前对强对流、台风、暴雨等天气过程进行精细探测的重要手段之一,其观测数据对天气预报业务起着关键的作用。天气雷达的探测能力会受到雷达所建位置四周地形遮挡影响。因此合理的雷达选址能更大程度地发挥出雷达的探测能力。基于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台获取的SRTM地形数据,利用MATLAB工具开发天气雷达地形遮挡分析系统,实现一键智能绘图,获取天气雷达遮蔽角图、各方位遮蔽角柱状图、等射束高度图及等射束高度拼图,提高雷达选址的工作效率。通过仿真试验测试系统功能,通过实例应用实际分析拟建站点地形遮挡情况。同时,系统新加入智能分析结果为雷达建站选址提供相应的分析,并具备人工补偿功能可将人工现场观测数据加入结果中完善雷达建设选址。      

新一代天气雷达站址选择及净空条件分析

随着青海省三江源人工增雨工程的实施,拟在青海省气象台站建设新一代天气雷达,为了使新一代天气雷达发挥其最大效益,其雷达站址选择和净空条件分析十分必要。本文将新一代天气雷达站址选择及净空条件分析的基本方法和思路做一介绍给,供参考。     

基于预测的双线偏振天气雷达数据无损压缩算法

随着双线偏振天气雷达技术的发展,雷达提供的探测参量越来越多,数据精度不断提高。探测性能提升使得天气雷达数据量急剧增长,数据存储和传输是雷达网络化应用中需要解决的重要问题。数据压缩算法用于减小传输和存储的数据量,但通用的数据压缩算法并未充分考虑双线偏振天气雷达数据的特点。文中提出适用于双线偏振天气雷达数据压缩算法（DPRC）,使用径向预测减小天气雷达数据相关性,实现了天气雷达基数据的高效无损压缩。使用CSU-CHILL雷达数据和双线偏振改造后的CINRAD SA雷达对DPRC的算法性能进行评估,试验结果表明,DPRC较通用的压缩算法压缩率更高,适用于高分辨率双线偏振雷达数据无损压缩。      

在天气雷达信号处理器中用IQ信号消减地物杂波

地物杂波的检测和处理对雷达数据质量有重要的影响。常规的地物杂波检测依赖于晴空条件下的杂波图,人工判别,后来采用GAMP滤波器进行全程自适应滤波处理,该法在对地物抑制的同时对天气信号的损失较大,现探究比较多的方案是先自动识别地物,后结合滤波器对地物进行处理,在抑制地物的同时减少对天气信号的损耗。该算法基于IQ信号,利用已在C波段天气雷达中进行实验的SCI算法的4个判别因子,引入模糊逻辑理论,重新设计算法识别流程,并应用于我国S波段天气雷达中。通过实例对比杂波消减决策（CMD）算法对同一天气过程的识别与抑制的结果,发现该算法对气象回波的误判率低于CMD算法,对地物的识别率与CMD算法相当。     

基于注意力反向投影网络的天气雷达回波超分辨率重建算法

高分辨率的天气雷达数据能揭示探测天气目标的精细结构,对灾害性天气分析和预报预警至关重要。提高天气雷达反射率数据分辨率可以提升现有业务天气雷达对中小尺度强对流灾害性天气的监测和预警能力。本文在不改变雷达硬件的情况下,提出了基于注意力反向投影网络(Attention Back-Projection Network,ABPN)的天气雷达回波超分辨率重建算法用于提高雷达反射率数据分辨率。ABPN通过在深度反向投影网络(Deep Back-Projection Network,DBPN)中加入长短跳跃连接和通道注意力机制,对关键区域精细化重建结构特征。通过对实际天气过程超分辨率重建测试,结果表明,ABPN算法在雷达回波重建质量和主观视觉评估上有明显的优势,特别是在回波细节和天气雷达的边缘结构特征方面。     

相控阵天气雷达数据压缩技术

相控阵天气雷达较新一代天气雷达在时空分辨率上有明显的优势。随着探测能力的提高,相控阵雷达数据量急剧增长,数据传输和存储问题凸显。现有天气雷达数据压缩算法可以减少传输和存储的数据量,但现有算法并未充分考虑相控阵雷达特点,数据压缩率有较大提升空间。本文提出时空预测的相控阵雷达数据压缩算法(PARDC),使用径向预测压缩数据相关冗余。使用CHATOR雷达数据对PARDC的算法性能进行评估,试验结果表明PARDC较通用的压缩算法压缩率性能大约提升了24%。     

基于体扫模式的组合RHI自动实现算法

天气雷达的RHI扫描方式能够直观地提供云雨回波垂直结构的详细信息,因而该扫描方式在实际业务工作中,常常被用于人工影响天气的指挥作业。传统RHI方式需采用人工定位的手工操作方式,且只能获取指定方位空间的有限信息,这些都制约了新一代天气雷达全空域自动监测效能的有效发挥。在现有自动连续的体扫工作模式下,所开发的算法利用有限仰角层数据实现了自动组合"RHI"的功能,以增强基于现有新一代天气雷达业务扫描方式的业务产品功能。     

地面人工影响天气指挥系统产品算法优化

基于SWAN的TITAN产品、安全射界图技术,构建了地面人工影响天气指挥系统。为进一步提高该系统预警、作业建议产品的时效性和准确性,本文优化了预警和作业建议产品算法:1将原TITAN识别区域预警优化为TITAN外推路径区域的预警,减少了预警的漏报;2针对没有本站雷达的地市,使用全省雷达拼图数据存在时间滞后性问题,引入了数据延迟设置功能,对预警和建议产品的时间进行订正。通过算法的优化,系统可较好地满足地面人工影响天气作业指挥的业务需求,具有一定的推广价值。     

天气雷达数据三维可视化技术及应用

本文结合天气雷达数据三维空间定位公式与任意基线雷达反射率因子垂直剖面算法,提出三维可视化Marching Cubes改进算法,在该算法基础上研发天气雷达数据三维显示系统,并使用此系统对雷达观测实例进行了三维分析应用。结果表明:相对于二维平面的分析显示,三维可视化技术可以提高气象工作者对天气雷达回波数据的直观理解,更有效地分析出整个回波的轮廓和云内部回波分布情况,对于把握强回波的演变状况很有意义。     

降雨强度对激光雷达测风精度的影响研究

多普勒激光雷达在大气、环境以及风能等领域得到越来越广泛的应用，但对于复杂天气下多普勒激光雷达的适用性仍然有待深入研究。为此本研究采用2020年8—10月期间位于福建三沙的地基多普勒激光雷达与边界层高塔所搭载的超声风温仪观测的风场数据进行对比，发现多普勒激光雷达在水平风速、风向方面具有稳定的高精度探测性能，与超声风温仪之间相关系数达到了0.948和0.984。相比之下，激光雷达垂直风速的探测误差较大，与超声风温仪之间相关系数仅有0.353。研究发现，降雨强度与激光雷达垂直风速误差呈正相关关系，强降雨下垂直风速偏差最大可达到9 m/s。     

有关副热带太平洋对ENSO影响研究的综述

ENSO（El Niño-Southern Oscillation）的发生发展既受到来自热带西太平洋纬向海气过程的影响,也受到来自副热带太平洋经向海气过程的影响。本文概述了副热带太平洋海气异常影响ENSO研究方面的科学背景及研究进展,综述了前人提出的副热带太平洋大气海洋异常通过经向风应力以及北太平洋/南太平洋经向模态,影响ENSO发展演变的途径及相关物理机制,总结了近些年观测资料分析及数值模拟研究工作所提出的新观点,并讨论了相关研究中的学术分歧及有待进一步研究的问题。     

关于台风麦莎影响北京预报失误的思考

2005年第9号台风麦莎在浙江台州登陆后北上,北京市气象台于8月6日发布预报,认为受台风影响北京将出现暴雨天气过程。实况是北京城区只出现了小到中雨,郊区为中到大雨,只有东北部地区出现了暴雨。为了加深对华北台风暴雨的认识,应用常规气象资料、卫星云图对这次预报不理想的原因进行了分析。总结出的原因主要是（1）关于台风路径的数值预报误差较大,预报路径比实况偏西200km以上。（2）台风麦莎的结构不对称,云系和强降雨主要分布在台风的东部和北部,而北京处于台风的西北部。（3）台风外围的东南急流只出现在120°E以东,强度较弱。（4）华北高压的存在阻挡了河套西部冷空气东移,因而不能形成中低纬度系统相互作用的形势。针对上述分析提出了预报着眼点和改进预报服务的建议。     

基于ERP库存管理系统的实施评价方法

研究基于ERP库存管理系统实施评价指标权重的层次分析法与其信息的模糊处理,建立库存管理系统模糊综合评价的数学模型,并通过应用实例验证层次分析法与模糊综合评价相结合的库存系统实施评价方法的合理性和可靠性.     

水体对气温观测影响的试验分析

2011年项目组设计了浙江省大型水体观测试验方案,选择较大水体,在其上、下风方向特定距离处布设自动气象站,同步观测各站气温,研究气温受水体影响的量化规律。结果表明,水体对周边陆地有白天降温、夜间增温效应,且离水体越近,这种效应越明显;夜间升温效应比白天降温效应显著,3—5月白天降温效应比1—2月明显;在一天中正午的降温影响最大;2km2的水域对下风向100m范围内温度观测有明显影响,100m以远影响不明显。该研究对量化水体影响的范围和量值进行了有益的探索,为气象站科学选址提供了依据。     

气侯变化对人体健康影响的研究进展

从高温热浪、极端气候事件、空气污染、海平面上升等角度综述了气候变化对人类健康的影响,就气候变化对媒介传播性、水源性、食源性、呼吸道传染病以及部分慢性非传染病的影响进行了阐述,并提出了该领域亟待解决的科学问题和研究重点,包括法律体系的建立、机理的研究、疾病负担的测量以及成本效益分析等.     

气候变化对人体健康影响的研究进展

从高温热浪、极端气候事件、空气污染、海平面上升等角度综述了气候变化对人类健康的影响,就气候变化对媒介传播性、水源性、食源性、呼吸道传染病以及部分慢性非传染病的影响进行了阐述,并提出了该领域亟待解决的科学问题和研究重点,包括法律体系的建立、机理的研究、疾病负担的测量以及成本效益分析等。     

基于遥感蒸散量的我国干旱特征研究*

为掌握我国不同地区降水与蒸散平衡状况,深入理解干旱发生特征,使用MODIS反演的地表实际蒸散量与气象站点降水观测数据,对我国干旱特征进行了分析。结果表明,我国年平均蒸散量为530 mm,从华南的1 000 mm左右向西北、东北200～400 mm的区域递减。潜在蒸散南北、东西的空间分布差异程度小于实际蒸散。降水蒸散差与降水充沛月比例的时空分布相似,夏季,我国降水资源最为充沛,大部分地区降水蒸散差100 mm,降水充沛月比例普遍在80%以上;其他季节易发区域性干旱。春季,华北大部分、东北地区东南部降水蒸散差也为正值,但降水充沛月比例不足40%。秋季华南地区降水蒸散差-100 mm,比例40%。冬季,除东南部部分地区外,我国大部分地区降水蒸散差普遍为负值,降水充沛月比例20%。1961—1989年与1990—2018年降水充沛月比例对比发现,我国中部和西南部部分区域降水充沛月比例存在下降趋势,而北疆、东北和东南部局部地区存在上升趋势。     

基于有效降水干旱指数的改进研究

基于加权平均降水量(WAP)这一有效降水指数,从两个方面对其进行改进:确定WAP指数中的两个参数以及去除区域性和季节性差异,从而发展了改进的WAP指数,即IWAP.在此基础上,将IWAP指数与多因素气象综合干旱指数Ci做了对比分析,结果显示:在全国大部地区特别是中东部地区,IWAP指数与Ci指数具有良好的相关性,其中在华中大部、贵州大部、云南南部和新疆南部的部分地区两者的相关系数超过0.7;IWAP指数对区域性气象干旱事件的识别在起止时间、影响范围和干旱中心等方面均与Ci指数十分一致.IWAP指数、Ci指数和单因素气象干旱指数降水距平百分率Pa对比分析显示,对于单站干旱过程的监测,在干旱开始时间上IWAP指数与Ci指数接近,但Pa指数则明显偏晚;对干旱结束时间的判断三个指数有较好的一致性;在干旱过程演变的判别效果上,IWAP指数表现出良好的稳定性,而Ci指数和Pa指数可能由于自身算法中的因素影响容易出现不合理的波动乃至中断现象.IWAP指数的适用也存在一定局限性,年平均降水量小于300 mm的西北地区大部至内蒙古西部这些常年干旱地区和青藏高原大部地区不适宜使用该指数.IWAP指数具有计算方法简洁、物理意义明确的特点.考虑到它基于单一降水因子这一特性,该指数不仅便于业务应用,而且在研究中,特别是在现有气候模式输出要素有限的情况下,对干旱的模拟和预估具有更加明显的优势.     

气候波动对典型草原区潜在蒸散的影响

根据FAO推荐的彭曼—孟蒂斯方程,利用典型草原区1961—2008年25个地面气象站资料,分析了典型草原区潜在蒸散量的变化趋势以及与气候波动间的关系。结果表明,1）典型草原区四季与年潜在蒸散量均呈现出一致的减少趋势,且春季潜在蒸散量减少趋势最为显著,减少率为3.71mm/（10a）,其次为夏季和秋季,冬季最少。典型草原区年潜在蒸散量的80%以上集中在牧草返青、生长关键期,且此时又是潜在蒸散量变幅最大的季节,由此可能引发典型草原区干旱事件频发、地上生物量减少、草场的退化。2）对典型草原区潜在蒸散量影响最为密切的因子为：相对湿度、降水量、日照时数和平均风速,气温影响不显著。究其原因从能量平衡原理分析,典型草原区近50a平均风速减少影响了空气动力学对蒸散的影响,日照时数减少和湿度的略增是太阳辐射减少的原因,从而导致了潜在蒸散量的降低。3）21世纪典型草原区潜在蒸散量处于低的平均态和变率增大时期,极有可能引发干旱灾害,这与目前该地区气候变暖后生态耗水加大、干旱化加剧、生态退化严重等结论是一致的