新型船载气象卫星接收系统

新型船载气象卫星接收系统为南极考察船的航海气象保障和在南大洋冰区中航行导航专门研制.该系统能够适应高温、高湿和低温超饱和的气候环境,在12级以上大风和船在破冰时剧烈摇摆和振动以及有雷达等强磁场信号干扰的情况下,具有自我保护能力.有极轨高分辨和静止低分辨卫星的双套接收和图像处理系统.该系统的关键创新之处:(1)采用了有源陀螺仪稳定平台.利用惯性测量和三轴伺服机构控制天线和隔离船摇.解决极轨卫星低仰角和过顶轨道高仰角跟踪丢线的矛盾,解决了船在运动状态下,不断改变位置、方向以及摇摆的状态下,准确地跟踪和捕捉到卫星,接收到清晰的卫星云图.(2)图像处理系统用了最新的BORLAND-DELPHI语言编程,采用两行元素的轨道模式计算动态定位套网格系统.利用电子地图网格数据,用迭代法画出地形海岸线.计算出每一像元素的位置;能够在图上显示任意一点的经纬度,标出任意目标物.解决了在海洋中航行找不到参照物时的困惑.能够监测云和温度、林火、海洋及陆地的异常变化.能够输出24位真彩色的高清晰度的卫星云图.该系统整体结构技术先进,体积小,重量轻,适应恶劣气候和海洋环境,图像处理系统功能齐全、分辨率高,操作方便.既适用于各种船只,也适用于陆地.     

南海北部冬季海面温度实时分布特征的若干解译

应用气象卫星红外云图,可以对无云(或少云)覆盖的海区,实时了解大范围海水表面温度水平分布[1].如果结合海上资料,则可以得到现场精度1℃的海水表面温度的水平分布,本文试图对日本“向日葵”气象同步卫星1981年1月12-18日的“麦卡托”红外云图照片,通过日本“Phosdac1200型数字彩色图象分析仪”,将黑自卫片进行假彩色等密度分割使其提高分辨力,结合有关文献资料,分析南海北部冬季海水表面温度实时水平分布的若干特征.这些云图照片是由我所气象实验室利用国产的甚高分辨力卫星云图按收装置接收和提供的,工作频率选在热红外通道(10.5-12.5微米).     

FY-4A卫星海域云图图像增强融合方法研究

FY-4A卫星是我国目前最先进的气象卫星,为缓解光照对其可见光和红外云图影响,增强图像质量和显示细节,通过分析中央气象台发布的FY-4A卫星云图中可见光和红外云图资料,指出云图可见光和红外云图存在极强互补性的特征,提出一种基于灰度均值的自适应非线性Gamma图像增强融合方法。仿真实验结果指出利用本文方法得到的融合云图拥有显示云的更多细节和识别云层云类的特点。该方法有效性的验证,为21世纪海上丝绸之路气象预报保障提供了新的云图识别处理技术。     

计算波群折射的方法及其应用

根据汪炳祥１９８提出的普遍几何群速概念和波群波向线及其波向线散开因子方程，提出一种计算和绘制波群折射的数值方法。为使本方法较具普遍性，将旋转坐标系引入控制方程并予以变形与简化。数值计算采用Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ法。将上述方法应用于胶州湾湾口附近海域的波群折射计算并绘制其折射图。将计算结果分别与依几何群速建立的波群折射和单频率波折射结果比较，可明显地看出基本方法的结果优于后两者。     

系泊船非线性波浪力时域计算: 二维模型

为找到具有工程实用价值的港口系泊船波浪力的时域计算方法,建立了在港口中存在系泊船时非线性波浪力时域计算的垂直二维耦合模型:用Boussinesq方程计算船的两侧的外域,用欧拉方程计算船底面下的内域,两域在交界面处的连接条件是流量连续和压力相等.将复平面内的边界元方法应用于所研究问题,对耦合模型进行了验证.进行了相关模型实验,实验结果与数值计算结果比较表明这两种数值计算模型都具有满意的精度,但耦合模型的计算效率要远远高于边界元方法的计算效率.本耦合模型的数学处理简单,可适用于工程计算.     

1987年北上,西行台风的卫星云图诊断图象

本文选取1987年7个北上和西行的热带风暴、强热带风暴和台风的328张红外增强显示云图,计算了台风中心周围10万平方公里范围内的高(低)层物理量,给出了台风云图诊断图象,并对台风移行的云图特征给以物理解释。     

2004年11月南大洋上一对气旋的结构分析

利用各种观测资料,包括美国国家环境预报中心发行的FNL(Final Analysis)资料和GOES-9(Geostationary Operational Environmental Satellite)红外卫星云图资料,对2004年11月15日至25日中国"雪龙"号南极科学考察船穿越南半球西风带时对其影响最大的一对气旋M和N进行了研究.首先对天气背景进行了介绍,并利用FNL资料和卫星云图对气旋对的演变过程进行了描述,最后对这对气旋的垂直结构进行了分析,发现气旋M具有明显的暖心结构,斜压性较弱,而气旋N有不太明显的暖心结构,在其上空有明显的螺旋云团,斜压性较强.     

港口内靠码头系泊船运动的计算

本文以英国南海岸处Ｓｈｏｒｅｈａｍ港内系泊船为例，研究了港口内靠码头系泊船运动的数值计算问题。该船的实船实验和模型实验已经完成，为验证本文计算结果提供了依据。运动方程在时域内求解。在计算船体脉冲响应函数时，引入了船体阻尼系数在频率很低时的渐近表达式和一迭代算法。分析了港内共振波浪和其对船体的作用力。讨论了靠码头系泊船运动的非线性特征。计算结果与实验结果符合很好。     

台湾以东海域黑潮热结构的一个简单模型

多年来,对紧邻台湾东侧的黑潮区域,已积累了一定数量的温、盐度观测资料。从实测的水温垂直断面图上,可以看出该区域的水温分布有如下特点。 1.在水平方向上:水温自西向东逐渐增加,其最大值在离岸70km左右(即所谓“热核”所在处);再向东温度开始递减,其低温区呈现在“热核”东侧。图1示台湾以东海域100m层的水温分布,可看出温度水平分布的这些特点。     

卫星遥感与船测黄海和渤海海面温度场的比较

本文通过将1979,1980两年3—5月份由TIROS-N及NOAA-6所获得的黄海和渤海表面温度图与同时期的船测温度图比较,不仅阐明了卫星红外遥感海面温度模式的可靠性,而且论证了船测等温线图的局限性,并提出由卫星-浮标(或船)联合,同时进行了大面积测量浅海地区海面温度场的方法。     

应用遥感图像解译杭州湾海岸带演变

本文应用1984年4月杭州湾彩色红外像片和多时相卫片,经光学图像处理后,用目视解译方法对杭州湾海岸带的演变进行解译。文中着重介绍了岸线、滩地、潮沟和沙洲在1975至1984年期间演变的解译结果。     

冷涡背景下两次强对流天气对比分析

2010年5月29—30日和2012年6月12日山东半岛均出现由高空冷涡造成的强对流天气,但其强度和范围却差异较大。综合分析天气形势、探空资料、卫星云图、多普勒雷达和风廓线仪等资料,结果表明:两者均受冷涡低槽影响,前者为地面气旋,后者为冷锋过境;水汽图上水汽区的干湿边界、暗区等与强对流的发生发展有着密切关系;红外云图TBB≤-48℃的范围基本与出现对流的区域吻合,TBB≤-52℃的区域与强降水区域比较吻合,但当湿层比较浅薄时,也可能只出现雷暴天气,而非强降水。     

利用微波做短时强降水估计

本文主要是利用NOAA-16气象卫星的AMSU-B微波仪器(5个通道)所接收到的2002年8月6日03时(北京时)的图像做短时的强降水估计。通过对微波图像和红外云图以及6h降雨量的分析，我们可清楚的看到，利用AMSU-B的微波图像可较为准确分析出中小尺度微波图所在的位置，和在各层次的强弱以及该系统水汽含量的垂直结构等。另外，通过分析也可看出，利用微波图像做短时的强降水估计，除看微波图像外，还应利用红外云图分析云团生命史和各个阶段及其移向、移速等才可较为近似估计出强降水量的大小。     

关于海面上大气稳定度的计算问题

本文提出仅需若干特定层次的风速与气温的观测(或计算)值便可算出大气稳定度的5个简化式。计算结果显示:(1)所论海区可沿用风速的对数律,而(气温—表面水温)的对数律是有条件地被采用;(2)R_1=R_2,R_1=ζ_2和ζ_3=ζ_2。     

弱非线性斯托克斯波在非平整海底上传播的新型抛物型方程

由于缓坡方程计算量大和其本身的缓坡假定而在实际应用中受到了限制,故对斯托克斯波在非平整海底(适用于缓坡和陡坡地形)上传播的Liu和Dingemans的三阶演化方程进行抛物逼近,得到一个新的非线性抛物型方程,它能够包含同类方程未曾考虑的二阶长波效应.通过数值计算结果与Berkhoff等人的经典实验数据的比较,证明所提出的抛物型模型理论具有较高的精度.     

波致Gibson粉土质海床累积孔压响应的简化分析

基于累积孔隙水压的控制方程,采用有限差分法求解了波浪作用下Gibson粉土质海床的累积孔隙水压。首先采用有限差分法求解了均匀及双层海床的累积孔隙水压,通过与解析解对比,验证了该方法的准确性。其次针对Gibson粉土质海床累积孔压计算量大的缺点,提出了利用等效替代法获取简化土体性质参数的思路,并设计算例予以验证。计算结果表明:在一定的时间尺度内,可将Gibson土简化为双层土体,简化运算减少了孔压计算量,方便工程应用。     

HJ-1B 卫星海表温度定量反演业务化算法研究——以中国北部海区为例

利用中国2008年9月发射的自主 HJ-1B 卫星热红外遥感影像数据,基于实测数据对已有海表温度反演的单窗算法进行了改进与简化,重新订正了大气透射率和大气平均作用温度估算方程,建立了基于实测数据验证的 HJ-1B 卫星海表温度定量反演业务化算法.将本算法与段四波等的改进算法用于实验海区海表温度的反演,反演结果与卫星同步实测海温数据的对比表明:本研究算法反演结果与现场同步实测海表温度平均误差约为0.76,℃段四波等改进算法反演结果平均误差约为1.09℃.本算法为 HJ-1B 卫星海表温度产品的业务化应用提供了便捷可行的方案     

南海表层水温信息熵的分析

本文采用COADS资料(1958～1987年)对南海表层水温(SST)及其异常(SSTA)信息熵进行了计算和分析并与以往关于南海水温异常的研究成果相比较,取得颇为一致的结果.海洋表层水温信息熵可以有效地反应SST气候形成的复杂(混乱)程度在空间的分布及其年变化;水温异常信息熵能很好地反映SSTA形成的复杂(混乱)程度在空间的分布及其振荡特征.因此,水温信息熵可以用于研究海洋宏观热力状态的分布及其变化特征.     

象山港内三维动边界潮流的数值模拟

象山港是一具有广阔潮滩和大潮差区域的半封闭型海湾,进行数值模拟时必须引入动边界技术来考虑露漫滩的影响.在二维模式中引入动边界技术相对成熟一些,而将这些二维模式使用的露漫滩处理方法简单地搬入三维模式中,常遇到由于边界不连续变动而产生的数值"噪音"及计算不稳定现象.原始POM(Princeton ocean model)模型采用固定边界,没有使用动边界技术,故无法模拟漫滩流.借鉴BURCHARD et al 2004年的研究工作,在原始POM模型的基础上,突破其为固定边界模式的局限,基于尽量使模式物理上满足流动简化需要的原则,引入了一种较为自然的动边界处理技术,使得在非常浅水处和复杂的地形情况下,应用合理的数学表达式体现该物理过程.当总水深大于设定的临界水深时,体现的数学方程是通常形式的动量方程;而当总水深接近设定的最小允许水深时,模型的动量方程被简化为变化率、摩擦力和正压梯度等项之间的平衡关系,此时由于摩擦力占优,相应的流速也会趋于0,这样可以有效避免计算中出现负水深.除在非常浅水处对动量方程作简化外,对于陡坡地形附近的露漫滩问题,当发生一个网格点上的水位低于相邻格点海床的现象时,还需对正压梯度的求解作一个简单的数值处理,以避免不合理值的出现.此外,通过修改原始POM模型的底摩擦系数表达式,可使模型在模拟露漫滩过程时计算更加稳定.改进后的POM模型被用来模拟象山港海域内的三维潮流场,模型计算结果与2个潮位站、1个锚系站和2个船测连续站资料进行了比较,符合良好.整个模型很好地再现了象山港内大区域三维涨、落潮流特征和变化规律,同时象山港顶区域涨憩、落急、落憩和涨急4个特征时刻的流场水平和垂直分布变化过程反映该模型能很好地反映涨、落潮造成的潮间带的露漫滩过程,由此说明对原始POM模型所作的修改是十分有效和可行的,有利于进一步扩充POM模型的应用范围.     

气象炸弹

1996年9月的一天，中国远洋运输公司的散装船“胶洲海”号轮船正航行在北太平洋的中部，该船的船长是一位具有多年航海经验的老船长。从当时的卫星云图和船员们记录的气温、气压、水温等情况看，船长判断“胶洲海”航线附近海区的各种气象因素没有异常变化；放眼望去，能够看到的天气和海况也没有异常情况。船长认为下一段的航行应该是没什么危险，于是按规定向公司发回了例行的正午船位报告。报告中说明，船上观测到的天气、海面情况正常。