广东一次雷暴过程负地闪先导的电学特征分析

利用 0 .0 8μs时间分辨率的大容量慢天线电场变化测量系统在广东从化地区一次雷暴过程中观测得到的 44次负地闪电场变化波形 ,对负地闪回击前 2 0 0 μs内的先导电场变化波形进行了分析。发现负地闪首次回击前的先导电场变化波形 ,按最后一个先导脉冲与相应回击间电场变化特征大致可分为三类。通常负地闪先导过程由若干脉冲式变化组成 ,首次回击前先导脉冲间的平均时间间隔为 1 5.8μs(均方差 5.3μs) ;继后回击前直窜 -梯级先导脉冲间的平均时间间隔为 9.4μs(均方差 5.5μs)。首次回击前最后一个先导脉冲与首次回击间的平均时间间隔为 1 2 .7μs(均方差 7.8μs) ,最后一个先导脉冲幅值与回击峰值之比的平均值为0 .1 (均方差 0 .0 4 ) ,且两者之间有很好的相关性 ,并用回击传输线模式对这一关系进行了解释。     

人工触发闪电初始连续电流的中低频磁场特征

中国气象局雷电野外科学试验基地开展的人工触发闪电试验是研究闪电电磁辐射效应的有效手段,利用架设在试验场地周边的多套磁场天线所获取的高灵敏度磁场数据,针对初始连续电流阶段的中低频磁场特征开展研究。得益于磁场天线带宽的拓展,首次解析出了相对平静期内的磁场脉冲,单个脉冲的平均宽度约为1 μs,平均脉冲间隔约为14 μs,对应了该阶段中上行先导的小尺度击穿发展形式;在近、远距离磁场测量中均观测到了与先导通道头部击穿放电相关的爆发式磁场脉冲,其平均脉冲间隔(约为24.5 μs)明显大于平静期脉冲的统计值,而且在爆发式脉冲期间通道底部电流逐步增大到几十至上百安培,表明此时电场条件更加有利于上行先导的发展;此外,高灵敏磁场天线能够直观地呈现出初始连续电流脉冲(initial continuous current pulse,ICCP)的电荷传输过程,且ICCP期间观测到的规则磁场脉冲的脉冲间隔比其他类型的磁场脉冲小一个量级,可能体现了正极性击穿和负极性击穿的特征差异。     

微秒时间尺度脉冲活动是K过程的一个必要特征吗?

为了澄清微秒时间尺度脉冲活动是否属于K过程的一个必要特征,分析了16次地闪和12次云闪后期对应电场K变化期间的VLF/LF(磁场)脉冲活动和VHF辐射特征。结果显示,微秒时间尺度脉冲活动是K过程的一个必要特征:(1)绝大多数K过程其VLF/LF脉冲活动表现为一个密集的小幅度脉冲簇,脉冲间隔从几微秒到十几微秒不等,其幅度比同期地闪回击幅度弱一个数量级,偶尔上面叠加了与地闪回击幅度可以比拟的大脉冲;(2)另有一部分K过程VLF/LF脉冲活动则类似于地闪或者云闪初始击穿过程的大双极性脉冲列。K过程同时伴随了准连续的Q噪声形态和分立脉冲形态的VHF辐射,这些VHF辐射倾向于与VLF/LF脉冲活动同时在K阶梯电场变化一开始即启动并伴随着K阶梯电场变化,但是二者之间并不存在固定的强度对应关系。K过程放电期间,这些VLF/LF脉冲源的入射方位演变特征表明,它们产生于一个云内不断扩展的源。K过程微秒时间尺度脉冲活动和VHF辐射特征以及它们与K变化之间的时间对应关系支持K过程是云内流光过程的结论。     

一次多回击触发闪电全过程的连续干涉仪观测

基于自主研发的闪电连续干涉仪,对2019年6月11日在中国气象局雷电野外科学试验基地广州从化人工引雷试验场成功触发的一次多回击闪电放电全过程进行观测,结合通道底部电流数据和电场变化数据,共同揭示触发闪电全放电过程:连续干涉仪能够定位到最小为8 A的不连续的先驱电流脉冲辐射信号,初始先驱电流脉冲(IPCP)的平均转移电荷量约为先驱电流脉冲(PCP)的2倍;上行正先导连续发展后为初始连续电流(ICC)过程,最初正流光通道以105 m·s-1量级的速度继续发展延伸,之后出现反冲先导放电;在ICC阶段出现的经典M分量,可由向前的106 m·s-1量级速度的正流光(先导)产生,也可由已有通道头部产生的反冲先导产生,且整个M分量过程中,多个反冲先导维持了放电过程的持续;之后的回击间过程以反冲先导为主要放电形式,回击电流脉冲之前存在多次反冲先导过程,但多数未发展到接地通道,只处于企图先导阶段,直至成功的先导回击产生;而前两次回击具有超短的时间间隔,约为4.5 ms,这是由于两次回击前的先导来源于云内不同分支的反冲先导过程。     

超高频闪电方向探测器的研制及初步观测

我们成功地进行了超高频闪电方向探测器的试验。三个接收天线(接收闪电放电辐射的超高频脉冲)分别放在一个垂直边长为120米的直角等腰三角形的顶点,由到达天线的时间差来计算接收到的闪电脉冲的方向。用两个分辨率为10毫微秒的时间间隔测定器测量时间差,并用数字打印机来记录测量结果。本文叙述了仪器结构和在甘肃平凉进行的初步观测结果,并指出,观测结果与雷达资料相比是相当一致的。     

夏玉米生长过程曲线重建研究——以鹤壁市为例

增强型植被指数(EVI)时间序列数据(即植被生长曲线)是整个生育期内植被各种生物学特征的综合反映。由于太阳位置、大气、地表和传感器位置与性能等的影响,根据遥感数据计算的EVI值往往比实际值偏低(存在大量噪声),并不能反映植被生长的真实情况,应用前需进行去噪重建工作。针对目前生长曲线重建研究大多是针对MODIS等国外遥感数据的情况,在综合分析重建方法的基础上,利用风云3号卫星的MERSI中分辨率遥感卫星数据构建鹤壁市夏玉米的EVI生长过程曲线。首先,用最大值合成法(MVC)对原始EVI时间序列数据进行初步的去云处理。接着,利用基于时间域的Savitzky-Golay滤波(简称SG滤波)对该EVI序列进行进一步的平滑去噪处理,结果发现,在噪声点EVI数值提高了,但同时在其他不是噪声点的地方EVI的值降低了。针对这种不合理的情况,利用基于SG迭代滤波取上包络线的改进方法进行处理,很好地克服了上述缺陷,在非噪声点EVI数值适当提高,且曲线平滑,达到了生长曲线重建的目的。然后,采用基于频率域的小波变换方法进行实验对比,结果发现,小波变换存在着与经典SG滤波类似的缺陷,而且在曲线末端存在突变情况。经过比较分析发现,针对研究区的实际情况,改进SG迭代滤波是较优的去噪方法。     

数字滤波初始化(DFI)在高水平分辨率模式中的应用

数字滤波初始化应用的前提假设之一是不平衡重力惯性波在频率谱上与有天气意义的波动不重叠。随着水平分辨率的不断提高,数值模式能够解析的重力波具有波长更短、频率更高的性质,模式中有天气意义的波动与高频噪声的界线更加模糊,因此,数字滤波初始化在高分辨率模式中的应用性能尚未明确。以一次深对流过程为例,在3 km水平分辨率条件下采用不同滤波参数配置进行数字滤波初始化试验,试图对高水平分辨率预报初始场中高频噪声特征、如何区分具有天气意义的高频信号和虚假噪声、数字滤波初始化在数值预报模式(WRF)高水平分辨率条件下的应用性能等一系列相关问题给出初步的认识。试验结果表明,在针对高分辨率模式进行数字滤波初始化时,原有应用于低分辨率模式的初始化配置参数已不适用,必须根据高分辨率噪声的特点重新设计相应的滤波方案。即使在"无噪声"状态下,有天气意义的信息在模式中也具有与虚假高频噪声一致的表现形式,即大的地面气压变化倾向。数字滤波初始化的确能对特定切断频率的高频振荡进行滤波,但无法区分其性质究竟是具有天气意义的高频信号,还仅仅只是虚假的高频噪声。如果要达到滤除初始场中高频噪声的理想效果、并且消除积分过程中的高频振荡,必须延长滤波时间窗,但这是以增加额外的积分时间、以及有可能损害气象上有意义的波动为代价的。滤波效果越显著,滤波结果对初始场的改变越大,这两个方面实质上是有冲突的,因此,在应用数字滤波初始化时必须在滤波效果可接受和保证预报性能两方面之间进行妥协。最后就数字滤波初始化在高分辨率有限区域数值模式中的可能应用提出了具体的建议。     

NBE和IBP始发的闪电初始特征

基于闪电低频电场探测阵列（LFEDA）所获得的全闪三维定位数据,研究了2015年8月15日14:30—16:10广州一次雷暴过程中具有明显始发脉冲的闪电初始放电特征及放电规律。结果表明:212例近距离云闪和地闪中,32例闪电由窄偶极性放电事件（NBE）始发,占15%;180例闪电由初始击穿脉冲（定义初始击穿脉冲簇的首个脉冲为FIBP）始发,占85%。作为始发的窄偶极性放电事件（INBE）,其相对孤立且具有较大的相对幅度,INBE与后续闪电的第1个脉冲的时间间隔为7 ms,幅度比为3.5,远大于FIBP相对应的时间间隔0.6 ms和幅度比0.8,INBE后多跟随传统的IBP脉冲。多数正极性INBE与FIBP对应初始向上发展的闪电,而负极性对应初始向下发展的闪电。INBE始发闪电前15 ms的平均发展速度随始发高度的增大而减小,快于FIBP,这与INBE具有更快的速度相关。估计的INBE速度为4.7×107 m·s-1,FIBP速度为1.5×107 m·s-1,两者速度差异也体现在脉冲上升时间方面,INBE具有更快的上升沿。     

正地闪和负地闪预击穿脉冲序列的统计分析与对比

2009~2010年夏季,在大兴安岭林区利用闪电快、慢电场变化测量仪组成的网络对自然闪电进行了多站同步观测。本文选取2010年夏季3次过境雷暴过程中具有4站以上同步的资料,同时对表现出明显预击穿过程的37次正地闪和56次负地闪的预击穿脉冲序列进行了统计分析。统计的主要参数包括:脉冲序列的总持续时间(Total Duration),脉冲序列和首次回击之间的时间间隔(PB-RS Separation),预击穿过程到首次回击的时间间隔(Pre-RS Interval),单个脉冲持续时间(Individual Pulse Duration),相邻脉冲时间间隔(Interpulse Interval)等。对于负地闪,相应参数的算术平均值为4.1 ms、55.4 ms、56.0 ms、8.8μs和111.0μs,几何平均值为3.7 ms、35.6ms、36.5 ms、7.4μs和98.2μs;对于正地闪,相应参数的算术平均值为4.5 ms、75.6 ms、77.3 ms、11.5μs和297.3μs,几何平均值为3.0 ms、57.8 ms、60.0 ms、10.0μs和217.9μs。对比发现,正地闪预击穿脉冲序列相对负地闪预击穿脉冲序列持续时间更长,和首次回击的时间间隔更大,其单个脉冲更宽,在整个序列中排列更稀疏。计算了正、负地闪最大预击穿脉冲幅值和首次回击幅值的比值(PB/RS,PB代表最大预击穿脉冲幅值,RS代表首次回击幅值),通过和其他研究结果的对比,发现负地闪有PB/RS随纬度增大而增大的趋势,而正地闪没有。另外,检验了首次回击前地闪电场波形与BIL模型(Breakdown Intermediate Leader,BIL)的符合情况,发现只有很小比例的电场波形符合BIL模型。     

气象遥感图像去噪预处理方法研究

针对静止轨道遥感卫星上多通道扫描型载荷成像、传输与存储过程中,存在数据质量下降等问题,本文在经典三维块匹配算法（Block Matching 3D,BM3D）基础上,提出一种基于多层级小波分解的并行执行策略。首先,使用小波变换对原始气象遥感图像分解,得到4个图像分量;其次,将所得图像分量进一步进行3级分解,并选择其中的10个图像分量;最后,每个分量并行执行BM3D滤波器去噪,并重构10个分量的输出图像。与传统BM3D去噪算法相比,改进BM3D算法的计算量可有效降低20%以上。通过与中值滤波、均值滤波、NL-Bayes、BM3D四种降噪算法进行实验对比,所提算法的峰值信噪比平均增益在0.39～4.45 dB之间,特别是在高斯白噪声和脉冲噪声的混合噪声去噪方面要显著优于选取的四种对比算法。     

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。     

CINRAD/SC雷达观测参数合理配置问题研究

中国产CINRAD/SC新一代天气雷达的脉冲重复频率、脉冲采样数和天线扫描转速这3个观测参数均可由雷达使用者自行配置。雷达观测实践表明,这3个观测参数配置得正确、合理与否,将直接影响到雷达获取的基数据资料质量的优劣,进而可影响到雷达导出产品的质量。通过理论分析,得到了天气雷达脉冲重复频率、脉冲采样数和天线转速这3个可配置观测参数科学合理的配置规律。以此作为CINRAD/SC天气雷达相关参数的配置依据,获取的基数据质量可以得到提高。     

CINRAD/SC雷达观测参数合理配置问题研究

中国产CINRAD/SC新一代天气雷达的脉冲重复频率、脉冲采样数和天线扫描转速这3个观测参数均可由雷达使用者自行配置。雷达观测实践表明,这3个观测参数配置得正确、合理与否,将直接影响到雷达获取的基数据资料质量的优劣,进而可影响到雷达导出产品的质量。通过理论分析,得到了天气雷达脉冲重复频率、脉冲采样数和天线转速这3个可配置观测参数科学合理的配置规律。以此作为CINRAD/SC天气雷达相关参数的配置依据,获取的基数据质量可以得到提高。     

基于X波段双偏振天气雷达的SPRF与DPRF退速度模糊技术的对比分析

在介绍双重脉冲重复频率(DPRF)和参差脉冲重复频率(SPRF)两种退速度模糊方法原理基础上,设计了基于X波段双偏振多普勒天气雷达系统的体积扫描模式(VCP-PRF),在该扫描模式下同一仰角依次使用DPRF和SPRF方法进行观测试验。通过对比分析2个个例的观测数据,得出在k=2/3情况下,2个方法得到的最大不模糊速度都可以有1倍的提高;基于径向速度局地偏差值分析总结出2个个例的速度数据错误特征,由此订正非速度模糊区域的离散奇异值。对比订正前后的径向速度数据,SPRF方法比DPRF方法能更好抑制离散奇异值带来的污染,说明SPRF方法的径向速度数据质量优于DPRF模式的。     

风神（AE0LUS）软件设计方法

1概述风神(AEOLUS)软件用于对铁路沿线自动测风仪采集数据信息的收集、显示和交换,它包括了车站、分局和路局三个层面测风数据信息的处理。在车站层面上,它解决与测风仪之间的数据信息交换,处理的最小时间间隔为3秒钟。在分局层面上,它解决与所属车站之间的数据信息交换。在路局层面上,它解决与分局的数据信息交换。风神软件信息交换的最小时间间隔为3秒钟,数据采集通道和数据转发通道共为32路,最多显示120个测风站的数据信息,能够以列表、图形和曲线等方式描述测风站点的风力变化。系统数据通道采用标准RS232端口+专线调制解调器+专线…     

基于集合卡尔曼滤波的土壤温湿度同化试验

以通用陆面模式CLM 3.0(Community Land Model 3.0)为模型算子,基于集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter,En KF)发展了一个土壤温湿度同化系统,主要用于改进模式对土壤温湿度和地表水热通量的模拟精度,并考察集合样本数、同化频率及不同观测量的组合对同化效果的影响。该系统同化了FLUXNET两个站点(阿柔和Bondville)不同土壤深度、不同时间频率的土壤温度和湿度数据。通过对阿柔站不同集合样本数的设计,综合考虑计算成本和计算精度,最终将集合样本数设置为40。通过分析三种同化方案对同化频率的敏感性得出,同化土壤温度最为敏感,同时同化土壤温湿度次之,同化土壤湿度最不敏感。对于阿柔站点,同化系统对不同土壤深度温度和湿度的模拟精度均能提高90%,潜热通量的均方根误差由94.0 W·m~(-2)降为46.3 W·m~(-2),感热通量均方根误差由55.9 W·m~(-2)降为24.6 W·m~(-2)。Bondville站点浅层土壤温度的改进在30%左右,深层土壤温度改进达到60%,对土壤湿度的改进均在70%以上,潜热通量和感热通量的均方根误差分别从57.4 W·m~(-2)和54.4 W·m~(-2)降为51.0 W·m~(-2)和42.5 W·m~(-2)。试验结果表明,同化站点土壤温湿度数据对土壤水热状况及通量的模拟改进非常有效,同时也验证了同化土壤水分遥感产品的可行性和必要性。     

气候谱中信号和噪声的识别

1.引言以前的谱分析文章(Gray,1982)中曾提出用多重内插(MI)法鉴别高分辨率谱中峰出现的频率,X~2检验表明,这样鉴别出来的许多峰在统计上是不显著的,一般就视为“噪声”。Gray(1976)提出,在两个或两个以上与物理过程联系着的相互独立变量的时间序列谱中,如果峰出现在类似的频率上,那     

风神(AEOLUS)软件设计方法

1概述 风神(AEOLUS)软件用于对铁路沿线自动测风仪采集数据信息的收集、显示和交换,它包括了车站、分局和路局三个层面测风数据信息的处理.在车站层面上,它解决与测风仪之间的数据信息交换,处理的最小时间间隔为3秒钟.在分局层面上,它解决与所属车站之间的数据信息交换.在路局层面上,它解决与分局的数据信息交换.风神软件信息交换的最小时间间隔为3秒钟,数据采集通道和数据转发通道共为32路,最多显示120个测风站的数据信息,能够以列表、图形和曲线等方式描述测风站点的风力变化.系统数据通道采用标准RS232端口+专线调制解调器+专线.     

改进参考信号的差分发送参考UWB自相关接收机

针对超宽带(UWB)差分发送参考(DTR)自相关接收机参考信号中含有的较强噪声分量严重影响了其性能的情况,提出了改进参考信号的差分发送参考(MRDTR)自相关接收机.首先通过将前一符号周期内各帧的接收信号相加取平均作为解调当前符号的参考信号,通过平均减少了参考信号中噪声的影响,然后将当前符号间隔内各帧的接收信号与参考信号进行相乘积分,随后将码元内各帧积分结果进行相加,最后通过判决恢复发送的符号.通过改进参考信号,改善了接收机的误比特率性能,并分析了该接收机在可分辨多径信道中的理论误比特率性能.理论分析和仿真结果证实MRDTR自相关接收机的误比特率性能明显优于DTR接收机.     

称重雨量数据处理卡尔曼滤波应用

降雨量的测量,目前业务上应用较为广泛的是翻斗式雨量计,它只能测降雨,对于冰雹、降雪等固态降水的测量采用人工观测为主,称重式雨量计与翻斗式雨量计相比,其优势在于能实现所有类型降水的全天候自动化观测。本研究随机选择了一天无降水数据确定了滤波参数Q和R(过程噪声方差和观测噪声方差),根据确定的滤波参数,随机选择了无降水(2016年4月3日)和有降水(2015年7月21日、2015年8月7日)日采用卡尔曼滤波,并结合翻斗雨量传感器数据进行验证,结果表明,本研究确定的滤波参数采用卡尔曼滤波后能够有效去除称重雨量中的噪声,使滤波后的曲线变得平稳光滑,减小了数据的抖动频率和误差。