一次飑线过程的CINRAD-CC回波特征浅析

利用雷达资料对一次飑线过程进行分析,得出在飑线发展的过程中,反射率因子的大值区与逆风区相配合对反演的风廓线分析可以清晰地看出飑线在过境的全过程风向变化,垂直积分液态水含量(VIL)是判断对流发展的一个参数,对于飑线的短时预报除考虑天气因素外,地形因素也是重要的考虑因子。     

东北冷涡中尺度云系降水机制研究 I: 观测分析

利用机载云粒子测量系统等仪器对2003年7月8日冷涡云系的积层混合云探测的资料,分析冷涡云系中的微物理结构、微物理过程和降水形成机制.结果表明:在4km以上高度,2-DC粒子浓度随高度快速增加,而粒子平均直径逐渐减小,粒子在下落过程中获得了增长.积层混合云中对流云在垂直方向上出现明显的分层的微物理结构:4.6km以上高度只存在针状冰晶;4.5～3.5 km高度,存在过冷水和冰相粒子.过冷水含量较高,冰相粒子除针状冰晶外,还有少量冰雪晶聚合体或霰粒子,其中在紧靠0℃层之上的3.5km高度,主要存在冰雪晶聚合体或霰粒子.在紧靠0℃层之下,粒子为椭球形,还有一些未完全融化的冰晶,再降低200 m高度,粒子完全是球形,这里完全是雨滴.降水粒子主要是雨水.云系液态水含量十分丰富,过冷水含量最大值可达3.3 g/m3,云体上部也达到2.0 g/m3.云垂直方向上微物理结构分析表明,云中冰晶除了通过冰核核化形成外,可能还存在冰晶的繁生过程.冰晶产生后通过聚并进一步长大,撞冻过冷水也是冰雪晶增长的方式之一.在云的暖区降水粒子为雨滴,其中至少有一部分是由冰相粒子(冰晶聚合体或霰粒子)融化形成.因此冷云过程参与了降水形成过程.     

强天气冷涡云系结构的分析和物理解释

本文分析了三个产生强对流天气冷涡过程的卫星云图.冷涡云系的结构可归纳为单纯的冷涡结构和具有锢囚气旋结构两类.利用诊断分析对冷涡云系中各个组成部分,即涡旋云区、不稳定云区、正涡度平流云区、冷涡云区及暖锋云区与有关物理量的配置关系进行了讨论.     

与强对流相联系的云系特征和天气背景

对2005—2011年造成高影响的一些强对流天气过程,按其云系特征和天气背景分为冷气团内部型、西风槽或冷涡云系尾部型、梅雨锋或切变线云系上嵌入型和高原东移高空槽云系型4种类型。冷气团内部型强对流发生在锋面或切变线云带后部的晴空区内,沿高空西北气流下滑的积云簇或向东南方向移动的短波槽是其发生的关键因子。西风槽或冷涡云系尾部型强对流发生于云带的尾部,云带后部干气流的反气旋式侵入是其主要特征。梅雨锋或切变线云系上嵌入型强对流出现在梅雨锋或切变线上,云带的北边界因常与高空急流相平行而比较清楚,强对流云团出现时云带北部的急流与高空的反气旋脊线距离较近。高原东移高空槽云系型强对流的关键影响系统是从青藏高原东部移出的短波槽云系,从水汽图像上可以看到其后部常有暗区或暗带相伴。     

哈尔滨地区冷涡系统产生冰雹的雷达回波特征

对2001-2007年黑龙江省南部地区降雹资料进行综合分析,总结出了降雹的天气类型、物理机制及雷达回波特征,总结了不同降雹类型预报着眼点、配合的降水量及其它灾害天气。     

低空急流的单多普勒速度特征

对低空急流的单多普勒天气雷达径向速度图像进行数值模拟，并利用合肥多普勒天气雷达的观测资料，对2000年6月24—27日安徽省境内发生的暴雨过程进行了分析。结果表明：不论风向如何变化，低空急流的多普勒正负速度区关于显示中心成对称分布，从多普勒速度的零速度线分布可以得到实际风场的风向廓线。在多普勒速度图上，安徽淮北地区暴雨过程主要发生在正负速度中心的中心轴的左侧200km范围内。低空西南急流的维持，为暴雨的产生和维持提供了充足的水汽。     

东北冷涡中尺度天气的背景分析

通过大量的个例分析，统计得出东北冷涡造成中尺度天气系统和天气背景的条件，结论可供分析和预报东北冷涡中对流天气的可能性和落区时参考。     

各类云系的闪电时空分布特征

对影响华南的西风带系统和热带系统的各类云系闪电时空分布特征进行分析研究,比较它们之问的异同。结果表明：西风带系统云系的闪电过程在前汛期大部分出现在夜间,而热带系统云系的闪电过程几乎都出现在日间;西风带系统云系的闪电分布形态特征和范围与热带系统云系有很大的差异。同时对各类云系的闪电成因进行了探讨。     

基于多尺度特征融合网络的云和云阴影检测试验

基于深度学习的高分辨率光学影像云检测过程中,云和云阴影及其边缘细节丢失较为严重,主要原因在于不同尺度空间语义信息特征融合存在不足。针对该问题,本文构建一种基于深度学习的多尺度特征融合网络（Multi-scale Feature Fusion Network, MFFN）的云和云阴影检测方法,该算法结合防止网络退化的残差神经网络模块（Res.block）、扩大网络感受野的多尺度卷积模块（MCM）和提取并融合不同尺度信息的多尺度特征模块（MFM）。试验表明,本算法能提取丰富的空间信息与语义信息,可取得较为精细的云与云阴影掩模,具有较高检测精度,其中云检测准确率达0.9796,云阴影检测准确率达0.8307。同时,该工作可为深度学习技术应用于业务云检测提供理论支持及技术储备。     

CINRAD/CC雷达探测冰雹云特征个例分析

利用马鞍山C波段多普勒雷达对2005年6月15日凌晨发生在安徽省江淮地区的冰雹云进行追踪观测,应用探测获得的资料结合大气层结热力结构,分析了产生冰雹云的大气稳定度和对流不稳定能量(CAPE)。雷达回波分析表明,这次冰雹云在平面位置显示(PPI)上具有入流缺口和辉斑回波(TBSS),在垂直剖面上具有强大的回波悬垂和有界弱回波区的回波墙等特征。对气象产品如风暴跟踪信息(STI)、垂直累积液态含水量(VIL)和中气旋的分析,证实了这次降雹的最大直径为50 mm左右。     

2002年河南春季的一次层状云降水特征研究

对2002年4月4—5日发生在河南省的大范围春季层状云降水进行探空、雷达、卫星等综合加密观测,分析了锋面移动过程中的云系特征和降水特点。结果发现此次降水主要是700～500hPa大气位势不稳定( θse/ z<0)造成的,位势不稳定区与地面降水极值中心有较好的对应。另外,在位势不稳定层出现前后,高空250～200hPa均存在一个急流中心,而在位势不稳定层的上方或下方则会有风向切变与之对应。云层厚度小、云顶高度低、云系结构不均匀是此次降水云系的主要特点。700～500hPa之间的位势不稳定度小、水汽输送量小和云顶温度低是造成此次降水量小的主要原因。     

一次MCC的云图特征及成因分析

使用风云2号红外云图和TBB资料、 多要素自动气象站资料及NECP 1°×1°再分析资料, 对造成河北中部区域性暴雨的MCC云图特征、 天气尺度环境场和动力特征等进行了分析。结果表明, 构成MCC的α中尺度对流云团, 在其成熟时期, 在均匀的α中尺度砧状系统中仍有2~3个β中尺度的对流活动; MCC发生、 发展在对流层中层的短波槽、 高低空急流有利配置以及大气层结为中性或弱对流不稳定的环境条件下, 暖湿平流成为其发生、 发展的主要强迫因子; MCC形成阶段, 中层出现暖中心并且气旋性涡度增大, 辐合辐散运动随高度交替出现, 量级相当, 上升运动的层次较厚。     

地闪不规则先导的多尺度熵特征

针对不规则脉冲簇难以判别问题,将多尺度熵应用于不规则先导分析中,探讨闪电信号不规则脉冲分析应用中多尺度熵关键参量的选择方法。在此基础上,将不规则先导与直窜先导及梯级先导闪电信号的多尺度熵进行比较。统计分析表明:不规则先导和直窜先导熵值随尺度先增加后趋于平稳,但熵值有很大差异;梯级先导熵值随尺度变化不明显,整体呈增长趋势,与不规则先导的熵值在大于3的尺度上也有所差异,因此当尺度大于3时可将熵值大于1.5的先导归类为不规则先导,熵值小于1.5的先导归类为梯级先导或直窜先导。不规则先导的特征熵平均值为2.0~2.1,最大值范围为2.6~2.8,最小值范围为1.51~1.59。     

基于改进mRMR特征选择的云型识别研究

传统的云型识别主要是提取云的颜色、纹理和形状等特征,但这些特征中存在不相关和冗余特征,导致云型识别率降低.在最大相关最小冗余（max relevance and min-redundancy,mRMR）特征选择方法的基础上,运用互信息标准化形式（Symmetrical Uncertainty,SU）克服互信息偏向于取值较多属性的固有缺点,提出了改进的mRMR特征选择方法,对云的综合特征集进行特征筛选,筛选出最优特征子集,运用支持向量机进行云型识别.试验结果表明该方法优于mRMR方法,使层云、积云、高积云、卷云和晴空5种天空类型的总正确率提高,特征选择前、后的总识别率分别为86.96％、89.04％,识别率提高了2％;对于云型识别研究,经过特征选择后可知纹理特征优于形状特征,基于形状的Zernike矩优于HU不变矩,基于纹理的灰度共生矩阵为最优特征提取方法.     

一次典型降水层状云的结构特征和增雨潜势分析

利用FY-2C卫星资料、雷达资料和逐时降水资料及NCAR/NCEP(1°×1°)再分析资料,对2005年9月24-25日河南省出现的层状云降水过程进行了分析。结果表明:影响降水过程的是低槽—切变云系,切变线云系为暖云云系,结构较均匀,低槽云系主体为冷云,云顶亮温不均匀,有低亮温带结构,当东移的低槽云系与北抬的切变线云系叠加后,叠加区上有中小尺度云团活动,促使降水加强。强降水出现在700 hPa、850 hPa切变线之间及500 hPa低槽前部,并与云顶亮温的发展变化趋势表现出相似性;500 hPa槽前、700 hPa切变线北侧的降水,雨强与亮温值的对应关系不确定。这主要是由于低槽云系和切变线云系的叠加部位不仅具有深厚的湿层,而且具有较强的动力抬升和水汽辐合条件;切变线北侧处于低空辐散区且水汽条件较差,自然降水产生的条件不是很好。最后借助于FY-2C卫星资料反演的云物理参数,对低槽—切变云系的增雨潜势进行了简要分析,认为低槽—切变云系上云顶温度较高的部位符合“播云窗”概念,具有很好的增雨潜势,切变线北侧的低槽云系由于云顶温度低、低空水汽不充分,“播撒—供应”机制不能很好地建立,其增雨潜势条件也弱。     

一次典型降水层状云的结构特征和增雨潜势分析

利用FY-2C卫星资料、雷达资料和逐时降水资料及NCAR/NCEP(1°×1°)再分析资料,对2005年9月24～25日河南省出现的层状云降水过程进行了分析.结果表明:影响降水过程的是低槽-切变云系,切变线云系为暖云云系,结构较均匀,低槽云系主体为冷云,云顶亮温不均匀,有低亮温带结构,当东移的低槽云系与北抬的切变线云系叠加后,叠加区上有中小尺度云团活动,促使降水加强.强降水出现在700 hPa、850 hPa切变线之间及500 hPa低槽前部,并与云顶亮温的发展变化趋势表现出相似性;500 hPa槽前、700 hPa切变线北侧的降水,雨强与亮温值的对应关系不确定.这主要是由于低槽云系和切变线云系的叠加部位不仅具有深厚的湿层,而且具有较强的动力抬升和水汽辐合条件;切变线北侧处于低空辐散区且水汽条件较差,自然降水产生的条件不是很好.最后借助于FY-2C卫星资料反演的云物理参数,对低槽-切变云系的增雨潜势进行了简要分析,认为低槽-切变云系上云顶温度较高的部位符合"播云窗"概念,具有很好的增雨潜势,切变线北侧的低槽云系由于云顶温度低、低空水汽不充分,"播撒-供应"机制不能很好地建立,其增雨潜势条件也弱.     

基于尺度不变特征变换的云导风计算方法

提出了基于尺度不变特征变换的云导风计算方法,通过计算图像的尺度不变特征点并进行特征点匹配得到云导风矢量结果。选取风云2号卫星拍摄的卫星云图作为实验基础数据,运用传统的最大相关系数法和基于尺度不变特征变换的匹配方法,对得到的两种计算结果进行对比分析。结果表明:基于尺度不变特征变换的匹配方法计算得到的有效风矢量较多,且分布有规律,能很好地应对不同情况的云团情况计算出合理的风矢量结果。     

一次层状云降水过程云粒子的特征分析

本文针对山西省2009年6月18日-19日的一次降水过程,利用Micaps系统天气图和机载DMT探测资料分析了这次降水的宏微观特征,并用Г分布拟合了云滴谱分布,结果接近云滴谱的实际分布。