利用CloudSat卫星资料分析热带气旋的结构特征

利用2006—2010年的CloudSat热带气旋过境数据集资料,定量分析了大西洋地区飓风的云、降水和热力结构在不同演变阶段内的分布特征,结果表明:雷达反射率的发生概率以5 km高度为"拐点"呈现不同的分布特点,且成熟阶段的回波强度明显大于发展和消亡阶段.各径向环内深对流云发生概率始终最大,积云和雨层云始终最小.冰水含量的最大值位于内核区且沿径向不断减小,有效粒子半径和分布宽度参数随高度减小而粒子数浓度却增大.温度距平在距离中心200 km以内随飓风演变不断增大,而200 km以外始终较小.各阶段8 km以下存在湿心区,而其上方正好对应暖心区.内核区发展阶段存在近饱和区而成熟和消亡阶段存在向外倾斜的未饱和区.各阶段不同径向环内4 km以上主要为稳定层结而4 km以下的层结特性各异,且假相当位温沿径向逐渐减小.     

五指山台洞体形变观测资料对热带气旋的响应特征研究

通过对五指山台形变观测资料产生影响的热带气旋信息统计及数据分析发现:该台的倾斜类仪器的热带气旋响应水平明显高于应变类仪器,特别是VP垂直摆的响应能力最强,SSY伸缩仪的风扰响应水平最弱;不同气旋引起的震颤波扰动信号的形态、振幅、频率、扰动强度不同;同一气旋对倾斜类仪器VP垂直摆北南向响应幅度最大,最大扰动强度幅度量级为20×10?3″/ms左右,持续时间与气旋的生命周期有关。      

基于全球集合预报的西北太平洋热带气旋预报的评估和改进

西北太平洋热带气旋在2018年7~8月间的预报,特别是在上海登陆的温比亚(2018)、安比(2018)和云雀(2018),给数值模式和预报均带来巨大的挑战.文章基于ECMWF和NCEP的集合预报对这些热带气旋的预报技巧进行了分析.结果表明,ECMWF的集合预报对热带气旋路径和强度的预报技巧高于NCEP的集合预报.对于在上海登陆的三个台风,ECMWF的集合预报对温比亚(2018)和安比(2018)的强度预报技巧优于NCEP的集合预报,但两者对云雀(2018)在峰值附近的强度预报技巧都较低.为了提高集合预报对热带气旋的预报技巧,文章提出了一种集合预报成员的适应性权重估计方法.该方法利用集合成员的预报场和分析场相对于观测的距离,适应性地估计集合成员在集合平均中的权重.当适应性权重方法应用于ECMWF和NCEP的集合预报时,二者的集合预报对热带气旋路径和强度的预报技巧都得到了改进,并且ECMWF集合预报的改进要优于NCEP集合预报.     

基于COSMIC掩星资料的中国及周边地区云垂直结构特征研究

利用2007年1月至2009年1月的气象、电离层及气候卫星探测系统(COSMIC)湿空气数据,基于相对湿度廓线出入云层时发生突变反演云边界高度进而获取云垂直结构参数的思想,对中国及周边八个不同地区云的垂直结构特征进行统计分析.结果表明:(1)不同地区掩星样本数随季节的变化较小,不同季节各地区间差异却较大,且多层云样本数日变化呈现明显的"双峰"结构;掩星最低探测高度集中在3.0km以下,各地区多层云受限制概率大于单层云,主要影响部分中低云参数的反演.(2)南方各地区云厚及晴空厚度都大于北方,双层云上层云厚大于下层,三层云从大到小依次为顶层、底层和中间层,且顶层与中间层晴空厚度大于中间层与底层;各地区不同季节内各层云云顶高具有相同的排列规律,云底高也基本遵循类似的排列顺序;多层云晴空厚度季节变化不显著,各季节内南方大于北方.(3)中国地区各类云云底高和云顶高二维频率季节变化不大,出现两个较大值区但分布高度各异;另外,南北方有不同的频率分布特点,其中西南和华南在16.0km以上出现"尾翼"分布,表明有深厚对流云产生.     

基于区域ATOVS数据同化的2008中国南方低温雨雪冰冻灾害的暴雪监测研究

2008年1月中国南方地区遭受了严重的低温雨雪冰冻灾害, 地面常规观测、地面雷达观测等气象监测手段因受冰雪灾害的影响, 未能提供全面及时的雪情信息. 为了补充雪情数据, 国家卫星气象中心采用区域ATOVS卫星遥感数据和NCEP预报数据, 利用与美国NCAR合作开发的WRF三维变分预报/同化系统(其中陆面子过程选用NOAH方案), 建立了基于区域ATOVS数据同化的2008中国南方低温雨雪冰冻灾害的暴雪监测系统, 提供了暴雪灾害时段内每6 h一次的雪水当量演化分布数据. 本文系统阐述了基于区域ATOVS数据同化的2008中国南方特大暴雪灾害监测方案, 并对比分析了同化前、后模拟结果与观测资料的吻合度. 研究表明: 同化后的分析场能更好地反映此次强降雪过程的天气特征, 雪深的计算精度较同化前有明显改进, 从而验证了基于区域ATOVS数据同化的雪情监测方案的可行性. 该研究不仅为暴雪天气灾害应急服务提供了及时准确的雪情空间分布和演变信息, 也为区域ATOVS数据的应用开辟了新途径.     

基于下投式探空仪资料的超强台风蔷薇(2008)动力和热力结构特征分析

本文主要利用全球定位下投式探空仪(dropsonde)资料和卫星云图资料,对2008年第15号超强台风蔷薇(Jangmi)边界层的热力和动力结构进行了分析,并且对其生命史中两个不同的时期的热力和动力结构特征进行了对比.结果表明:在内核区域中,距离眼越近,切向风越大,动力和热力边界层高度越低.边界层内,温度垂直递减率相比边界层以上更大;很多探空仪廓线中出现假相当位温(θse)垂直递减率与一般规律相反(即θse/z>0)的现象,并且能和径向风从流入转为流出以及Vr/z>0的高度很好的对应.对比生命史的不同时期,发现从台风发展的初始阶段到成熟阶段,在同一高度上切向风和径向风均有明显增大的趋势,径向流入层的厚度增大;台风内核区域的温度、比湿以及假相当位温都有增大的趋势,说明台风在发展增强的过程中从海表面获取了巨大的能量.     

基于地震波形结构特征的浅水三角洲砂体构型预测

渤海明化镇组下段以河流-浅水三角洲沉积为主的储层,单期砂体厚度薄,多期砂体叠置复杂.常规的基于地震资料振幅属性仅能描述5～20 m(地震分辨率附近)的单期和多期叠置复合砂体组合厚度平面分布特征,而砂体叠置构型结构关系则预测精度有限,导致解释的多解性和不确定性,难于满足海上油田开发阶段储量单元内部隔夹层解释、连通性分析以及剩余油预测等细化研究生产要求.为此,本文从浅水三角洲砂体构型结构模式出发,系统分析了小于地震资料分辨率尺度下各构型模式地震响应特征规律和地震属性特征,建立波形结构敏感地震属性集合.通过渤海靶区M油田应用,实现了储量单元内部储层叠置分区预测,结合测井资料验证,较准确的预测了储层内部构型分布,进一步提高了基于地震资料在油田开发阶段的研究尺度,为油藏开发精细化管理提供了有效支撑.     

基于震害资料的云南地区砌体结构易损性研究

砌体结构房屋是存在于我国的一种量大面广的结构.针对一个地区砌体结构开展结构地震易损性分析,有利于把握该地区砌体结构整体抗震性能,对于该地区防震减灾工作的开展有着重要的指导意义.该研究收集整理了2001年到2010年10年间发生于云南地区地震的震后砌体结构震害资料,并对震后统计得到的震害矩阵进行分析,发现云南农村地区砌体...     

基于微观孔隙结构特征的速度频散和衰减模拟

孔隙尺度的喷射流流动是引起地震波速度频散和衰减的重要机制之一. 目前,大多数喷射流模型仅考虑硬孔隙与微裂隙之间的局部流动,而忽略了具有不同孔隙纵横比微裂隙间的喷射流作用. 为了研究各种类型孔隙间的流体流动效应,本文对经典喷射流模型进行了扩展,通过结合等效介质理论和孔隙结构模型,根据从干燥岩石超声速度-压力曲线中提取的微裂隙孔隙纵横比分布,求取出岩石中各种微裂隙的体积压缩系数,并在此基础上,利用孔隙空间的压力松弛效应对微裂隙间的喷射流效应进行了模拟,并运用Biot理论描述了硬孔隙间的宏观流动效应. 扩展后的理论模型不仅考虑了微裂隙与硬孔隙间的局部流动、硬孔隙与硬孔隙间的Biot宏观流,还加入了微裂隙与微裂隙间的喷射流作用,且模型的高、低频极限始终与Mavko-Jizba理论和Gassmann方程保持一致. 模型应用分析发现,对于砂岩和大部分致密灰岩样品,扩展模型均能给出与超声实验测量数据吻合良好的估计结果. 此外,扩展模型预测的速度频散及衰减表明,喷射流机制在地震和测井频段发挥着重要作用,其速度频散曲线由低频至高频呈逐渐增大趋势,不具有明显的快速变化特征,与经典频散曲线形态存在显著差异;在低有效压力下,频散和衰减程度较大,喷射流机制发挥主要作用,而随着有效压力的增加,Biot宏观流机制开始占主导,频散和衰减程度逐渐减小.

     

基于储层砂岩微观孔隙结构特征的弹性波频散响应分析

储层砂岩微观孔隙结构特征不仅影响干燥岩石的弹性波传播速度,也决定了岩石介质中与流体流动相关的速度频散与衰减作用.依据储层砂岩微观结构特征及速度随有效压力变化的非线性特征,将其孔隙体系理想化为不同形状的硬孔隙(纵横比α0.01)与软孔隙(纵横比α0.01)的组合(双孔隙结构).基于孔弹性理论,给出软孔隙最小初始纵横比值(一定压力下所有未闭合软孔隙在零压力时的纵横比最小值)的解析表达式,并在此基础上利用岩石速度-压力实验观测结果给出求取介质中两类孔隙纵横比及其含量分布特征的方法.通过逐步迭代加入软孔隙的方法对基于特征纵横比的"喷射流"(squirt fluid)模型进行了扩展,以考虑复杂孔隙分布特征对岩石喷射流作用的影响及其可能引起的速度频散特征.相较于典型的喷射流作用速度频散模式,对于岩石中软孔隙纵横比及其对应含量在较宽的范围呈谱分布的一般情况,其速度频散曲线不存在明显的低频段和中间频段,速度随频率的增大呈递增趋势直至高频极限.这说明即使在地震频段,微观尺度下的喷射流作用仍起一定作用,同样会造成流体饱和岩石介质的地震速度与Gassmann方程预测结果有不可忽略的差异.本文是对现有喷射流模型的重要补充,也为利用实验数据建立不同频段间岩石弹性波传播速度的可能联系提供了理论依据.     

基于多轨道卫星观测数据分析尼泊尔地震长波辐射特征

综合已经在红外异常提取中应用的涡度和RST（Robust Satellite Technique）算法优点,提出了红外异常指数算法.并基于长时间尺度的中国静止卫星FY-2D和美国极轨卫星NOAA长波辐射数据,应用RST和异常指数算法,分别对2015年4月25日尼泊尔M_S8.1和5月12日M_S7.5地震前后卫星长波辐射变化特征进行了分析,开展了多轨道、多时空分辨率长波辐射同步地震热红外特征研究.结果表明,运用RST算法,两次地震前后,未能在震中周围发现明显的长波辐射异常.运用异常指数算法：（1）对于NOAA卫星,4月15日在M_S8.1地震震中以西出现热红外异常,到4月24日震中以西约100 km处出现异常最大值,随后逐渐消失.5月10日在M_S7.5地震震中以东约200 km发现异常;（2）在NOAA卫星长波辐射异常发现最大值当日,采用FY-2D卫星每3 h的数据分析可发现红外异常的动态演化过程,弥补NOAA卫星分辨率不足.以上结果为利用多轨道卫星监测地震热辐射变化提供了依据.

     

冷空气入侵对热带气旋发生发展的影响

本文从梯度风方程出发,证明温度梯度增强对涡度起到增强作用.因此当冷空气侵入热带气旋外围时,只要没有破坏热带气旋的暖心结构,就会引起温度梯度的增长,从而促进热带气旋的发生发展.本文采用NCAR/PSU研制的非静力中尺度模式MM5,研究北半球冷暖空气入侵在热带气旋形成和加强过程中的作用.通过研究冷暖空气对热带气旋发展影响的试验发现,冷暖空气在入侵热带气旋外围时,最主要改变的是外围的环流场.北半球冷空气的入侵将会增强热带气旋北面的北风,形成指向热带气旋中心的推力,即辐合增强,暖空气入侵减弱北面的北风,形成背向热带气旋中心的拉力,即辐合减弱.由于拉力作用,一方面把边界上由于冷空气入侵而生成的能量往热带气旋中心输送,另一方面导致温度梯度的增加.因此从天气学形势来看,在热带气旋发生发展的过程中,北方的冷高压将会增强热带气旋北面的风速,从而导致热带气旋的增强;南半球澳高的增强,将使越赤道气流增强,热带气旋南面的风速也因此增强,从而引起热带气旋的增强.     

热带气旋集合预报中的不确定性研究

综合考虑了数值天气预报过程中的两种不确定性：初值和模式的不确定性,建立了一个拥有20个成员的中尺度集合预报系统来模拟1997年热带气旋Danny的路径和对流系统.发现模拟气旋路径的集合平均误差在12 h以后比所有成员的误差都小.通过考察模拟结果对各种不确定性的敏感性,发现两种不确定性在模拟中都很重要,但不同的不确定性对模拟结果的贡献是不同的.初值的不确定性主要影响模式积分的前12 h,模式的不确定性在整个积分过程中始终存在.不确定性最敏感的区域主要分布在气旋附近的强天气区.     

模糊聚类与遗传算法相结合的卫星云图云分类

针对模糊C均值聚类（FCM）方法存在的缺陷,提出运用遗传算法（GA）全局寻优与FCM局部寻优以及模糊减法聚类客观估算聚类数等优势互补的思想和途径进行卫星云图云分类判别.试验结果表明,综合方法（GA\|FCM）的云分类效果明显优于单一的FCM和GA算法,可有效弥补FCM和GA算法在云分类中存在的不足,并可运用于实况云图中云类的客观、自动判别.     

基于地面重力的卫星重力梯度检校方法

卫星重力梯度仪在轨检校是提高梯度模式重力卫星观测质量的关键.本文面向中国未来梯度模式重力卫星规划任务,研究提出一种基于地面重力的卫星在轨检校方法,该方法顾及卫星设计指标,从地面先验重力数据的精度、空间尺度以及卫星重力梯度仪的观测噪声等卫星检校要素开展分析研究,成功实现地面数据与卫星观测数据的比对检校.研究结果表明,在1...     

半个世纪来热带海洋风暴对中国大陆的影响

本文利用美国海军台风警报中心（JTWC）提供的1945～2002年热带风暴路径资料统计分析了西北太平洋（NWP）和中国南海（SCS）风暴生成及登陆中国大陆热带风暴的时空演变特征.季节变化上,NWP风暴登陆主要集中于6～11月,SCS风暴影响主要集中在6～9月,但后者登陆总数比前者少.西北太平洋风暴在东南沿海(27°N,120°E)附近登陆的频次最高,在此以北随纬度急剧下降.年际变化时间尺度上,登陆大陆的风暴年总数与来自南海的年风暴数成正比.登陆我国的热带风暴年频数有明显的区域差异和显著的2～7年振荡.长期趋势上,两个海域的风暴年生成频数和登陆大陆的年风暴频数在58年中总体呈线性增长趋势,其中登陆频数增长趋势相对缓慢,但近几年登陆风暴数与生成风暴数都表现出减少的趋势.生成频数和登陆频数都呈现出年代际变化,其年代转换发生在1960、1970年和1990年前后.     

Detection of fast secular variations based on the data of satellite magnetic surveys

The usage of only the vector satellite survey data made it possible to detect rapidly developing anomalies of the secular variations with the foci in central Asia and Indian Ocean. It has been indicated that the field at the foci increased by several hundred nanoteslas for eight years. It is assumed that the origination of the foci was accompanied by jerks, which could be observed in this region in the mid-1990s. It is assumed that the increasing foci are the initial stage of the 60-year variation.     

基于频率-结构双重加权阈值的地震数据插值

地震数据的插值是地震数据处理的关键环节,插值效果的优劣关系到后续反演、去噪、反褶积、偏移等工作的进行.基于稀疏反演的常规频率-波数（FK）域插值方法往往使用广义阈值,而由于缺失地震数据仅沿波数方向呈稀疏态,在沿频率方向呈类子波频谱形态分布的非稀疏态,直接应用基于Lp范数的广义阈值会难以补全缺失数据的高低频信息,不利于后续依赖低频信息的反演及依赖高频的高分辨率处理工作的开展;基于该问题,本文设计沿频率方向类子波频谱形态变化的频率加权阈值,同时考虑完整地震数据在波数域的聚集分布,引入沿波数方向的结构加权阈值,提出基于频率-结构的双重加权阈值,在补全缺失地震道的同时,保证其高低频信息的有效恢复.模型和实际数据表明,相比于广义阈值,基于频率-结构的双重加权阈值可以减少插值误差,最大限度保证缺失地震道位置插值结果高低频信息的完整性.

     

Latitude variability of acoustic-gravity waves in the upper atmosphere based on satellite data

Based on satellite measurements, we investigated the properties of acoustic-gravity waves in different geographical areas of the Earth’s upper atmosphere. To study wave activity at high latitudes, we used the concentration of neutral particles measured by the low-altitude polar satellite Dynamic Explorer 2 and measurements from the equatorial satellite Atmosphere Explorer-E for analysis of waves at low latitudes. In the range of heights 250–400 km, there are observed latitudinal variations of amplitudes, together with variations in the morphological and spectral properties of acoustic-gravity waves. In the polar regions of thermosphere, the wave amplitudes amount to 3–10% in terms of relative variations of density and do not exceed 3% at low and middle latitudes. At low latitudes, regular fluctuations induced by the solar terminator are clearly seen with a predominant wave mode moving synchronously with terminator. Moreover, at low and middle latitudes, there are observed sporadic local wave packets of small amplitudes (1–2%) that can have origins of various natures. We also investigated the relation between some of the observed wave trains and the earthquakes.