利用AMSR-E卫星数据反演蒸发波导高度的BP神经网络方法

主要结合P-J模式和全通道AMSR-E卫星数据,利用两种BP神经网络方法对热带海区蒸发波导高度进行了反演研究。(1)利用BP神经网络反演得到的气象参数通过P-J模式计算蒸发高度;(2)利用卫星AMSR-E数据直接反演蒸发波导高度。两种方法得到的与浮标实测参数计算得到的蒸发波导高度之间的相关系数相当,都为0.82左右,均方根差后者比前者小,分别为2.64m和1.89m。利用后一种网络直接反演了南海地区的蒸发波导高度,平均结果与其他文献结果基本一致。     

海上蒸发波导模式研究进展及面临的问题

对流层中电磁波的反常传播可以导致错误的气象雷达测量,海洋上最常出现的反常传播现象是蒸发波导.本文重点介绍了迄今为止有重要影响的3个蒸发波导模式,美国的PJ模式、欧洲的MGB模式和最近发展的Babin模式.所有蒸发波导模式都是以莫宁-奥布霍夫(Monin-Obukhov)相似理论为基础,但是这些模式在相似理论应用上显著不同.通过相同条件下的对比实验表明,Babin模式使用了最近精确的整体相似表达式,并采用了小风速相似理论拓展技术和湿度的盐度订正技术,结果优于PJ模式和MGB模式.     

一个嵌套于MM5下的蒸发波导预报模式

Evaporation duct is an abnormal refractive phenomenon in the marine atmosphere boundary layer. It has been generally accepted that the evaporation duct prominently affects the performance of the electronic equipment over the sea because of its wide distribution and frequent occurrence. It has become a research focus of the navies all over the world. At present, the diagnostic models of the evaporation duct are all based on the Monin-Obukhov similarity theory, with only differences in the flux and character scale calculations in the surface layer. These models are applicable to the stationary and uniform open sea areas without considering the alongshore effect.This paper introduces the nonlinear factor av and the gust wind item wg into the Babin model, and thus extends the evaporation duct diagnostic model to the offshore area under extremely low wind speed. In addition, an evaporation duct prediction model is designed and coupled with the fifth generation mesoscale model(MM5).The tower observational data and radar data at the Pingtan island of Fujian Province on May 25–26, 2002 were used to validate the forecast results. The outputs of the prediction model agree with the observations from 0 to 48 h. The relative error of the predicted evaporation duct height is 19.3% and the prediction results are consistent with the radar detection.     

利用WRF模式对海上蒸发波导的数值模拟研究

以WRF中尺度模式为基础,耦合Babin蒸发波导模式,建立了一种海洋蒸发波导预报模式,对南海2010年3月26日至28日的蒸发波导高度进行48h的数值模拟。通过与NCEP再分析资料FNL数据计算得出的蒸发波导高度对比分析发现,WRF模拟结果与FNL计算结果拟合的较好,并且变化规律基本一致,该模式可以用来预报海上蒸发波导。     

基于局地相似理论的蒸发波导计算方案及敏感性试验

蒸发波导是海洋环境中最常出现的异常大气折射结构,具有很高的利用价值.利用局地相似理论代替 Monin-Obukhov 相似理论来确定近地层温度、湿度垂直分布廓线,并借助热带海洋全球大气-海气耦合响应试验(TOGA COARE) 中提出的总体通量算法,对 Local 模式和 New 的推导过程和算法设计进行了详细的阐述和说明.通过比较不同模式的计算结果和敏感性试验发现,在较强逆温和低风速(强稳定层结) 条件下,除 P-J 模式外,基于 Monin-Obukhov 相似理论的蒸发波导模式计算的高度值均出现异常突变;而基于局地相似理论的 Local 模式能够有效抑制这种异常突变的现象,且与加入人为修正的 P-J 模式结果比较接近.New 模式集 Babin 模式与 Local 模式的优点于一身,应该说是目前理论上最为完善的模式.     

应用湍流通量理论分析蒸发波导机理

蒸发波导是近海面经常出现的大气结构.从湍流运动方程出发,基于近海面海-气耦合湍流通量理论和算法分析了蒸发波导机理.对气象要素变化时,蒸发波导高度和感热、蒸发潜热和动量通量间的关系进行了分析,表明蒸发波导的形成和湍流通量具有明显相关性,为蒸发波导机理研究提供了新途径.     

基于NPS模型的南海蒸发波导中尺度数值模拟研究

蒸发波导是海上大气波导中发生概率最高、对海上舰艇和岸基雷达探测系统影响最大的一种波导类型,研究意义重大。本文搭建了一种基于NPS诊断模型的新型蒸发波导数值预报模式,对我国南海海域2014年11月1~5日的5 d海上蒸发波导分别进行了数值模拟。利用数值模拟数据与岸基铁塔实测数据分别绘制蒸发波导高度随时间的变化曲线,并进行误差分析,显示模拟结果与实测结果变化规律基本一致,统计计算这5 d的蒸发波导高度平均误差为1.289 m。这表明了本模式的可行性及其存在的模拟偏差。此外,利用本预报模式对南海海域2011年整年的蒸发波导进行了数值模拟,得到了12个月的蒸发波导时空分布特征,分析总结的规律与其它文献的研究结论基本一致。     

海上蒸发波导的预测方法综述

综述了海上蒸发波导的预测方法,根据预测方法的原理及实现方法不同,将已有的蒸发波导预测方法归纳为基于气象水文要素数据的预报方法、基于气象卫星数据的反演计算方法、基于雷达数据的反演计算方法和中尺度模式同化方法等四大类。对每个类中的主要方法的基本原理及优缺点进行了具体分析和总结,最后给出了蒸发波导预测方法中存在的问题及研究进展情况,对未来研究方向及趋势进行了预计。     

基于非迭代海-气通量算法蒸发波导预测模型在不同海域的适应性研究

利用非迭代海-气通量算法蒸发波导预测模型(Liu-Li模型)对我国渤海海域试验数据及大西洋海域FNL分析资料进行诊断,分析了模型对不同海域海上气象要素的敏感性,对试验时间内蒸发波导高度进行了预测,并与观测的实际波导高度进行了比较分析。此外,将Liu-Li模型与Babin模型、NPS模型、P-J模型和伪折射率模型的预测诊断效果进行对比。结果表明:Liu-Li模型的计算结果与实际观测波导高度及其他4种模型计算结果的变化趋势基本一致,能较好地反应该时段内海上蒸发波导高度的变化趋势,并对不同层结状态下的气象要素作出敏感性响应。在渤海海域,Liu-Li模型在不稳定海气层结状态下计算得到的波导高度略低于实际观测波导高度,而在稳定海气层结状态下Liu-Li模型计算得到的波导高度结果偏大,特别是海气层结状态越稳定时,LiuLi模型的计算会出现异常值。在西北大西洋海域,Liu-Li模型对蒸发波导高度的诊断与Babin模型、NPS模型和伪折射率模型相近,但Liu-Li模型计算稳定性更好;同时,大多数时次内Liu-Li模型的计算结果与风速和相对湿度的变化趋势较为接近,在海气条件复杂多变的情况下模型计算的波导...     

海气通量算法在海上蒸发波导诊断中的应用

利用TOGA COARE Bulk Air-Sea Flux Algorithm3.0,建立了基于通量算法的蒸发波导模型(Flux Evaporation duct Model),并进行了环境敏感性分析,而且与Paulus-Jeske模型对比,进行误差敏感性分析,并开展了雷达探测评估的海上试验,较全面的阐述了基于通量算法的蒸发波导模型的性能。     

基于非迭代海-气通量算法的蒸发波导预测模型研究

蒸发波导易发生在海洋等水体之上.为了深入研究蒸发波导预测模型的诊断预报技术,本研究依据目前最新的非迭代海-气通量算法,建立了非迭代通量算法蒸发波导预测模型-NEW模型,进而对新模型进行了敏感性试验,且用我国近海试验数据进行了检验.最后将NEW模型与目前使用广泛、效果较好的4种蒸发波导模型(即P-J模型、Babin模型、NPS模型和伪折射率模型)进行了对比分析,得到了不同模型蒸发波导高度随气象海洋要素变化的规律,结果表明非迭代通量算法模型与传统模型对不同海洋气象要素的敏感性响应是一致的.不稳定层结条件下NEW模型对蒸发波导的诊断结果接近于Babin模型和NPS模型,而稳定条件下略高于NPS模型.试验表明NEW模型可以有效地诊断预报蒸发波导.本研究系统阐述了非迭代通量算法模型的建立和适用情况,为蒸发波导预测诊断算法的更新和模型发展提出了新的思路.     

基于大气湍流效应的蒸发波导PJ 模型研究

本文基于海洋大气近地层相似理论和一维Kolmogorov 谱函数, 建立考虑各向同性和各向异性湍流效应的蒸发波导模型, 并基于相对误差理论, 将数值模拟的大气修正折射率与根据试验采集数据计算得到的修正折射率进行对比分析。研究结果表明： 湍流效应对蒸发波导模型的预测结果有影响, 且考虑各向异性湍流效应的蒸发波导模型预测精度更高。因此在构建蒸发波导模型时, 需要考虑各向异性湍流对大气折射率的扰动影响, 才能得到更准确的大气修正折射率廓线。通过引入各向异性大气湍流理论, 能够有效提升蒸发波导模型的适用性, 为后续反演大气波导提供较好的模型基础。     

利用MM5V3模式模拟大气波导产生的准确率分析

基于MM5V3中尺度天气预报模式建立了低空大气波导模拟平台,利用FNL再分析数据与GTS数据对东海海区大气波导分布进行了七个月的模拟。通过那霸、石垣和南大东岛3个站点的实测结果与模拟结果的比较,计算了波导发生的模拟准确率,统计分析了波导随时间的变化。结果表明,MM5V3模式能够较好的模拟出大气波导的产生和变化,尤其是模拟范围广、强度大的波导效果更好。     

利用卫星数据反演海洋蒸发波导的研究

海洋蒸发波导是海洋大气中的一种异常折射结构,通常是由观测站点的传感器数据计算得出。但这种方法只能得到单点的海洋蒸发波导,无法满足我们对大范围海域的海洋信息需求。文中提出了一种利用卫星遥感数据反演海洋蒸发波导的方法,并利用观测站点的数据对反演结果进行订正,从而得到了完整的大面积海区蒸发波导环境。     

The FUNWAVE model application and its validation using laboratory data

In this paper, the performance of a well known and widespread Boussinesq model is evaluated for its ability to predict deep waters and shoaling zone velocity and elevation, comparing them with laboratory data. The model evaluation places emphasis on the parameters of the wave field that could be used for the prediction of coastal phenomena. It was found that the model proved its ability to predict regular wave velocity and elevation both in deep waters and shoaling zones right up to the breaking region. In contrast to previous works found in literature, the comparisons in this case are not limited to modelled and measured wave elevations, but also involve horizontal velocities. As a result, experimental and computed time series of wave elevations and horizontal velocities and their corresponding phase-averaged values are investigated along the wave channel, showing a good performance of the model.     

水平非均匀性蒸发波导诊断及其对雷达探测的影响

蒸发波导是发生在海气边界层的一种异常折射现象,因为其分布广、发生概率大,所以被认为是对海上电子装备影响最为显著的波导类型。然而由于其形成机制复杂,且在近岸地区存在水平不均匀性,使得目前非均匀蒸发波导的诊断及其应用还未能落实到实际工作中。针对这一现状,首先利用G L Geernaert的方法修正了Monin-Obukhov相似理论,将其扩展到海洋大气表面边界层不均匀条件下;其次在Babin模式的基础上引入张强普适函数的非线性修正因子与阵性风速,从而将蒸发波导诊断模式的适用范围拓展到近海沿岸地区和甚低风速条件下。并在此基础上研究了蒸发波导水平非均匀性对雷达探测的影响,得到了水平非均匀蒸发波导能够改变均匀波导环境下雷达的探测距离及其盲区的分布。