香河站太阳辐射识别晴空方法的评估（英文）

根据位于华北平原的重污染站点——香河5年的分钟级别地表太阳辐射和人工订正的全天空成像仪数据,对21种晴空识别(CSD)方法进行了评估:晴空识别准确率较高的方法云天识别准确率较低,反之亦然;由于CSD方法采用的参数阈值不适用于污染情况,当气溶胶含量增加时,识别准确率呈下降趋势.研究结果显示,利用太阳辐射数据识别晴空的方法在高污染地区使用时需进行改进.     

CINRAD/SAD双偏振雷达非降水回波识别技术

双偏振雷达观测特征参量(如相关系数、差分反射率等)能有效抑制地物、超折射、电磁干扰、海浪和晴空等非降水回波。在上海南汇WSR-88D双偏振雷达非降水回波识别算法基础上,对我国升级布网且纳入业务运行的CINRAD/SAD双偏振雷达数据进行算法测试、算法模块适应性改进,利用江苏、广东的双偏振雷达观测冰雹、融化层、台风降水及各种杂波个例进行算法检验评估,并在组网拼图中展示质量控制效果。结果表明:总体上算法对非降水回波的识别准确率达到95.2%,降水回波的误判率为2.6%。但对夏秋季节夜晚的大面积晴空回波算法识别准确率低于90%,有待尝试利用深度学习方法改进。     

我国月晴空指数模型探讨

运用统计方法,建立了不同时空尺度的数字月晴空指数估算模式DCIM。利用克立克(Kriging)插值法,制作了我国1 km×1 km全年各月气候平均晴空指数空间分布图。结果表明:分布图能较好反映我国晴空指数的分布特征,同时为实际复杂地形下太阳辐射及其各分量的估算提供了基础数据,也为其他大气参数的空间扩展提供了有益的尝试。     

一种基于MEA BP的太阳辐射反演算法

基于光电原理的日照计即将在全国推广应用,以光照度观测数据为主反演太阳辐射数据可以有效弥补太阳辐射观测站数量不足的现状。针对现有的太阳辐射反演方法的不足,提出一种融合主成分分析(PCA)、思维进化算法(MEA)和BP神经网络的复合模型,利用太阳光照度、太阳高度角、温度和湿度观测分钟数据反演太阳辐照度。首先,以晴空指数为依据,基于概率神经网络(PNN)分类法,将天气类型分为晴、云、阴3类,分类准确率达到96.6948%。再利用PCA降维后的4个影响因子,对3类天气分别采用BP、GA-BP和MEA-BP法反演太阳辐照度,与标准辐射表的实测数据对比。结果表明:晴、云、阴的MEA-BP模型的决定系数最高达到0.9958,与单一BP模型相比,RMSE分别降低了49%、32.45%和10.64%;相比于GA-BP模型误差,MAPE最高减少了42.54%。本文所提出的MEA-BP复合模型的泛化能力得到了有效提高。     

基于MODTRAN模式与卫星资料的晴空净太阳辐射模拟

探讨了中分辨率大气辐射传输模式MODTRAN4.0与卫星资料同化在模拟净太阳辐射中的应用,并利用CERES卫星资料作为MODTRAN模式输入参数,对2005年北京上甸子进行了晴空下的地表净太阳辐射模拟与比较。结果表明:利用MODTRAN4.0模式和CERES卫星资料可以较为精确地模拟晴空天气下的净太阳辐射,平均绝对误差为25.74 W/m2,平均相对误差为4.98%。此外,对净太阳辐射的影响因子的研究表明:太阳天顶角、反照率、水汽含量、大气光学厚度与臭氧浓度等因子与净太阳辐射均呈负相关关系,且太阳天顶角与反照率影响较大,其余因子影响较小。     

中国西北地区大气气溶胶散射光学厚度分析

提出一种利用地方气象台站测得的地表宽谱 ( 0 .3～ 4 μm)逐日太阳辐射日总量资料 (包括太阳总辐射和漫射太阳辐射 )来估算晴空无云天气条件下背景大气中大气气溶胶散射光学厚度的方法 ,这主要是基于地表的太阳总辐射和漫射太阳辐射对大气气溶胶散射光学特性的敏感性。该方法建立在观测数据和模式计算结果相互比较的基础上 ,而不需要知道某地相关的云、臭氧或水汽的探空资料。利用此方法 ,我们使用来自我国西北干旱地区 6个地方气象台站 (兰州、敦煌、民勤、格尔木、乌鲁木齐、喀什 ) 1986— 1992年的逐日太阳总辐射和漫射太阳辐射日总量资料 ,得到了大气气溶胶散射光学厚度在年际和月际间的时空变化特征     

多普勒天气雷达地物回波特征及其识别方法改进

非气象因子会在雷达探测时对雷达资料造成污染,并导致雷达数据的质量问题,在雷达数据应用之前必须对被污染的距离库进行识别和处理。该文在现有基于模糊逻辑识别地物回波工作的基础上,发展适合于我国CINRAD/SA的地物回波识别方法,采用北京和天津雷达2005,2006年夏季部分时段体扫资料,同时对反射率因子和径向速度以及速度谱宽进行处理,得到不同回波的各种特征, 并对各种回波特征进行分析; 考虑到隶属函数的确定是地物识别准确率的关键, 运用CSI (critical success index)评判标准确定了模糊逻辑超折射地物回波识别的最佳线性梯形隶属函数;通过识别效果分析说明该方法在识别超折射地物回波中的作用。结果表明:运用改进后的模糊逻辑法可以更好地识别地物回波, 特别是那些超折射地物回波; 与原方法相比, 改进后的方法有效减少了对降水回波的误判。     

S波段WSR-88D双偏振雷达观测非降水回波识别方法研究

与新一代天气雷达相比,双偏振雷达能发射水平和垂直极化偏振波,具有更多的测量信息,利于区分降水和非降水回波,在雷达定量估测降水中发挥着重要作用。本文根据双偏振雷达的测量变量(水平反射率、差分反射率和相关系数)及降水与非降水回波的结构特征,发展了一套S波段双偏振雷达数据质量控制算法,重点研究晴空回波和生物回波的识别。利用上海南汇WSR-88D偏振雷达的观测数据做测试和评估,评估结果表明该算法对南汇偏振雷达非降水回波识别准确率达93%以上,且对降水回波的误判率仅为3.82%。     

上甸子大气本底站太阳辐射观测数据的质量评价

采用了基准地面辐射观测网络(BSRN)推荐的辐射观测数据质量评价方法,对2005年上甸子大气本底站太阳辐射观测数据进行了质量评价,并通过分析晴空地面太阳总辐射观测值与计算值之间的均方根误差和变差系数来替换BSRN质量评价方法中的"辐射观测值序列的目视"检验步骤.结果表明,通过前3步检验的直接、散射和地面太阳总辐射数据的百分比,除7月和8月外其他月份均在95%以上;地面向上辐射除3、4、7、8和11月在74.7%～85.5%之间外,其他月份均在91%以上.通过前3步检验的晴空地面太阳总辐射观测值与计算值之间的均方根误差均在23.5 W·m-2以下,除11月和12月外其他月份的变差系数均在0.05以下.     

利用太阳光度计反演渤海湾西岸大气柱水汽总量

利用CE-318型太阳光度计936nm水汽吸收通道的太阳辐射观测值和太阳光度计在该通道的透过率与水汽量关系，采用瞬态法反演了渤海湾西岸大气柱水汽总量。结果表明：利用太阳光度计936nm通道可以反演晴空大气柱水汽总量，其局限性是要在晴空下使用；渤海湾西岸大气柱水汽含量时间分布极不均匀；不同季节晴空日的水汽含量日变化有所不同。     

多普勒雷达晴空回波识别与应用

在现有多普勒天气雷达资料质量控制基础上,采用徐州雷达站2009年4月和9月雷达资料,统计并对比几种常见的降水回波与非降水回波特性,找出一种有效地识别晴空回波的方法。该方法在不同径向距离区间(小于25km及25～200km)采用不同的识别参数,能够较好地将非降水回波中对临近预报有用的晴空回波信息保留,而将其他非降水回波信息(地物回波、超折射回波等)剔除。依据该方法识别的晴空回波区域所对应Doppler速度可用于判别大气平流状况,从而为预报工作提供帮助。     

中国遥感卫星辐射校正场气溶胶光学特性观测研究

1999年6月28日~7月19日在敦煌场, 7月25日~7月31日在青海湖水面场进行了一次大规模综合野外测量试验, 其中采用3台先进的法国CIMEL太阳辐射计对两个场地大气光学特性进行了系统全面测量, 获得大量晴空天气条件下的大气光学数据。利用Langley法处理气溶胶通道数据得到气溶胶光学厚度及其光谱变化。测量结果显示550 nm波长平均气溶胶光学厚度分别为0.12、0.18, 由气溶胶光学厚度的波长变化得到气溶胶Junge参数分别为2.6、3.0, 并与几种典型气溶胶类型比较。结果表明两地在晴空天气里, 气溶胶含量较小, 符合遥感卫星传感器辐射定标的大气条件。     

基于决策树模型的贵州降雹识别研究

以FY-2G卫星反演产品为输入参数建立决策树模型,对2020年贵州降雹进行识别研究。收集了2020年贵州68个降雹点数据和68个未降雹点数据,从中随机选取58组降雹点和58组未降雹点数据用于建立决策树模型,剩余10组降雹点和10组未降雹点数据用于检验所建立模型的识别效果。结果表明,所建模型降雹识别准确率为80%,其中对10个降雹点识别准确率为70%,对10个未降雹点识别准确率为90%。     

中国紫外线强度预报方法研究

从大气辐射传输的物理机理出发,估算正午晴空地面紫外辐照度,进而利用云量和气溶胶等要素对晴天紫外辐射进行修订,最终获得非晴空地面日最高紫外辐照度,并基于此方法建立紫外线强度预报模型。结果表明:新建立的紫外线强预报方法与原来中国紫外线强度预报方法相比,有效地提高了紫外线强度的预报准确率,可以满足紫外线预报业务的需求。此外,新方法对晴空紫外线强度的预报效果最好,对阴天紫外线强度的预报能力相对较差。     

农作物实景监测中的图像数据质量控制方法研究

农作物实景自动监测系统具有自动、非接触、非破坏性等优点,是传统农业气象观测的补充。开展图像质量控制是合理使用农作物实景自动监测系统资料的基础。利用郑州、泰安和固城三地的历史农作物实景图像资料,设计了基于颜色特征参数检测和基于暗通道先验直方图检测的图像数据质量控制方法。通过对2010—2012年三年夏玉米和冬小麦等不同天气条件下得到的农作物实景自动观测资料进行质量控制与应用效果检验。结果表明:两种质量控制方法均可判断出农作物实景自动监测系统中图像观测资料的异常数据;基于颜色特征参数检测方法可有效识别出像素缺失图像,准确率达100%;基于暗通道先验直方图检测方法能有效识别出污染图像,平均准确率为95.7%,平均召回率为87.5%。该质量控制方法可减小模型估算值与观测数据之间的误差,目前已应用于省级农业自动观测业务系统。     

中国区域云特性分析及在FY-2云检测中的应用

云检测中所使用的云检测阈值正确与否是关系到云检测精度的重要因素。该文利用1983年7月-2007年6月ISCCP数据对覆盖我国及周边区域不同云类云顶温度的年、日变化特征进行分析, 得到云顶温度的分布特征; 对晴空下垫面与最暖云云顶温度差随纬度分布特征、不同区域晴空下垫面及云顶温度与晴空地表温度差日变化特征进行分析, 这些特征及每3 h的晴空下垫面24年平均亮温作为云检测算法的背景场, 用以判识实时动态提取云检测阈值的合理性。个例分析表明:利用多年平均晴空下垫面温度及最暖云云顶温度与晴空下垫面温度之差, 可有效识别云检测阈值的合理性, 合理的阈值有助于提高连续多日被云覆盖及冰雪下垫面条件下的云检测精度。     

长波区间太阳辐射对气候模拟的影响

长波区间的太阳辐射在气候模式中往往被忽略。利用国家气候中心BCC_AGCM2.0.1大气环流模式,采用矩阵算子辐射传输算法,研究了长波区间太阳辐射对气候模式辐射通量和温度模拟结果的影响。结果表明,以ISCCP和CERES辐射资料为标准,考虑长波区间太阳辐射后,长波区间晴空大气地表向下辐射通量平均误差减小2.05 W/m2,均方根误差减少1.29 W/m2;长波区间晴空大气模式顶向上辐射通量平均误差减小0.70 W/m2,均方根误差减小0.21 W/m2;长波区间有云大气地表向下辐射通量平均误差减小1.38 W/m2,均方根误差减小1.03 W/m2;长波区间有云大气模式顶向上辐射通量平均误差减小0.99 W/m2,均方根误差减小0.30 W/m2。以ECMWF再分析资料为标准,考虑长波区间太阳辐射后,赤道地区上对流层—下平流层区域温度的冷偏差得到改善,对流层顶温度平均误差减小0.27 K,均方根误差减小0.25 K。     

基于数据产品的风廓线雷达故障识别

风廓线雷达是一种以大气湍流为主要探测对象的晴空测风设备,近年来普遍使用。其资料的应用广泛,对数据产品的可用性要求越来越高。本文以1456D/F型两种布网风廓线雷达为研究对象,收集了22个产品异常个例,并对其进行了分类,分析了数据产品产生异常的原因;基于数据产品异常,总结出识别与分析风廓线雷达故障的经验方法及排查流程。有利于提高省级、台站业务人员识别风廓线雷达异常数据产品的能力,有效保障数据的正常采集与上传,从而为预报服务提供更准确的探测数据。     

基于纹理与分形理论的气象卫星云图目标物识别

气象卫星云图上的目标物进行识别具有重大的实际意义。本文利用计算机图像处理和模式识别技术,结合分形理论对卫星云图上常见的三种云和晴空进行了纹理特征提取,设计神经网络进行了识别实验,结果证明这种方法是有效的。     

北京S波段天气雷达夜间晴空回波产生原因

S波段天气雷达在夜间往往能探测到大量晴空回波。根据生物随风迁飞迁徙的定向运动特征,结合L波段无线电探空数据与2018年3—10月北京S波段天气雷达数据,分析晴空回波在不同时段、不同风向下的变化,讨论晴空回波产生原因。通过天气雷达数据发现,晴空回波的反射率因子在6—8月初明显小于5月与9月,呈回波强度低谷,同时在5月与9月晴空回波高度可达2 km以上。通过与100 m,750 m和1.5 km高度的探空风向数据对比,反射率因子平均值未展现生物定向迁飞活动所导致的强度变化特征,反射率因子分布不随风向发生明显的季节性变化。与探空数据对比发现,温度垂直递减率与水平风切变大小的变化趋势与组合反射率因子变化趋势一致,认为北京地区晴空回波主要由大气边界层湍流造成。