长短期记忆神经网络(LSTM)模型在低能见度预报中的应用

利用浙江省义乌市2015—2019年逐小时气象观测数据(相对湿度、风速、地气温差、能见度)和空气质量指数(Air Quality Index, AQI)数据, 分析了义乌地区低能见度天气(观测能见度lt; 10 km)的分布特征和气象要素条件。利用长短期记忆神经网络(Long Short Term Memory Neural Network, LSTM)模型对逐小时能见度进行模拟, 分别对比了观测能见度作为输入变量与否的模拟效果; 根据义乌地区低能见度天气条件的特征, 将模拟时段分为三个时期(11月至翌年2月, 3—6月, 7—10月), 对比了分时期模拟的效果; 以及评估了模型的预报步长。结果表明: 高湿、高污染、气温高于地温和低风速是义乌地区低能见度天气的主要特征。LSTM模型对单站能见度有较好的模拟效果, 当输入参数中加入历史观测能见度时, 能大幅提高模拟准确度, 日均能见度模拟结果均方根误差RMSE=0.63 km, 平均绝对误差MAE=0.51 km, 拟合优度R²=0.99;分时期进行模拟能得到更精准的模拟结果。本研究中选用的输入要素在冬季(11月至翌年2月)模拟效果最好, RMSE=2.35 km, MAE=1.46 km, 低能见度均方根误差RMSE_10 km=1.81 km, 低能见度平均绝对误差MAE_10 km=1.13 km, R²=0.83; 3—6月的模拟中, 输入变量中不加AQI模拟效果更好, 这意味着3—6月义乌地区的低能见度天气以雾天气为主导, 加入过多变量并不一定能提高模型准确度; 随着预报步长增大, 模型预报效果变差, 预测步长等于3 h, R²=0.71, 预测结果已不具备实际应用意义。     

Case Study of Fog Predictability for an Event with Cold-Front Synoptic Pattern

Fog has recently become a frequent high-impact weather phenomenon along the coastal regions of North China. Accurate fog forecasting remains challenging due to limited understanding of the predictability and mechanism of fog formation associated with synoptic-scale circulation. One frequent synoptic pattern of fog formation in this area is associated with cold front passage(cold-front synoptic pattern, CFSP). This paper explored the predictability of a typical CFSP fog event from the perspective of analyzing key characteristics of synoptic-scale circulation determining fog forecasting performance and the possible mechanism. The event was ensemble forecasted with the Weather Research and Forecasting model. Two groups of ensemble members with good and bad forecasting performance were selected and composited. Results showed that the predictability of this case was largely determined by the simulated strengths of the cold-front circulation(i.e., trough and ridge and the associated surface high). The bad-performing members tended to have a weaker ridge behind a stronger trough, and associated higher pressure over land and a weaker surface high over the sea, leading to an adverse impact on strength and direction of steering flows that inhibit warm moist advection and enhance cold dry advection transported to the focus region. Associated with this cold dry advection, adverse synoptic conditions of stratification and moisture for fog formation were produced, consequently causing failure of fog forecasting in the focus region. This study highlights the importance of accurate synoptic-scale information for improved CFSP fog forecasting, and enhances understanding of fog predictability from perspective of synoptic-scale circulation.     

北斗三号MEO卫星非保守力建模

非保守力模型精度不高是制约BDS-3卫星定轨精度的主要因素之一。本文针对BDS-3 MEO卫星构建了地球辐射、天线辐射和箱体-两翼（BW）太阳光压模型,对典型的经验光压模型（ECOM1和ECOM2）进行补偿得到多个非保守力模型,收集全球观测网的数据进行定轨试验,通过轨道重叠互差和激光测距残差分析比较不同轨道模型的优劣。试验结果表明,经验光压模型是影响轨道精度的主要因素,在名义偏航模式下,ECOM2具有更好的表现,但ECOM1对卫星的姿态模式更不敏感。地球辐射和天线辐射会引起北斗卫星轨道径向约3 cm的系统性偏差,对二者建模后,几乎可以完全消除卫星C29和C30的激光残差系统偏差,但卫星C20和C21的系统偏差反而增大。此外,增加box-wing模型对于提高轨道精度也是有益的。     

带孔洞面域间的拓扑关系的组合推理

空间对象间拓扑关系是GIS中空间要素间最基本也是最重要的关系之一,是进行空间查询和分析的基础,因而空间对象间拓扑关系一直是研究的热点之一。目前,对拓扑关系模型的研究主要集中在简单对象间拓扑关系方面,而对于带空洞的复杂面域间的空间拓扑关系的研究则相对较少,因而对它的进一步研究具有较重要的理论意义。本文在文献[11]的基础上,根据点集拓扑学理论,对带孔面域进行了定义。通过分析简单对象间拓扑关系的演变过程,提出一种能描述带一个孔的面域间的空间拓扑关系的方法,并用该方法详细推导了带一个孔的面域间有意义的拓扑关系。通过实验验证,证明该方法在理论上是可行的,对提高GIS对现实世界的建模和分析能力可提供一定的理论依据。     

基于LabwindowsCVI的外腔半导体激光器数字稳频系统设计

为抑制外腔半导体激光器频率漂移,提高频率稳定性,提出一种数字稳频方法。该方法采用数据采集卡,基于LabwindowsCVI语言实现数字锁相放大模块获得稳频误差信号,通过此信号控制压电陶瓷电压,将852 nm外腔半导体激光器的频率锁在铯原子谱线上,实现20 s频率稳定度8.7×10-11。该数字稳频方法降低了人力成本,易升级和修改,具有移植性好和用户界面友好等优点。     

机载LiDAR生成亚热带森林林下DTM的地面误差分析

目前LiDAR技术已经成为DTM的主要生产方法。地面误差对LiDAR生成DTM的精度影响比较明显,特别是由于亚热带森林植被覆盖区LiDAR激光点云少,生成的DTM更复杂,需要分析地面误差对LiDAR生成林下DTM的精度影响。本文以华南农业大学增城教学科研基地为研究对象,从森林郁闭度和坡度两个方面探讨了地面误差对机载LiDAR数据生成林下DTM精度的影响。研究结果发现高程误差会随郁闭度的增大而增大;而随坡度变化趋势不明显,但是坡度为15°时成为误差的分水岭,其前后误差差异比较明显。总体而言,郁闭度的影响更为明显。     

西南印度洋脊中段Indomed-Gallieni洋中脊岩浆-构造动力模式

利用西南印度洋脊中段Indomed-Gallieni洋段49—51°E区段全覆盖高分辨率多波束水深地形资料,应用构造地貌学分析方法,结合区域地形及其他地球物理等资料,在分段分析49—51°E区段岩浆-构造动力学模式的基础上,进一步探讨了约10 Ma以来Indomed-Gallieni洋段的演化史.28、29洋段目前岩浆供应不足,在轴部不对称深断层的控制之下不对称扩张,属于超慢速扩张洋脊较常见的演化方式.轴部火山建造主要向北翼增生,发育与火山脊相关的火山地貌;南翼构造拉张作用强烈,地貌上可观察到大量断块,拆离断层可能大量存在.而27洋段水深浅、火山密集、轴部缺失裂谷,超慢速扩张下却具有较高的岩浆通量.Indomed-Gallieni洋段地形高地建造于一次岩浆增强事件,但应该不是因为Crozet热点的影响.27洋段为目前仍受该岩浆增强事件影响的唯一区段,但其强度和规模也在逐渐减小;包括28、29洋段在内的Indomed-Gallieni段其他部分,已重新恢复到岩浆供应不足的正常超慢速扩张洋脊演化模式.28、29洋段和27洋段岩浆供应均存在岩浆通量由多至少的周期,周期内岩浆供应较多时期轴部建脊,减少时期轴部火山建造裂离.但27洋段由于仍受岩浆增强事件的影响,与28、29洋段表现形式不同,主要表现为火山建造裂离方式、岩浆供应周期长短以及构造活动强烈程度的不同.     

北京地区降水量时空分布规律分析

通过运用非参数检验方法(Mann-Kendall法),利用北京地区20个气象站点44年(1961-2004)观测的逐月降水资料,分析了北京地区降水量的时空分布规律。结果表明:在时间上,年平均降水量总趋势以每年1.72 mm的变化率减少,这种减少主要是由夏季、冬季降水量减少所引起的,尤以夏季最为显著,变化率为-3.26 mm/a,而在春、秋两季降水量则呈现出增加的趋势,变化率分别为0.34 mm/a和0.77 mm/a。降水期主要集中于夏季(6~8月),可占全年降水量的72.5%。在空间上,年降水量的高值区位于山前迎风坡一带,大致呈带状自西南伸向东北,高值区的西北、东南两侧雨量逐渐减少。市区形成一个明显的下降中心,其中海淀区年均减少3.7mm,降幅最大。     

车载激光点云的道路标线提取及语义关联

自动驾驶技术已成为未来智能交通的发展方向之一,高精度地图为L3级及以上自动驾驶实现高精度定位和路径规划提供先验信息,是自动驾驶车辆传感器在遮挡或观测距离受限情况下的重要补充。道路标线的位置和语义信息,比如实线和虚线的绝对位置是高精度地图的基本组成部分。本文从车载激光点云中提取扫描线,根据道路边缘位置几何形态的突变从扫描线中提取道路路面,在此基础上首先利用反距离加权插值的方法把路面点云图像以一定的分辨率转换为栅格图像,其次利用基于积分图的自适应阈值分割方法把栅格图像转化为二值图像,然后利用欧氏聚类的方法从二值图像中提取标线点云,并利用特征属性筛选的方法对提取的标线点云进行语义识别,最后建立交通标线和交通规则之间的语义关联。     

海底天然气水合物层界面反射AVO数值模拟

本文采用AVO数值模拟方法,共选取水合物系统分层结构6个模型,对水合物、游离气和饱水沉积物接触界面的反射特征进行了数值模拟,研究了BSR及双BSR的存在条件与水合物体系垂向分布的关系,对一些现象从理论上进行了阐明.主要结论是：（1）强的似海底反射界面BSR与游离气体的存在密不可分,实际地震剖面中的“BSR”可能不对应水合物而只对应气体,无明显BSR的地方可能有水合物.（2）水合物顶部有可能存在游离气体,它可以在正常BSR（BSR1）之上形成另一个具有正极性的似海底反射界面BSR2.（3）正常BSR之下的双BSR（BSR0）其弹性机理有两种可能,一是水合物之下游离气上升迁移遇到某种阻隔层或不同气体组分的自然分层所造成的气体垂向分布的梯度性差异;二是当水合物之下的游离气体中存在残存的水合物时,同样会形成一定强度的似海底反射,在这种情形下BSR0的极性比较难以判断,取决于残存水合物上下游离气的饱和度和残存水合物的厚度.