基于BP神经网络与遗传算法反演大气温湿廓线

为提高地基微波辐射计大气探测精度,融合BP神经网络与遗传算法,研究0~10 km大气温湿度廓线。首先,结合数据特征,基于数值模拟技术,建立一套TP/WVP-3000型号地基微波辐射计的一级数据质量控制和订正模型。然后,为减小训练样本代表性误差对模型反演精度的影响,利用遗传算法优化训练样本数据,建立一套精度更高的神经网络大气温湿度反演模型。最后,利用构建的反演模型,开展大气温湿度反演试验,结合探空资料和微波辐射计二级产品,评价反演模型精度。研究结果表明:(1)经过质量控制后的实测数据与模拟数据之间的相关性有显著提升;(2)经过质量控制与订正后建立的神经网络模型对比原微波辐射计二级产品的反演精度有一定提升,温度提升6.77%,湿度提升20.11%;(3)经过遗传算法优化后的训练样本所建立的神经网络反演模型对比原微波辐射计二级产品反演精度有进一步的提升,温度提升10.21%,湿度提升23.75%,反演结果与该地区同类型研究结果相比有着较大提升。      

多通道瞬变电磁法激励源降噪性能对比研究

对比研究双极性方波与m序列两种激励源在多通道瞬变电磁法(Multi-Transient Electromagnetic,MTEM)中的降噪性能,将大地脉冲响应的提取等效为辨识滤波器输出,通过分析辨识滤波器的谱特性量化评估不同激励源的降噪性能;通过数值模拟讨论两种激励源信号在工频噪声与白噪声环境下的大地脉冲响应辨识精度,...     

基于一维综合孔径微波辐射计的大气海洋环境参数敏感性分析

相比于实孔径微波辐射计,一维综合孔径微波辐射计具有高空间分辨率和多入射角观测特点.本文提出采用观测频率为6.9,10.65,18.7,23.8和36.5 GHz,且入射角范围为0°～65°的一维综合孔径微波辐射计遥感大气海洋环境要素.基于构建的微波大气海洋辐射传输正演模型,分析了辐射计亮温对大气海洋环境要素的敏感性,为...     

多通道正则化图像复原方法研究

基于一种先验知识的图像超分辨率复原技术能将低分辨率影像重建出高分辨率、细节信息更丰富的图像。本文分析了图像的退化模型和图像复原的病态特征,从正则化方法数学理论入手,利用正则化复原技术解决图像复原的病态问题,然后利用卫星图像进行了复原仿真实验,计算结果表明这种方法可有效复原图像,在客观标准评价和主观视觉效果方面都有明显改善。     

多通道卫星云图云检测方法的研究

通过对2002年7、8、9三个月,范围为(8.65°N～59.65°N,73.22°E～134.42°E)的GMS-5卫星云图3000多次数字资料的取样,根据遥感原理和样本统计特征,探讨了常用的通道阈值法云检测方法,并尝试建立了红外分裂窗通道差值法和通道综合运算法的云检测方法。通过各种检测方法比较分析后发现:对通道阈值法,只要用红外一和可见光两个通道的阈值,就可得到较好的检测效果,但用这种方法阈值要随着太阳高度角和季节的变化发生相应的变化,虽阈值变化的幅度不大,却会对云检测工作带来很大的不便。此外,该方法云检测的结果存在地理位置的影响,即检测出的云量在中低纬度偏多而较高纬度偏少。作者建立的通道综合运算云检测方法,不仅改善了地理位置的变化对云检测带来的影响,而且通过红外分裂窗通道差值检测,可减弱太阳高度角的影响,减少了检测过程中阈值变化的繁琐,同时得到了更好的检测效果,检测结果与其可见光图像中的云区相比基本符合。     

近沙尘源区气溶胶光学特性的季节变化及其统计学描述

利用天空辐射计测定了敦煌地区1999年1月至2001年3月期间太阳直接辐射和散射辐射,采用“SKYRAD”反演模式同时反演了敦煌地区气溶胶光学厚度、体积尺度分布和折射指数实部,分析了其季节变化及统计学特性。结果表明,光学厚度存在明显季节变化,大致从12月开始存在明显的上升,3月或4月达到最大值,5—8月光学厚度逐渐减小,9—10月又有所上升,11月达到最小值,而波长指数的变化与光学厚度的变化基本相反;敦煌地区气溶胶光学厚度和波长指数的概率分布与其季节变化具有很好的相关性,并近似满足对数正态分布和正态分布;4个季节的气溶胶波长指数与光学厚度表现出一种相似的关系,并可以简单地利用一个指数函数加以描述;气溶胶尺度分布表现出双峰型结构,一种是位于半径0.25 μm附近的积聚态,另一种是半径7.7 μm左右的粗模态,且春季积聚态与粗模态之间存在着一个假模态;折射指数实部春季明显升高,对波长的敏感性较低,且4个季节的概率分布最大值均处在1.54～1.56范围内;两种情况下对实部值的概率分布进行拟合,发现其概率分布同样可以利用高斯模型加以描述,但是两种情况下春季与其他季节明显不同。     

俄勒冈州喀斯喀特山区2001年12月13日气旋风暴分析

2001年12月13—14日,一个强劲的气旋风暴影响了西北太平洋地区,在俄勒冈州喀斯喀特山区产生了强地形降水。这个风暴是“改进微物理参数的观测验证试验（Improvement of Microphysical Parameterization through Observational Verification Experiment,IMPROVE）”第二阶段外场研究的气旋风暴之一。在风暴移过俄勒冈州喀斯喀特山区期间,获得了大量的实测和遥感探测数据,形成了由气象状态参数（温、压、湿、风向风速和垂直气流速度）、极化多普勒雷达探测数据和云微物理参数（云液态水、粒子浓度、粒子谱及图像）组成的完整数据库。12月13—14日的过程具有对流层底层前倾锋演变的特点,锋面向前上方伸展到了强烈发展的高空冷锋雨带中,云发展到了8～9km的高度。与以前华盛顿喀斯喀特山区分析的风暴重要差别是,这个风暴在俄勒冈州喀斯喀特山上空的锋前低层气流是与弱东风气流相反的强西风爬山气流。结果当高空冷锋雨带过境时,在高空产生了大量冰晶的同时在低层地形抬升地区又产生了丰富的液态水。机载实测、地基微波辐射计观测以及雪晶观测证实,同时存在高冰晶浓度和高空相对大的云水含量,地面冰晶凇附也严重。分析表明,锋面和地形的相互促进作用使降水得到了增强。     

基于微波辐射计和气溶胶激光雷达的边界层高度研究及应用

分别基于微波辐射计温湿度廓线资料的气块法、位温法和比湿法,地面气象资料的罗氏法及气溶胶激光雷达数据的梯度法,计算得出广州地区大气边界层高度,对比分析5种边界层高度结果及其与气象条件、空气质量之间的关系,结合典型大气污染过程分析边界层高度对PM_2.5、O₃浓度的影响。结果显示：(1)利用位温法、气块法、罗氏法、比湿法和梯度法计算得出广州地区平均边界层高度分别为2 207 m、1 239 m、901 m、717 m和660 m,位温法显著高估了广州地区的边界层高度;(2)利用气块法得出的混合层高度日变化能够较好地表征白天大气边界层演变特征,利用气块法和比湿法得出的白天混合层高度与近地面O₃浓度有显著的正相关关系,相关系数在0.5以上,在O₃污染防治中,应同时考虑边界层内垂直输送的影响;(3)利用梯度法得出的边界层高度在污染天气时与PM_2.5浓度的相关性较好,能较好地表现出大气污染情况,在PM_2.5污染天气过程分析中具有较好的应用价值。     

全球海洋大气柱水汽含量遥感融合数据产品生成

本研究利用国际在轨SSMIS、WindSat、AMSR-E、ASMR2和国产HY-2A微波辐射计多源遥感大气柱水汽含量观测数据,基于最优插值算法,生成了2003-2015年全球海洋每日0.25°高分辨率的大气柱水汽含量多源遥感融合产品,以及2012-2015年未使用HY-2A微波辐射计数据的全球海洋每日0.25°遥感融合产品。利用无线电探空仪水汽含量观测数据,对生成的全球海洋大气柱水汽含量融合产品进行精度检验。结果表明,总体上,13年间均方根误差和标准差小于3 mm,平均偏差小于0.6 mm,平均绝对偏差小于2 mm,相关系数大于0.98;使用HY-2A微波辐射计数据产品会使融合结果的精度出现微小的降低;AMSR2和HY-2A微波辐射计数据的联合使用对于替代AMSR-E数据具有积极意义。     

2018年春季两次强天气过程对比分析

利用常规气象观测、NCEP 1°×1°逐6小时再分析和咸宁地基微波辐射计资料,对咸宁2018年4月22—23日(“1804”过程)和5月6日(“1805”过程)两次强天气过程进行分析。两次过程影响系统有相似性,但系统发展、强度、位置、高低层配置有明显差异,主要体现在“1804”过程有很强的动力抬升条件,配合较好的水汽、能量条件,产生强降水;而“1805”过程动力条件较差,低层能量聚集,层结更不稳定,利于发生雷暴大风天气。从微波辐射计资料分析发现,前一次过程在临近降水时有整层水汽含量明显减少,整层液态水含量明显增加,云底迅速降低的特征,而后一次过程则没有,这种明显差异对预报暴雨和强对流天气具有一定的参考意义。