利用地面激光扫描数据提取单木结构参数

针对现有提取单木结构参数的方法精度不高的现状,文章研究利用地面三维激光扫描数据提取单木的高度、胸径和冠幅,特别是将RANSAC算法用于圆拟合,提高了胸径的反演精度。最后利用野外实测数据进行验证,并比较分析了Hough变换和RANSAC算法在提取胸径中的差异。结果表明,本文方法提取的单木参数精度较高;并且无论从相关系数、平均残差还是均方根误差等方面,RANSAC算法提取的胸径精度均高于Hough变换方法。     

利用影像辅助LiDAR点云数据的建筑物提取方法研究

机载LiDAR作为一种新兴的对地观测技术,能够快速地获取地表三维信息。如何从海量LiDAR点云数据中提取建筑物是数据处理中的一项关键工作。本文结合LiDAR数据和航空影像的数据特点,提出了一种航空影像辅助的LiDAR点云建筑物提取方法,首先,采用面向对象方法从航空影像中提取建筑物的轮廓;然后,以建筑轮廓信息为参考,从LiDAR点云中提取建筑物的点云数据;最后,通过实验证明该方法的有效性与可行性。     

京津冀“7·21”暴雨过程的中尺度分析

利用常规观测资料、地面加密自动站、卫星等多种观测资料和NCEP/NCAR 0.5°×0.5°再分析资料,以及雷达变分同化分析系统VDRAS的高分辨率分析场资料,对京津冀"7·21"暴雨过程的中尺度系统进行了分析。结果表明,在α中尺度雨带中镶嵌着β中尺度的雨团;α中尺度MCC后部不断有γ、β中尺度对流云团从西侧或西南侧合并补充;中尺度滤波后发现造成京津冀"7·21"暴雨的系统为低层的中尺度切变线,东移过程中加深为中尺度低涡扰动,中尺度切变或低涡位于对流层中低层(为近乎直立的正涡度柱),高层为辐散场(负涡度),但负涡度值与中低层正涡度值要小得多,说明主要是中低层的系统强;分析VDRAS资料同样发现对流层低层强辐合,存在中尺度涡度柱,其上方是中尺度反气旋,热力结构为上暖湿下冷湿。     

北京7·21暴雨暖区中尺度对流系统的数值模拟

许多业务模式对北京2012年7月21日特大暴雨的预报均是以锋面降水为主。在冷锋过境前,实际北京西南部强降水主要以暖区降水为主。本文利用30个成员的中尺度非静力数值模式（WRF）,通过3次集合卡尔曼滤波(EnKF)同化地面和探空资料,对这次暴雨过程进行了集合数值模拟。通过对比分析模拟降水较好与较差成员发现,好的成员能够模拟出河北中西部及北京西南地区触发出的暖区中尺度对流系统（MCS）以及相对稳定的系统配置,使得MCS在北京上空充分发展,从而较好地模拟了这次特大暴雨过程中的暖区降水;而较差的成员则没能模拟出暖区降水过程,降水以锋面降水过程为主,并且雨带位置偏南、出现时间滞后。集合成员间模拟结果出现的较大差异,和初始场中低值系统位置的较大差异有直接关系,因此通过EnKF提高模式成员初始场的准确率,从而准确模拟后期主要影响系统的移动和发展,是成功模拟暖区对流系统触发和维持的关键所在。     

发生短时强降雨的对流云合并作用分析

利用静止气象卫星、新一代多普勒天气雷达、地面、wrf数值模拟和LAPS再分析资料,对2013年6月30日皖南山区一次短时强降雨过程中的对流云合并现象进行了观测和分析。综合观测显示,这是一次由三个强弱不同的对流云先后发生合并的过程;强弱不同或强度相当的两对流云合并后的新对流云系统短时间内强度是增强的。分析认为,山区夏季对流云合并发生在水平垂直风切变及垂直涡度增大的湿斜压不稳定增强的环境中;对流云合并过程中伴有中气旋、地形涡等中γ系统形成,中气旋与地形涡系统内的强烈垂直运动导致低层形成辐合的垂直环流是山区短时强降雨触发机制。     

华北一次积层混合云微物理和降水特征的数值模拟与飞机观测对比研究

为考察云数值模式中的云物理方案和对实例云物理和降水过程的模拟能力, 本文将中尺度数值模式(WRF)模拟的华北地区一次积层混合云的微物理结构特征、降水过程与国家科技支撑计划重点项目环北京地区三架飞机联合云探测实验数据以及雷达、地面降水观测数据进行了深入的比较和验证研究。结果表明:WRF 模式能够较好地模拟出此次积层混合云的云系演变、雷达回波和降水分布特征。对比结果是:(1)模式模拟的云中液态水浓度(LWC)与飞机观测值具有较好的一致性, 在3℃ 层, 飞机观测的LWC 最大值为0.8 g m-3, 模拟的飞机路径上的LWC 最大值为0.78 g m-3, 两者接近;在－8℃ 层, 飞机观测LWC 最大值为1.5 g m-3, 模拟的飞机路径上的LWC 最大值为1.1 g m-3, 模拟值偏小;在－5℃ 层以下, 模式能够准确模拟云中水凝物的垂直分布, 包括融化层的分布, 模拟的水凝物质量浓度与实测吻合。而对固态水, 在－6～－10℃, 由于模式中雪粒子凇附增长过程较大, 聚合过程发生的高度偏高, 导致模式模拟的固态水凝物质量浓度高于实测值, 说明模式在雪粒子增长过程的处理方面有待进一步改进。(2)在云粒子谱参数方面, 在－8℃ 层, 由于模拟的雪粒子质量浓度偏高, 所以模式计算的粒子谱的截距和斜率都小于飞机观测值, 模拟偏小;在－5℃ 层, 两者比较接近;在3℃ 层, 由于云中小粒子浓度逐渐减少, 所以模式计算的斜率接近观测值, 但是截距大于观测值, 说明模式降水粒子谱参数的描述方案有待改进, 模式中谱形参数μ 不应一直设置为0, 而是应该随着高度变化而变化。     

低层对流嵌入到高层云系的模拟研究

嵌有对流的层状云系兼有两种云的特征并且降水效率较高, 具有重要的研究意义。本文结合观测资料, 利用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecast)模拟了2010年7月1日发生在东北地区的一次大范围强降水天气过程, 并对其中两个较典型的嵌入对流个例进行了详细分析。分析发现这两个嵌入对流都是由低层对流嵌入到高层云系所形成, 其中由对流云和位于其正上方的层云所形成的嵌入对流发展更加旺盛并给地面带来更强降水。以这两个个例为基础, 通过其与模拟区域内的普通对流云和层云相比较发现:相对于孤立对流云, 嵌入对流内的对流云生命期更长、低层水汽辐合更强、云内液水含量更大, 不稳定能量更多集中在低层;而在液水含量相当的两个嵌入对流中固态水含量的不同对降水强度影响较大;另一方面, 在嵌入对流发展的过程中嵌入对流内层云的垂直尺度扩大、含水量增加、降水强度增强, 从降水机制来看其云内固态和液态水含量都随嵌入对流发展逐渐增大, 而单纯层云内的上述变化均不明显。     

2013年8月6-7日华北大暴雨过程的诊断分析

利用常规观测资料、卫星云图、NCEP全球分析资料,对2013年8月6-7日华北地区出现的大暴雨过程进行诊断分析。结果表明:这次暴雨过程是在副高稳定、低槽东移的背景下发生的,850 h Pa低空南风急流提供充足的水汽及冷平流的影响是暴雨形成的重要因素。华北切变线是这次大暴雨过程形成的主要天气系统,降水效率高的对流云团是暴雨形成的直接原因。暴雨发生在切变线的前方、低空急流的左侧。水汽大值区和水汽通量散度负值区的结合应用,对预报强降水落区和量级有较好效果。K指数高值区的存在说明层结的不稳定,并可以作为强降水预报预测的依据。假相当位温可以用来分析大气的热力性质,等值线密集区即是能量锋区,是对流开始区域。冷空气的侵袭是对流性天气的触发机制,导致不稳定能量释放,促进对流性天气发展,最终形成暴雨。     

强对流天气形势聚类分析中SOM方法应用

利用2001—2008年5—9月京津冀地区175个气象站危险天气报、灾情报告及NCEP 1°×1°再分析资料,采用自组织特征映射方法（SOM）对该地区5—9月的天气形势进行客观聚类分型,并对各型的环流特征及其主要造成的强对流天气类型进行分析。结果表明：①天气形势主要有4类：以短时强降水为主的暖湿切变型,主要出现在7、8月;以冰雹天气为主伴随短时强降水和雷暴大风的冷涡型,主要出现在6、7月;以雷暴大风为主的西北气流型,主要出现在5月;以雷暴大风和短时强降水为主的西风槽型,主要是出现在6、9月。②暖湿切变型主要特征是低层为暖湿气流和充足的水汽输送、中层为西风气流;冷涡型中高层有较强偏北气流的干冷空气侵入和低层有较好的水汽条件;西北气流型中高层有强烈的干冷空气侵入和强垂直风切变;西风槽型的动力、热力条件都较弱。③西北气流型和冷涡型出现强对流天气的频率最高,达65%以上,暖湿切变型次之,西风槽型最低。     

两次不同性质强降雨的对比分析

对2004年夏季两次不同性质的强降雨发生的环流背景、卫星云图和物理量场进行了对比分析,发现大兴安岭地区对流性强降雨和连续性强降雨都是在充足的水汽条件和强烈的上升运动条件下发生的,但是地面影响系统、卫星云图和热力条件差别明显.强降雨发生前热力结构不同是造成两次强降雨性质不同的最重要原因.