基于感兴趣区域在区域层面上决策的SAR图像变化检测的方法研究

在现有的变化检测方法中,针对差分图像的方法得到了广泛的应用,但现有该框架下的技术都在在像素层面上决策产生的变化检测结果,这易使结果中存在诸如有噪声般散落的杂点、连通区域内有孔洞及边缘不平滑等缺陷。为此,本文给出一种在区域层面上决策生成变化检测结果的技术,其核心为抽取并处理感兴趣区域,而关键在于获取合适的抽取感兴趣区域的标签和如何在区域层面上生成变化检测结果。为使抽取的感兴趣区域包含几乎所有的变化类信息,我们用平稳小波变换和模糊C-均值(Fuzzy C-Means, FCM)算法分两步获取抽取感兴趣区域的标签;为在区域层面上生成变化检测结果,我们依据标签搜索感兴趣区域内所有的连通区域,并把每个连通区域看作为一个数据点,再由阈值技术处理这些数据点生成最终的变化检测结果。对真实SAR图像数据集的变化检测结果表明,其主观效果和客观性能都优于其他相关技术的。     

Cloud radiative forcing in Asian monsoon region simulated by IPCC AR4 AMIP models

This study examines cloud radiative forcing (CRF) in the Asian monsoon region (0^o--50^oN,60^o--150^oE) simulated by Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Fourth Assessment Report (AR4) AMIP models. During boreal winter, no model realistically reproduces the larger long-wave cloud radiative forcing (LWCF) over the Tibet Plateau (TP) and only a couple of models reasonably capture the larger short-wave CRF (SWCF) to the east of the TP. During boreal summer, there are larger biases for central location and intensity of simulated CRF in active convective regions. The CRF biases are closely related to the rainfall biases in the models. Quantitative analysis further indicates that the correlation between simulated CRF and observations are not high, and that the biases and diversity in SWCF are larger than that in LWCF. The annual cycle of simulated CRF over East Asia (0^o--50^oN, 100^o--145^oE) is also examined. Though many models capture the basic annual cycle in tropics, strong LWCF and SWCF to the east of the TP beginning in early spring are underestimated by most models. As a whole, GFDL-CM2.1, MPI-ECHAM5, UKMO-HadGAM1, and MIROC3.2 (medres) perform well for CRF simulation in the Asian monsoon region, and the multi-model ensemble (MME) has improved results over the individual simulations. It is suggested that strengthening the physical parameterizations involved over the TP, and improving cumulus convection processes and model experiment design are crucial to CRF simulation in the Asian monsoon region.     

中国黄土高原塬区表层土壤水分盈缺状况的研究

陆地表层水分的盈缺直接关系到局地气候变化.本文利用黄土高原塬区初夏至盛夏期两次陆面过程野外试验(LOess Plateau land surface process field EXperiment 2005,LOPEX05和LOPEX06)的野外试验观测资料,分析了试验期间黄土高原白庙塬区不同下垫面的水分蒸散和表层土壤水分盈缺状况.结果表明:在土壤水分比较充足的条件下,植被蒸腾增加量在正午时的峰值为0.05 mm·h-1,而较大降水发生后的首个晴日.冬小麦地和裸地的蒸散分别可达4.60 mm·d-和3.70 mm·d-1.局地降水是影响陆面蒸散量变化的主要因素,而植被冠层的存在增加了陆面蒸散发量中的植物蒸腾量值.2006年4月下旬到7月中旬,裸地的水分缺失为16.3 mm·m2,冬小麦地的水分缺失为39.9mm·m2.其中缺失最严重的时间段为5月下旬到6月上旬,最大旬缺失量达16.5 mm·m2,7月上旬和中旬,由于降水季节来临,土壤水分有少量盈余.在2005年7月中旬至8月下旬,玉米地和裸地的水分盈余分别为17.9 mm·m2和25.3 mm·m2.不同时间尺度的统计均表明,降水不仅是影响陆面蒸散量的主要因素,而且也是表层土壤水分盈缺的决定性因子.     

MODIS反照率产品在模拟黄河源区陆面过程和降水中的应用

地表反照率是陆面过程中一个重要的物理量, 其变化直接影响地表能量的收支状况, 进而可以影响气温和降水等其它气象要素。本文利用WRF (Weather Research and Forecasting) 模式, 通过两组数值模拟试验分别探讨了地表反照率改变在黄河源区不同下垫面情况下潜热、 感热的分配关系, 详细分析了地表反照率改变对降水变化的影响机制, 最后应用EOS/MODIS地表反照率产品替代原模式低时空分辨率的地表反照率。研究结果表明: (1)当地表反照率减少(增加)时, 模拟的区域平均地表温度、感热、潜热数值相应增大(减少)。当地表反照率减少0.1时, 地表温度上升约1.0 K, 感热和潜热量增量比约为3∶1。 (2) 地表反照率改变对降水量变化影响最大的区域是黄河源区下游的草场区域, 其次是黄河源头区域, 最小的是黄河源区北部的稀疏植被区域。地表反照率通过对大气动力、 热力以及水汽条件的影响, 使得降水发生的环境改变, 主要体现在: 当地表反照率减少时, 地表气压的减少使得大气低层的辐合气流增强, 有利于上升运动的发生; 2.0 m气温的升高增强了大气近地层的热力不稳定度; 2.0 m比湿的增加表明近地层空气水汽含量增加。 (3) 与实况对比分析发现, 使用卫星遥感产品后在月尺度上能够更准确地模拟降水量的变化过程。     

低涡过程对流云和降水结构特征及其环境条件分析

利用遥感及加密观测资料详细分析了2005年6月25～26日一次低涡过程对流云和降水的结构特征,并利用NCEP再分析资料以及实况风场资料分析了其形成的有利条件。分析表明：此次低涡过程中出现的中尺度对流云团（MCC）经历了十几小时的发展演变,云顶亮温低达-90℃,导致了局地暴雨出现,对流云和降水的分布有很好的对应但同时具有显著的时空分布不均匀性。对流云内部高空存在冰晶的大值区,云水含量也比周围环境丰富,冰晶下落过程中通过碰粘其它冰晶、碰冻云水导致了云内的可降水增多,播撒-供应机制起主要作用。而对流降水的“双峰“廓线结构表明暖雨过程非常强。此次过程有形成强对流非常有利的环境：强西南低空急流水汽输送和水汽辐合与高空偏西风急流的相互作用为对流云团和强降水的形成提供水汽和不稳定条件;低层不稳定区域上强垂直上升运动则提供了不可缺少的动力条件;中尺度辐合系统的形成是此次强对流产生的直接原因。     

Assessment of Atmospheric Boundary-Layer Processes Represented in the Numerical Model MM5 for a Clear Sky Day Using LASPEX Observations

Data collected during the Land Surface Processes Experiment (LASPEX) in a semi-arid region of the state of Gujarat in north-west India for a clear sky day (16 May 1997) are used to assess the performance of the atmospheric boundary-layer (ABL) and land- surface parameterizations in the fifth-generation Pennsylvania State University-National Center for Atmospheric Research (PSU-NCAR) Mesoscale Model (MM5). The ABL turbulence parameterizations examined are the Blackadar scheme coupled to a simple soil slab model (SSM), and the Troen-Mahrt scheme coupled to SSM or to the more sophisticated Noah land-surface model (NSM). The comparison of several two-way nested high resolution (9-km) MM5 short term 24-h simulations indicate that, although the model is able to capture the trend in the observed data, the computed results deviate from observations. The NSM with a modest treatment of vegetation outperforms the SSM in capturing the observed daily variations in surface heat fluxes and aspects of ABL structure over the tropical land surface at local scales. Detailed analysis showed that, with the incorporation of observed local vegetation and soil characteristics, the NSM reproduced a realistic surface energy balance and near-surface temperature. It is further found that the coupling of the NSM with the Troen-Mahrt ABL scheme leads to excessive ABL mixing and a dry bias in the model simulations.     

卫星遥感结合地面观测资料对中国西北干旱区地表热力输送系数的估算

本文利用黑河野外试验 (HEIFE) 地面观测资料, 采用空气动力学方法计算了干旱区内不同下垫面的地表热力输送系数CH, 结合由美国国家海洋和大气局 (NOAA) 系列卫星遥感观测的反映地表植被特征的归一化差值植被指数 (NDVI) 资料, 经拟合得到了针对我国西北干旱区不同下垫面的CH-NDVI参数化关系式, 并对此关系式进行了合理性检验。结果表明: 对于区域尺度而言, 在缺乏用其他方法获得较准确的区域CH值的情况下, 利用卫星遥感结合地面观测资料对其估算是较为可靠的方法。     

我国东、西部夏季水汽输送特征及其差异

本文利用ERA-40再分析每日资料分析了我国东部季风区与西北干旱—半干旱区夏季1971～2000年气候平均的水汽输送特征及其差异, 分析结果表明我国东部季风区与西北干旱—半干旱区夏季气候平均的水汽输送特征有明显的差异。由于亚洲夏季风从孟加拉湾、 南海和热带西太平洋输送大量水汽到我国东部季风区, 故在东部季风区夏季经向水汽输送通量比纬向水汽输送通量大。而西北干旱—半干旱区受中纬度西风带的影响, 夏季纬向水汽输送通量比经向水汽输送通量大, 且此区域夏季无论纬向或者经向水汽输送通量均比东部季风区的水汽输送通量小一量级。并且, 分析结果还表明: 我国东部季风区由于湿度大, 故夏季水汽输送通量的散度不仅依赖于湿度平流, 而且依赖于风场的辐合、 辐散, 而西北干旱—半干旱区夏季水汽输送通量的散度主要依赖于湿度平流。此外, 分析结果还表明了我国东部季风区的水分平衡与西北干旱—半干旱区的水分平衡也有明显的不同。     

一次台风大暴雨成因及落区分析

对2007年9月19日到20日一次台风暴雨过程进行了数值模拟,利用模式输出资料具体分析了本次台风登陆减弱后的低压结构特征和大暴雨落区。结果表明:流场上高空辐散低空辐合特征明显,台风右侧来自海洋的低空潮湿偏南气流向中纬度槽前和台风倒槽前部输送的大量水汽在鲁东南东部和山东半岛南部辐合,形成强降水区;台风中心风速较小,和东部海上强风速中心形成明显"风速偶",降水区主要发生在中、低层"风速偶"之间的强风速梯度中。由于下垫面分为海上和陆上两部分,台风低压物理量场结构存在东西不对称性质,上升运动更加强烈,降水强度更大。降水的增幅与高空东南急流及高空正涡度中心和负散度中心的明显脉动下传有关系。     

重庆2008年7月21日强对流天气成因及其特征

对2008年7月21日重庆市一次强对流天气过程进行诊断分析,通过分析天气背景,雷达回波,并应用四维变分同化方法反演风场,研究了强对流天气的发展机制.结果表明:高层冷空气入侵和中低层低涡系统强盛的暖湿气流形成的辐合切变是发生强对流的主要原因.雷达观测具有明显的弱回波区和"逆风区";反演水平风场表现为低层强回波前部有一条辐合上升带,到中层辐合上升带与强回波区重合,高层则对应辐散区;从风场的垂直剖面来看,强对流后部为入流区,到达中部后,形成强烈的上升气流,低层辐合带和强烈的上升气流形成强回波.在前部弱回波区处存在强降水下落形成的出流,该气流与暖湿气流辐合造成了浅薄的出流边界.