利用地基微波辐射计资料反演0-10km大气温湿廓线试验研究

实测与模拟的微波辐射计亮温存在偏差,导致基于BP神经网络模型的大气温湿廓线反演精度的降低。研究了一种基于资料订正后的BP神经网络反演大气温湿廓线的方法。首先,基于2014年6月南京江宁探空资料,利用MonoRTM模式,模拟中心频率在22.2GHz~58.8GHz范围内22通道亮温;对比模拟和实测南京站微波辐射计资料,建立实测微波辐射计资料订正模型。然后,以南京地区2011-2013年探空资料为输入,模拟22通道亮温数据,并基于模拟的22通道亮温数据和当地探空资料,利用BP神经网络算法,建立大气温度、水汽密度、相对湿度廓线反演模型。最后,利用构建的订正模型,对2014年7月试验获取的微波辐射计资料进行订正,并将订正后的微波辐射计资料输入BP神经网络反演模型,反演0-10km高度58层的大气温度、水汽密度和相对湿度,对比实际探空资料以及微波辐射计二级产品,评估分析反演效果。实验结果表明：所建的反演模型提高了大气温湿廓线反演精度,大气温度、水汽密度和相对湿度均方根误差范围分别为1.0~2.0K、0.20 ~1.93g/m3和2.5%~18.6%。     

干侵入对我国东部一次强飑线过程的作用分析

利用NCEP/NCAR再分析资料、雷达资料、FY2E卫星资料等,对2014年7月30日至31日发生在我国东部的一次强飑线天气过程进行综合分析,并着重分析了干侵入对此次飑线过程的作用。结果表明：中层阶梯槽引导高层干冷空气向下入侵后叠加在低层暖湿气流之上,增强了大气不稳定,不稳定能量累积;低空切变线促使不稳定能量释放,是此次飑线的重要触发机制。对干侵入的分析结果表明：此次飑线过程中,干侵入来源于高空槽后下沉气流,干侵入底部风场调整使得飑线在移动过程中发生了转向。在飑线发展过程中,干侵入范围扩大、强度增强;干侵入使飑线发生区域上空空气变冷、变干,增强了大气不稳定。干侵入底部的低相当位温空气与飑线内部高相当位温空气混合是飑线长时间维持的重要原因。     

东亚与南亚雨季对流和层云降水云内的温湿结构特征分析

为认知降水云内的大气温湿结构特点,本文利用1998至2012年热带测雨卫星的测雨雷达(TRMM PR)和全球探空数据集(IGRA)的探测结果,融合计算获得了一套大气温湿廓线和降水廓线的准时空同步资料,并利用该融合资料研究了雨季东亚和南亚降水云内的温湿结构和不稳定能量特点。个例研究结果表明深厚对流降水表现出整层大气湿润、高空风速小的特点,层云降水则表现出850 hPa以下大气湿润、水汽随高度升高显著减少、高空风速大的特点。统计结果表明东亚季风区降水强度更大,对流和层云降水的回波顶高度分别可达17 km和12 km;南亚季风区降水强度较弱,回波顶高度比东亚约低1 km;统计结果还表明南亚季风区对流活动受季风推进的影响显著。两个季风区降水云团内的温度结构差异主要出现在近地面,南亚的近地面温度比东亚约高4℃,南亚对流降水云内的大气较东亚更干燥;整个雨季南亚降水的对流有效位能(CAPE)要大于东亚。本研究结果为模式模拟降水云温湿结构提供了观测依据。     

EnSRF雷达资料同化在一次飑线过程中的应用研究

本文利用包含复杂冰相微物理过程的WRF（Weather Research and Forecasting）模式,针对2007年4月23日发生在我国华南地区的一次典型飑线天气过程,分别进行了确定性预报和集合预报试验,发现确定性预报能大致捕捉到飑线系统的发生发展过程,但对飑线后部的层云区模拟效果较差。集合预报能够有效地减少模式的不确定性,大部分集合成员对飑线的模拟效果优于确定性预报。进一步将集合预报得到的40个成员作为背景场,采用EnSRF（Ensemble Square Root Filter）同化多普勒天气雷达资料,并将分析得到的集合作为初始场进行集合预报,通过与未同化雷达资料的集合对比,考察了EnSRF同化多部雷达资料对飑线系统的影响。结果表明:EnSRF雷达资料同化增加了模式初始场的中小尺度信息,大部分集合成员的分析场能够较准确地再现飑线的热力场、动力场和微物理场的细致特征,并且模拟出飑线后部的层云结构。通过对EnSRF分析的集合进行模拟发现,大部分集合成员较未同化雷达资料时模拟效果有明显改善。同化后的集合预报ETS（Equitable Threat Score）评分最高,其次是未同化的集合预报,确定性预报的最低。     

京津冀地区中α尺度飑线过程中大风特征分析及成因初探

应用常规天气观测资料、地面加密自动气象站资料、大风灾情报资料、京津冀地区7部多普勒天气雷达组网观测资料及VDRAS资料,从多个角度对2013年8月4日京津冀地区一次飑线过程产生的大范围大风天气过程进行了分析,结果显示:此次过程是在高空冷空气南下、低层暖湿气流北上、系统前倾及位势不稳定的有利层结条件下,由多单体风暴演变为中α尺度的强飑线所致。飑线形成于低层垂直切变加强、冷池合并之后;大风主要发生在飑线主体回波中,其次是主体回波前和中前,主体回波后很少发生。大风发生的位置取决于飑线结构中气流的性质,气流的性质与冷池前进的程度和对流的强度关系密切。大风大部分由下沉冷气流产生,少数为近地面上升暖气流导致。大风发生的范围和强度与低层风垂直切变的强度呈正比,大范围低层风垂直切变的加强增强了飑线入流和出流的强度,是大范围大风、局部强风形成的重要原因。大风发生站次与冷池的强度和范围密切相关,冷池的加强和范围的扩大加强了后侧冷入流和前侧暖入流的强度和范围,也是大范围大风形成的重要因素。     

利用尺度空间及多角度地形断面提取山谷山脊线

从数字高程模型中自动提取山脊线和山谷线,在测绘领域有着重要的意义。地形断面高程极值法是其中一种常用的方法,但此方法在提取过程中容易产生遗漏。针对此缺点,本文提出了基于尺度空间及多角度判断的地形断面高程极值法,主要步骤是构建影像金字塔,然后从上到下逐级提取并加密。试验验证了该方法的有效性,提取得到的山谷线或山脊线较为完整,并与实际地形相符合。     

重力场对飞行器制导的影响及海洋重力测线布设

重点围绕远程飞行器飞行轨道控制保障需求,开展了空中扰动引力计算和地面重力异常测量精度指标及海洋重力测量测线布设方案的分析与论证。首先通过解析和简化飞行器导航误差解表达式,定量估计了地球重力场对远程飞行器飞行轨迹的影响,并以一定量值的落点偏差为限定指标,研究论证了空中扰动引力的计算精度要求。在此基础上,通过对地面重力异常截断误差及数据传播误差的估计和分析,研究确定了地面/海面网格平均重力异常的观测分辨率和计算精度指标。以此为依据,提出了相对应的海洋重力测量测线布设方案,并通过数值计算验证了所提方案的合理性和有效性。     

一种四叉树和测地线活动轮廓模型相结合的海陆影像分割方法

海陆影像分割对于后续的海岸线提取、潮间带地形反演、海岸演化状况分析等都具有十分重要的意义。本文在分析了四叉树、测地线活动轮廓(GAC)模型和Canny边缘检测算子等在海陆影像分割中优缺点的基础上,提出了一种四叉树、Canny算子和GAC模型相结合的海陆影像分割方法。该方法综合利用上述各方法的优点,将Canny算子边缘检测结果融入到基于四叉树初分割的GAC模型中,重构边界停止函数,演化水平集方程,实现海陆影像分割。试验结果表明,该方法具有海陆影像分割速度快、精度高、可靠性强和自动化程度高等优点,对于弱边缘以及严重凹陷边缘,都能实现自动和准确分割。     

天绘一号03星三线阵/多光谱载荷影像质量评价

2015年10月26号发射的天绘一号03星是中国传输型立体测绘卫星天绘一号系列的第3颗卫星。三线阵和多光谱影像数据是天绘一号卫星的重要数据,用于立体测绘、彩色融合、遥感观测等多种用途。因此,为了推动天绘一号03卫星影像数据早日为相关领域提供服务,本文采用客观评价的方法,对天绘一号03星的三线阵和多光谱影像质量进行了全面的评价分析。评价结果显示(天绘一号)03星的清晰度、对比度、细节能量、边缘能量、功率谱、信息容量指标值远高于天绘一号01、02星。说明天绘一号03星三线阵/多光谱影像在地物细节和边缘纹理特征的描述上优于天绘一号01、02星,同时载荷接收的信息量远高于天绘一号01、02星。天绘一号03星较高的信噪比指标说明其载荷抑制噪声的能力优于天绘一号01、02星。边缘辐射畸变和增益调整畸变表明在辐射均匀程度上,天绘一号03星三线阵/多光谱影像介于天绘一号01和02星之间。因此,与同类天绘一号01,02星的三线阵与多光谱影像相比,天绘一号03星影像质量有着显著的提高。     

热红外与可见光数据的云边缘高度匹配

高分辨率数据中云高度的差异性突显,特别是边缘处高度在云阴影识别和地表辐射估算等方面成为需要考虑的重要因素。热红外数据获取云高度分辨率较低、缺乏细部差异性特征,为解决这一问题,首先将对应的热红外和可见光数据进行特征点配准,再将基于热红外数据计算的云高度重采样至高分辨率,然后以基于欧式距离变换的围线搜索方法及距离加权将热红外云边缘高度匹配至对应的可见光图像,最后根据云阴影的相似度匹配方法确定真实云高度。结果表明,算法在遵循热红外云高信息分布变化规律的同时,可以得到较准确的高分辨率云边缘高度,一定程度上解决了热红外技术获取云高在分辨率上的局限,扩展了其在云高反演方面的作用。