人工神经网络在星载散射计海面风场反演建模中的应用

地球物理模型函数(GMF)是散射计风场反演的基础及算法有效运行的前提条件。采用传统的统计方法建立GMF往往需要大量的、多种参数条件下的雷达后向散射测量数据。以圆锥扫描散射计SeaWinds为例,根据其特点,建立了一个两种极化方式下统一的神经网络模型函数(NN GMF),并对风速、相对风向采样间隔和测量值数目对模型精度的影响进行了详细分析。通过与Qscat-1模型进行比较,发现该神经网络模型在采样间隔较大或测量值数目较少的情况下,仍能较好地体现SeaWinds散射计的海面后向散射特性。     

近岸非对称型台风风场模型

该文针对近岸台风不对称性非常明显的特征，建立了基于特征等压线的不对称型气压场和风场模型，该模型简便实用。文章还提出了台风模型风场和北景风场合成、单站资料同化的思想和方法，既提供台风过程大范围、长时间风场，又进一步拟合了台风风场的不对称特征。     

HY－2卫星微波散射计海面风矢量场反演技术研究

主要针对HY－2卫星微波散射计,提出反演海面风矢量模型算法,并进行误差精度分析,给出了HY2卫星微波散射计数据获取、预处理、风矢量场反演和产品制作技术流程,为HY2卫星发射上天后能尽快发挥应有的效益做好技术准备,以此推动我国海洋微波遥感技术的发展。     

台风风场模型适应性研究

基于数值模拟方法进行台风危险性分析去估算重现期极值风速,在国内外已得到普遍采用.进行台风数值模拟依赖于台风风场模型,不同的台风风场模型对同一地区的适应性并不一致.通过阐述几种典型的台风风场模型,并利用台风Betty（87）和York（99）两个台风实测风速和风向记录对这些台风风场模型进行对比验证,为极值风速推断选择适合于我国东南沿海的风场模型.     

基于强风圈半径的台风风场模型

首先用Jelesnianski台风风场模型及美国联合台风警报中心(JTWC)整编的台风资料,计算10级和7级风圈半径,并与气象部门的发布值相比,发现两者存在较大误差.进而,在Jelesnianski台风风场模型的基础上,提出一种基于最大风速半径、10级和7级风圈半径的台风风场模型,并比较两种台风风场模型的风速剖面.结果表明:该模型比包括被广泛应用的Jelesnianski台风风场模型在内的前人提出的台风风场模型都更接近台风风场实况,其中10级和7级风圈半径与气象部门的发布值是一致的.     

SeaWinds散射计海面风场模糊去除方法研究

利用最大似然法（MLE）对SeaWinds散射计数据反演得出的风矢量,一般存在2～4个模糊解,故需采用圆中数滤波法进行模糊去除。根据SeaWinds散射计第一模糊解的空间分布特性,归纳出一套适合SeaWinds散射计的模糊去除方法,并在理论上探讨了其适应性。该方法的圆中数定义简单,计算量小,且易于收敛。利用美国NASA提供的部分L2A原始数据对该方法进行验证的结果表明,对于简单风场分布情况,该方法在没有其他参考数据进行初始化的条件下,能有效解决SeaWinds轨道边缘区域的块状模糊问题。     

夏季欧亚海平面气压场主要非线性模态的时空变化

用非线性主成分分析方法研究了欧亚地区1948-2007年60年夏季海平面气压距平场主要空间模态的非线性特征.结果表明,夏季欧亚地区海平面气压场异常变率具有显著的非线性特征,非线性主成分分析法有能力表示出更一般的低维结构特征.当第一非线性主成分取不同异常值时,对应的海平面气压异常空间分布型具有显著的非对称性.其解释方差为47.5%,比线性PCA第一模态高出12.8%,因而非线性较强.同时,第一非线性主成分时间变化表现为不均匀的周期为2～4年的年际振荡,其强度在1967年以后迅速增强.这个主要非线性空间模态与东亚地区大气内部非线性相互作用密切相关,反映了夏季欧亚地区环流非线性低频波活动的时空不对称性.     

超强台风山竹近地风场特性实测

基于356 m高的深圳气象梯度塔(SZGMT)的实测风速时程数据,分析了超强台风山竹侵袭过程风场特性的竖向分布规律.结果表明,SZGMT上游地面的平均风速剖面指数为0.238,略高于建筑结构荷载规范(GB50009-2012)的C类地貌的指数值;纵向湍流强度接近GB50009-2012 D类地貌的建议值,三向湍流强度比...     

VVP三维风场反演方法研究

在研究了现有气象雷达三维风场反演的VVP方法的基础上,提出了一种新的基于三维风场均匀分布假设的三维风场VVP反演算法.采用提出的算法,进行了模拟风场和雷达实测风场的反演实验.按照实验结果进行了反演误差分析.理论和实验结果证明采用风场均匀分 布假设的VVP方法,反演的三维风场与雷达实测的三维风场比较吻合.     

单多普勒雷达风场反演方法敏感性试验

为了比较3种单多普勒天气雷达风场反演方法(即VAP方法、UW方法、涡度-散度法)的反演效果和适用性,用这3种方法对几种典型的理想风场进行反演和敏感性对比试验,并对造成反演效果差异的原因进行了细致的分析.试验结果表明,这3种方法对均匀风场的反演效果都很好,UW方法的误差最小且计算量较小;3种方法对切变场的反演效果类似,径向速度差值较大的UW方法相似系数却稍大,切变越大时反演误差越大;对于涡旋场3种方法反演效果都不理想,若为径向气流显著而切向气流不显著的涡旋场可以用UW方法来反演.因此,相对而言,可以选用计算量小且相似系数较高的UW方法来反演二维简单风场.而在研究和实际应用中,应该进一步探讨用假设条件更接近实际情况的反演方法来更准确地反演风场.     

台风风场研究及其数值模拟

对近年来台风风场研究及其数值模拟方法作了论述.阐述了浮标和地面台站观测、飞机侦察、雷达卫星高空观测等台风观测手段;阐明了简易参数分析模型、定常动力学模型、非定常动力学模型、运动学模型等台风风场模型;分析了既有风场模型对我国东南、华南沿海海域台风风场模拟的适用性,又论述了基于台风内各站点、基于台风影响区域、台风全路径等极值风速预测研究手段.最后,展望了台风风场数值模拟的发展趋势和需解决的问题.     

地形起伏变化下的边界层参数化台风风场模型

对于登陆台风来说,采用平坦下垫面和单一的地表粗糙长度假设并不能与实际情况相吻合.为了更准确地模拟台风近地面风场,基于现有参数化台风风场模型,采用随地形变化的坐标系建模方法和高精度地形与土地覆盖资料,考虑了台风登陆过程中地形起伏和土地覆盖变化的影响.针对历史上影响广东省的3个台风案例,利用大量观测数据对比和验证了改进后的台风风场模型.对比结果表明:改进后的参数化台风风场模型对风速的模拟并没有表现出明显的系统偏差,并且能较好地模拟出台风登陆过程中风速风向的时程变化.     

单多普勒雷达VAP方法反演水平风场的检验

利用长江中下游外场实验的多普勒雷达联合观测资料,检验使用VAP（Velocity-Azimuth Process）方法反演中-β尺度（20～200km）水平风场的可靠性。局地均匀风假定的合理 性分析表明,在125km以内VAP方法反演的水平风场的分辨率可以满足中-β尺度(20～200km)分辨率的需求。多种方式检验表明,单多普勒雷达VAP方法反演出的水平风场可以正确地反映风场中的中-β尺度结构,作为分析中尺度风场信息的依据。     

RS-3型雷达散射计的结构设计

RS-3型雷达散射计为一种小型、灵活、轻便的散射数据测量仪器。本文重点介绍了该仪器的结构设计。包括天线支架、天线转台及天线平台。     

台风期间台湾岛周边海域海面风场特征的卫星遥感研究

利用1999~2005年QuikSCAT卫星遥感资料,对台风期间三种台风路径下台湾岛周边海域海面风场变化特征及成因进行了分析.结果表明,尽管台风强度被不同程度低估,台风中心附近风向反演受降雨影响明显,但遥感海面风场的大致形态仍较为合理.地形对风场特征的形成有着显著作用,它导致了台湾海峡内大风(>10 m/s)天气提前出现、中央山脉两侧背风槽(或诱生低压)形成、中央山脉两端下风面“角流”形成等现象.海峡内大风天气是否提前出现与台风中心的位置有关.不同台风路径下,“角流”和背风槽的位置和范围不同.     

运动学效应对登陆台风近地面风场模拟的影响

以2016年超强台风"莫兰蒂"为例,采用天气研究与预报模型(WRF)耦合加利福利亚气象模型(CALMET)的方法,提出了适用于台风条件下的CALMET运动学效应改进方案(KETT)。结果表明,KETT方案可以成功消除CALMET原有运动学效应带来的风场模拟系统性误差,并且10 m高度风速和风向模拟误差比原有方案分别降低10.8%和5.4%。在石蛇山区域,与不采用运动学效应相比,KETT方案10 m高度风速和风向的模拟误差均降低12%以上,能够更准确地反映局地地形对台风近地面精细化风场的影响。     

基于哨兵1号的台风风场反演方法研究

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)的交叉极化数据在高风速条件下不会出现信号饱和现象,能够在全天时和全天候的条件下提供大范围的高风速风场信息,在台风监测上具有极大的潜力.欧空局发射的哨兵1号卫星是目前少数几颗可提供交叉极化数据的在轨SAR卫星,以该系列卫星的交叉极化影像为数据源,利用2011—2021年十年来开发的C波段交叉极化海洋模型(C-band Cross Polarization Ocean model, C-2PO)、 C波段交叉极化耦合参数海洋模型(C-band Cross-Polarization Coupled-Parameters Ocean model, C-3PO)及全极化条带交叉极化模型(Quad-polarization Stripmap Cross-polarization model, QPS-CP)等7种模型,对2020年的“海高斯”和“莫拉菲”两个台风的风场进行了估算,并将噪音去除的方法应用于超宽幅模式影像的处理.结果表明,噪音去除方法的应用可以有效减弱噪音对台风影像的影响,改善风场反演的结果.在反演高风速时, C...