地基12通道微波辐射计反演大气温湿廓线及估算雷达路径积分衰减

利用TP/WVP-3000型地基微波辐射计12通道亮温观测资料,发展了一套大气温湿及液态水廓线反演算法.首先对近20年历史探空数据进行数据转换、插值等处理后,分无云和有云两种类型,运用MWMOD微波辐射传输模式,计算无云情况下的微波亮温集,根据相对湿度廓线,利用模式的绝热液水含量分析方法,模拟计算出液态水廓线及对应的微波亮温数据集,利用改进BP神经网络计算模型,通过神经网络学习训练,获取代表该地区的神经网络系数,用于反演计算大气温度、水汽密度、相对湿度和液态水廓线.与GPS探空数据对比,反演的大气温度廓线在7 km以下误差均在3 K以内,水汽密度廓线在6 km以下误差均在3 g/m2以内,部分底层廓线的反演值与GPS探空观测接近,获得了较好的反演结果.同时,通过模式分析出云水廓线,弥补GPS探空不足,利用微波辐射计观测进行验证,估算雷达路径积分衰减,用于试验降水雷达反演分析.     

用AMSU资料反演西北太平洋海域大气湿度廓线的研究

采用快速辐射传输模式RTTOV对AMSU所有通道进行水汽廓线的敏感性分析, 并根据模式计算结果逐步剔除相关性小的预报通道, 建立两种水汽廓线反演的统计回归模型;之后利用2006年7月NOAA-16卫星AMSU亮温资料, 计算不同算法下的反演系数矩阵, 回归得出大气水汽廓线。反演廓线经与NCEP 廓线比较, 得到0600UTC 和1800UTC 比湿反演的各层偏差(RMS)分别在1.4g/kg 及1.7g/kg 以内。个例分析发现, 反演廓线与NCEP廓线趋势一致; 反演比湿场可定位台风云区及水汽供应输送带, 具有一定的揭示台风结构的能力。     

地基微波辐射计反演温/湿度廓线的BP神经网络训练方案对比

为提高地基微波辐射计反演大气温/湿度廓线的精度,提出了一种直接利用高垂直分辨率探空资料与地基微波辐射计观测亮温训练反演温/湿度廓线BP神经网络方案.基于地基微波辐射计的观测特点,提出了一种基于微波辐射计地面观测资料和探空资料的观测亮温综合质量控制方案,利用质量控制后的观测亮温训练BP神经网络(OBS-BP),并与基于MonoRTM辐射传输模式模拟亮温训练BP神经网络(SIM-BP)的方法进行了对比.结果表明, OBS-BP反演温度廓线的均方根误差随高度逐渐增大,范围为0.62～2.81 K,偏差范围为-0.67～0.43 K,相关系数随高度的升高逐渐减小,变化范围为0.92～0.99;相对湿度廓线的均方根误差在0～4.75 km随高度升高而增大,在4.75 km以上随高度升高而减小,范围为8.21%～24.37%,偏差范围为-3.87%～4.54%,相关系数随高度升高逐渐减小,变化范围为0.13～0.94.将OBS-BP和SIM-BP反演高时间频次的温/湿度廓线的效果进行了对比,得出OBS-BP的反演结果能更好地反映对流层内大气温/湿度演变过程,相对于利用SIM-BP的反演结果, OBS-BP反演温/湿廓线在各个高度层上均优于SIM-BP,与探空资料具有更好的一致性,更适用于实际观测中地基微波辐射计温/湿度廓线的反演.     

星载微波辐射计遥感大气温度廓线的数值模拟

为了充分了解微波被动遥感大气温度廓线的能力,为星载微波辐射计研制及今后的资料解释提供必要的技术基础,开展了采用50～60 GHz氧气吸收带内的7个通道反演大气温度廓线的数值模拟研究.利用微波辐射传输模型模拟了微波辐射计各通道亮度温度,在此基础上建立了大气温度廓线的统计反演方案.统计反演的数值试验表明,50～60 GHz微波通道对大气温度廓线有一定的遥感反演能力.     

兰州东部地区冬季风场温度场模拟

采用地形追随坐标系下具有 1.5阶精度的三维准静力模式 ,模拟兰州东部地区的风场和温度场 .模式以地转风资料和系留资料为初始输入 ,根据简化的湍流能量闭合方案进行参数化处理 ,运用地表能量平衡方程预报地表温度 ,考虑了地形影响和人工热源作用 .模拟结果与实际观测资料进行对比 ,位温廓线和风速廓线与实际的变化趋势基本一致 ,模拟的地面流场和垂直温度场基本反映出本地区冬季的流场及温度场特征 .模式技巧的统计检验表明该模式的模拟效果较好 .     

特征向量数量对反演大气参数的影响

大气温湿信息是天气预报、研究和业务的主要参教。具有通道多、信息量大、光谱窄等优点的AIRS已逐渐成为大气垂直探测的主流和方向。如何从卫星观测到的辐射测值推算出大气参数显得尤为重要。本文运用特征向量法反演晴空大气温度、臭氧廓线,试验不同数量的特征向量对反演晴空大气温度等参数精度的影响。结果表明适当增加特征向量的数量,对改进反演大气温度、臭氧廓线的精度有明显改善。     

海上大气表面层风温湿廓线的测量及参量化研究

以渤中８号采油平台为基地，对海上大气表面层的风速、温度和湿度廓线进行了同步测量。据测量数据的统计分析，确定了较好适用于渤海中部大气表面层的大气稳定度函数模式（不稳定状态），从而确定了一种海上大气表面层风湿廓线的参量化模式。依此模式，可由实测风温湿廓线数据计算海－气动量、感热和水汽通量。     

微波辐射计探测滨海新区大气温湿参数垂直分布

对大气中水汽含量和云中液态水含量及其降水特性的测量研究至关重要。目前,针对液态云水路径和可降水量的直接观测较少。利用MP_3000A微波辐射计探测滨海新区大气重要参数垂直分布情况,可以连续得到从地面到10km高度上高分辨率的温度、相对湿度和水汽廓线以及较低分辨率的液态水廓线。     

利用探空资料建立北京地区水汽廓线的参数化方案

利用 2008年探空资料分析了北京地区水汽廓线的分布特征, 提出不同边界层状况下水汽廓线的参数化方案。 在稳定边界层或浅对流边界层条件下, 水汽廓线的参数化方案可以用q=q₀e^z/2624(q₀为地面水汽比湿)表示。在对流边界层条件下, 水汽垂直分布受大气边界层影响非常显著, 参数化方案可以采用: 1) 对流边界层内(0≤z0; 2) 对流边界层高度附近(|z-PBL|<200), q=q₀(A-B(z-PBL)); 3) 对流边界层高度之上(PBL+200≤z), q=Cq₀(z-5000-PBL) (z和PBL分别为距地面高度和对流边界层高度, 单位均为m)。参数分别为A=0.72, B=1.4×10^-3m^-1, C＝-9.17×10^?5m^-1。在对流边界层下, 水汽廓线的参数化方案如果仅采用e指数分布会低估10%的水汽总量, 而新提出的参数化方案能更好地给出水汽的垂直分布。     

利用CrIS红外高光谱卫星数据反演大气温湿度廓线的研究

大气温湿度廓线信息是数值天气预报和气候变化评估等科学研究必不可少的基础数据,利用高光谱卫星数据准确定量地反演高精度的大气温湿度廓线,对提高天气预报和气候预测能力具有重要意义.本文利用搭载在Suomi-NPP(National Polar-orbiting Partnership)卫星上的新一代跨轨红外探测器CrIS(Cross-track Infrared Sounder)的高光谱红外辐射资料,联合欧洲中期天气预报中心ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)的温湿度廓线再分析资料,利用D-R(Dual-Regression)双回归反演算法进行了大气温湿度廓线的反演研究.并利用上海宝山站点2014-2016年6-9月的实测的大气温湿度廓线探空数据和美国国家海洋与大气管理局NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)官方算法NUCAPS(NOAA Unique Combined Atmospheric Processing System)提供的大气温湿度产品进行了对比与验证.结果表明:基于ECMWF的大气温湿度再分析数据作为背景场的D-R算法反演得到的大气温度廓线的总体BIAS基本保持在±1 K以内,RMSE(root mean square error)在2 K以内,与NUCAPS算法的反演精度相当;在低层,D-R算法的反演精度仍保持在2 K以内,要优于NUCAPS算法(RMSE指标).相对湿度在高度300 hPa以下时与NUCAPS算法反演的精度相当,其RMSE基本在20%以内,BIAS基本在±10%以内,反演结果较好且稳定;但在高于300 hPa时,D-R算法反演的误差明显增大到30%,精度降低.     

基于内容的卫星云图检索方法

为了有效地管理和利用大规模卫星云图数据库,需要为其增加检索功能,尤其是基于内容的检索.探讨了将基于内容的图像检索(CBIR)技术应用于卫星云图检索,选择使用了颜色、纹理和形状特征方法.颜色特征包括:灰度直方图和灰度聚合向量;纹理特征从小波子图提取,采用直方图拟合法和分块直方图拟合法;形状特征提取采用了新提出的一种专门针对云目标的"可变形模型"方法——圆形基元法.对每种特征定义了图像距离或者相似度,进行了检索比较实验.结果表明,CBIR用于卫星云图检索是可行的,形状特征方法因融入了领域知识而具有较突出的检索效果,但效率仍需提高.     

利用SCIAMACHY仪器氧气A带通道反演云光学厚度试验

为提高卫星反演云层光学厚度精度,提出了对渐近理论中半无限云体反射函数参数表达式进行透射率修正,得到了能够反映真实大气的反射函数理论值。使用这种方法对2004年5月12号欧空局SC IA-MACHY仪器通道4得到的氧气A带基线区域数据进行处理,尝试反演有代表性的海洋和亚热带区域云的光学厚度,得到较好的结果。证明了氧气A吸收带基线区域对于反演云光学厚度的应用具有一定的潜力。     

基于流体体积法的溢流堰粘性流场数值模拟

为了对溢流堰的流场进行数值模拟,从完整的N-S方程出发,采用k-ε两方程湍流模型封闭Reynolds方程,作为基本控制方程,对自由表面的追踪采用了VOF（volume of fluid）方法.数值计算中,对基本控制方程采用了基于交错网格的SIMPLE算法,对自由表面控制方程采用了施主-受主方法.计算了溢流堰上的流速和压力分布,并与已有的试验结果作了比较.结果表明,计算方法能够比较准确地模拟溢流堰的流场.     

MODIS近红外/红外通道反演大气水汽含量及比较

对中分辨率成像光谱仪MODIS(moderate resolution imaging spectrometer)反演大气水汽含量的算法过程作了推导和分析,并用TERRA-MODIS数据反演了大气水汽含量.对MODIS近红外、红外通道反演大气水汽含量结果和地面探空数据进行了比较分析.得到了以下主要结论:在晴空区域,两者反演的结果一致性较好;在有云区域,红外通道受云污染导致反演失效,而近红外通道可以很好地完成反演.结果表明,近红外反演方法是可行的.对MODIS近红外通道反演存在的局限性也作了讨论.     

钢筋混凝土板抗钻地弹贯穿系数的计算方法

为深入研究穿地弹对钢筋混凝土板的贯穿问题,着重分析了贯穿块形成后钢筋混凝土板中混凝土、箍筋、纵向钢筋等要素的作用机理,以及各要素在不同时刻、不同阶段的变形和受力情况,提出了钢筋混凝土板的新型贯穿计算模型。根据此模型,可以确定弹体、贯穿块在贯穿过程中所受到的阻抗力,从而得到弹体和贯穿块的运动方程。结合贯穿系数的定义,可以求解出混凝土板的贯穿系数和钢筋混凝土板的贯穿系数。通过计算结果分析,得出了混凝土板的贯穿系数随弹体侵彻深度hq值的增大而减小,随弹体直径的增大而增大。并与国内外经验公式对比,验证了贯穿系数计算方法是建立在坚实的物理基础上,具有宽广的尺度效应。     

X波段柱面共形基片集成波导纵向缝隙天线阵的实验

利用基片集成波导SIW(substrate integrated waveguide)技术设计了一款X波段柱面共形的SIW纵向缝隙谐振天线阵.通过分析柱面共形的SIW的传输特性,沿用传统矩形波导谐振缝隙天线阵的设计方法,设计了柱面共形的SIW纵向缝隙谐振天线阵.该天线具有传统的矩形波导缝隙天线阵主瓣宽度窄、方向图可以赋形、交叉极化电平低等优异特性,同时实现了天线的小型化、轻型化.由于基片集成波导完全集成于介质基片中,使得天线与平面电路的馈电连接变得非常简单,可以用微带直接馈电,减少了中间馈电电缆以及馈电转接头的损耗,从而使天线和平面电路的集成也成为可能.实验结果验证了这种设计方法的正确性.     

基于线性预测外推的高分辨率雷达成像

为了提高实验室合成孔径雷达(SAR)成像系统的分辨率,采用自回归(AR)模型,对采集到的数据进行距离向和方位向上的线性预测外推,对外推后的数据进行快速傅里叶变换(FFT)。实验结果表明,相比于传统的快速傅里叶变换成像算法,在同样的硬件条件下,使用该方法可以提高该系统的纵向及横向的分辨率,得到更清晰的雷达图像,或使用较小孔径长度就可以获得相同质量的雷达图像;并且该算法计算速度较快,易于操作,便于在系统上实现实时成像。     

弹性聚合物和碳纤维布加固的砌体墙抗爆性能的数值分析

为研究砌体墙在爆炸荷载下的响应机理,建立了墙体的有效分析模型,并采用有限元分析软件LS-DYNA对砌体墙在爆炸荷载作用下的变形与破坏模式进行数值模拟。计算得到未加固和弹性聚合物加固墙体的整体变形与破坏模式、跨中位移与速度等的数值模拟结果与试验数据基本一致。给出了弹性聚合物和碳纤维布CFRP(carbon fiber rein forced plastic)材料加固效果的比较,并指出采用这2种材料加固的墙体均具有较好的抗爆性能,碳纤维布材料加固的效果要好于弹性聚合物材料。     

机载GPS-R遥感海面风场实验

利用GPS导航卫星反射信号遥感海面风场是一种新的海洋遥感手段.对2009年在我国海南开展的机载飞行实验进行了介绍,为了验证该技术测风原理的正确性、反演算法的可行性和实际测风精度,利用飞行实验数据反演出了海面风速风向,并与同步获得的海洋站实测风场数据和卫星散射计风场数据进行了对比.统计表明,GPS-R反演风场与博鳌海洋站...     

地下工程岩土环境初始温度场数字仿真

为了精确计算地下工程岩土环境下的传热问题,建立了第一类和考虑辐射影响的第三类边界条件下地下工程岩土初始温度场模型。开发了地下工程岩土初始温度场软件,避免了复杂的测量过程。通过与南京地区实测数据比较,证明了该理论模型和软件的正确性。结果表明,第三类边界条件下温度场需要一定的时间才能稳定并与实测值相符。对于南京地区,至地下15m左右处年温度波动趋于消失。岩土表面与周围大气对流换热系数对于浅层的岩土温度场影响较大,随着深度的增加,其值对岩土温度场的影响减小。