5月南极涛动对青藏高原西部夏季气温影响的诊断分析

青藏高原是全球气候变暖最敏感的地区之一,是北半球夏季最大的热源,其气候响应受到广泛关注。然而,有关南极涛动与青藏高原夏季气温的关系和机理知之甚少。为了研究南极涛动与青藏高原夏季气温的关系,基于1979—2020年英国东安哥拉大学气候研究中心(CRU)的逐月气温、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的逐月海表面温度和大气环流再分析数据以及南极涛动指数等数据,采用相关、回归、合成分析等方法进行研究。结果表明,北半球夏季青藏高原西部气温与5月南极涛动存在显著负相关,即当5月南极涛动异常偏弱时,夏季青藏高原西部气温异常偏高。其影响过程为,南极涛动为正位相时,在南印度洋中高纬地区出现“负-正-负”的经向“三极子”海温模态,该模态可持续到夏季,在印度洋形成异常的纬向-垂直环流,相应在热带西印度洋和东印度洋-海洋性大陆之间的降水异常导致热带正“偶极子”降水模态,通过该降水模态在青藏高原西部引起异常反气旋环流和下沉运动,有利于高原西部气温偏高。研究结果显示,海洋的热惯性在“延长”南极涛动影响过程中起着重要的桥梁作用,可为青藏高原夏季气温预测提供科学依据。

土壤湿度-地表气温耦合对长江中下游地区2022年8月复合型热浪事件的影响

2022年8月长江中下游地区的复合型热浪给社会经济、人类健康、农业生产和自然环境等方面均造成了严重影响.本文利用国家信息中心提供的1979—2022年6—8月逐日最高、最低气温和欧洲中期天气预报中心再分析数据集的土壤湿度等资料,定义了复合型热浪事件强度指数及其相应的土壤湿度-地表气温耦合指数,采用分段线性拟合等方法,探讨此次复合型热浪特征及土壤湿度-地表气温耦合的影响.结果表明:(1)2022年8月长江中下游地区的复合型热浪事件强度为1979年以来最强,伴随最强的土壤湿度-地表气温耦合.空间分布显示,强的热浪发生在四川东部、重庆西部、湖南等地,这些区域的土壤湿度严重偏干,蒸发受限,获得的净辐射主要用于地表向上的感热通量,使土壤湿度-地表气温出现强的正反馈过程,对热浪的维持起重要作用.(2)复合型热浪中土壤湿度-地表气温耦合影响日间和夜间热浪的物理强迫及过程不同:日间,地表净太阳短波向下辐射增强的强迫作用,促使发生强的土壤湿度-地表气温耦合,引起日间热浪.夜间,白天积累在土壤的热量,通过减小大气热量通量辐散,使夜间地表气温下降减慢,形成夜间热浪,这与以往研究单独夜间热浪的过程不同,后者认为夜间热浪主要与大气柱水汽增加引起的大气逆辐射增强有关.

季节内振荡水汽收支对长江中下游持续性极端降水强度的调控作用

利用中国1979—2019年逐日降水格点数据,考量降水的时空聚集性强度之客观监测方法,识别中国东部区域极端降水事件,发现长江中下游是夏季持续3 d及以上区域持续性极端降水(PREP)发生最频繁的区域。以此为研究对象,基于水汽收支理论,利用ERA-Interim再分析资料和带通滤波方法,诊断日降水及其水汽收支的季节内特征,研究关键尺度对流层高低空系统配置及演变。结果显示:PREP日降水强度及其演变被证实与区域大气柱水汽辐合量相一致。10~30 d准双同振荡(QBWO)和30~90 d(MJO)的水汽辐合在事件发生前1~3 d和7~9 d开始由负位相转为正位相。区域南、北边界QBWO(MJO)水汽输送在事件发生前2~4 d(9~10 d)由水汽输出转为输入。南海的QBWO对流北传至长江中下游,促使源于西北太平洋的对流层低层QBWO反气旋式环流系统向西南移动,其西北侧的西南风使区域南边界水汽输送在事件开始日达最大。事件发生前10 d左右,对流层低层MJO反气旋式环流系统出现在西北太平洋,并向西南移动,长江中下游气旋系统加强维持,对流层中层孟加拉湾MJO尺度低槽开始加深,三者的配合使区域南边界的MJO水汽输入逐渐增强并维持到事件发生后。MJO尺度的强水汽输入结合QBWO反气旋式环流促使长江中下游地区的持续性极端降水事件的发生。研究结果对持续性极端降水事件延伸期的预报提供参考。

长江中下游地区骤发干旱与缓发干旱特征对比研究

基于再分析土壤湿度、大气等压面资料以及国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)数据,利用大气柱水分收支原理及归因方法,本文识别了1979—2020年长江中下游地区格点骤发干旱与缓发干旱,分析其空间分布及统计特征,并且诊断区域性典型骤发干旱与缓发干旱事件的发展过程及人为因素的影响。结果表明:该区域骤发干旱频发,主要发生在南部,强度偏强,且大多发展于夏季;而缓发干旱发生较少,主要发生在北部,强度偏弱,且大多发展于秋季。大气柱水汽净辐散对两类干旱的发展速度起到了重要作用,骤发干旱在发展过程中大气柱水汽净辐散偏强,造成蒸散发与降水差值较大,使得土壤湿度下降速度快于缓发干旱。2019年夏季长江中下游地区发生了一次大范围的骤发干旱事件,在发展阶段,副热带高压西伸增强了区域大气柱的风场辐散,使大气柱水汽净辐散强,干旱快速发展。2010/2011年发生了一次区域缓发干旱事件,在秋季发展阶段,近地层风场为一弱反气旋环流,风场辐散作用偏弱,大气柱水汽净辐散偏小,使干旱发展速度较慢。人类活动对2019年骤发干旱事件的影响强于2010/2011年缓发干旱事件。

基于超声射频信号的特征融合方法对乳腺肿瘤良恶性诊断的价值

为实现对乳腺肿瘤良恶性的高效判别,本文尝试从原始超声射频(Radio Frequency,RF)信号构建融合模型。首先从RF信号提取16种超声特征参数组成特征图图谱。构建高性能卷积网络用于提取多特征图的深度学习特征,并与多特征图的传统组学特征拼接融合;然后进行特征筛选、训练支持向量机模型。实验结果发现,基于支持向量机的特征融合模型在乳腺肿瘤的良恶性诊断中性能优良,测试集的受试者操作特性曲线下的面积、准确率、灵敏度和特异度分别达到:0.992、91.3%、92.3%和90.0%。在本文数据集上,使用RF信号比超声灰阶图像能更高效地实现乳腺恶性肿瘤的识别。与单一使用深度学习特征相比,融合传统组学特征后,乳腺肿瘤良恶性鉴别性能显著提升。

近百年全球平均地面气温准周期信号及其长期演变特征的分析

应用奇异谱分析（ＳＳＡ） 方法，对全球及南北半球近１００多年（１８５６～１９９７年）逐月地面气温距平序列的年际变化准周期性进行诊断分析，结果表明，全球平均气温序列中以准５～６年和准４年周期振荡最显著，其次是准两年周期振荡。各种准周期振荡年代际演变特征及其变率的阶段性，不但表现在振幅上，而且其波数亦很明显。上述特征在全球、南北半球都各有明显的差异。奇异交叉谱分析（ＳＣＳＡ）表明，全球平均地面气温的年际振荡与气候系统中其他各子系统所隐含的准周期信号具有各种耦合关系。

我国台风路径业务预报误差及成因分析

利用2005 2009年中国气象局(CMA)提供的西北太平洋(包括南海)台风路径业务预报资料,比较了各类型台风路径、台风登陆位置及登陆时间的预报误差,登陆台风不同阶段以及华东登陆和华南登陆台风的路径预报误差。结果表明:CMA在2005 2009年的路径预报水平与1999 2003年的相比有了显著提高。平均南海台风预报误差大于西北太平洋。异常路径台风主要出现于南海,三个预报时效(24、48和72 h)异常路径的预报误差平均都小于正常路径。将登陆台风分为远海、登陆期间和登陆后三个阶段,显示登陆期间台风预报误差最大,同一阶段华南登陆台风的预报误差大于华东登陆台风。台风登陆位置在24、48和72 h预报时效的平均预报误差分别为71.1、122.6和210.6 km,48和72 h台风实际登陆时间有70%早于预报时间,平均分别提早8和12 h。比较大尺度引导气流与台风移动的偏差及24 h路径预报误差,得到南海三种典型登陆台风路径的大尺度引导气流与台风移动的偏差及其与路径预报误差的关系不一样,即误差成因不同。南海倒抛物线型的大尺度引导气流与台风移动的偏差最大,其预报误差最小;西一西北型的大尺度引导气流与台风移动的偏差最小,其预报误差最大,可能与大尺度环流预报准确性差有关。登陆华东的预报误差小于登陆华南台风的预报误差,这与台风登陆华南时其大尺度引导气流和台风移动的偏差大于登陆华东的台风有关。

基于空间邻域信息的二维模糊聚类图像分割

传统模糊C均值聚类(FCM)算法进行图像分割时仅利用了像素的灰度信息,并且使用对噪声较敏感的欧氏距离作为像素与聚类中心距离度量的标准,因此抗噪性能较差。为了克服传统FCM算法的局限性,本文提出了一种基于空间邻域信息的二维模糊聚类图像分割方法(2DFCM)。该方法利用二维直方图描述的像素邻域关系属性,一方面为聚类提供较准确的初始聚类中心,从而避免聚类中的死点问题;另一方面通过提出聚类中心同时在像素值、像素邻域值二维方向上进行更新的思想,建立了包含邻域信息的新的聚类目标函数,实现了图像的分割。实验结果表明,这种方法抗噪能力强、收敛速度快,是一种有效的模糊聚类图像分割方法。

正常角膜和圆锥角膜的特征提取

基于角膜测量仪器Corvis ST采集的图像视频,提出提取新特征参数以便准确区分正常角膜和圆锥角膜。首先对图像进行滤波、分割等预处理,检测角膜上下边界,并计算前角膜曲率值;用小波变换分析角膜曲率变化,获取与角膜运动趋势相关的特征,包括角膜运动的整体趋势和角膜振动的范数和标准差。然后,基于均方误差最小化法,提取特征参数,构建最优参数。最后,用支持向量机(SVM)对正常角膜和圆锥角膜进行分类。从频率的角度实施的实验显示角膜在基本运动趋势上存在着振动过程。此外,提出的参数优于形变幅度(DA)、峰值距离(PD)等传统参数,使准确度、灵敏度和特异性分别提高了10.2%,5.7%和6.9%。受试者工作特征曲线(ROC)下面积为0.948,接近于1。结果显示本文方法自动提取的特征参数可提高正常角膜和圆锥角膜区分的准确性,对临床诊断有辅助作用。

指纹图像的预处理

采用基于方向信息的形态学运算对指纹图像进行预处理。针对指纹图像的特点,首先对图像进行规格化;然后采用分块直方图均衡化方法做一次增强;接着用动态阈值法对图像二值化;根据方向信息对二值图像做基于形态学闭运算的二次增强;最后对二次增强图像细化。给出了一种简单有效的指纹图像预处理方法以及该方法的实验结果。

长江三角洲常熟地区近地层湍流特征的研究

利用 1 999年 5～ 9月长江三角洲常熟地区的湍流脉动观测资料 ,分析了该地区感热、潜热和动量通量的日变化以及湍流强度和湍流谱特征 ,结果表明 :该地区各能量的日变化与常见情况相同 ,白天潜热通量的输送占主导地位 ,感热通量比潜热小得多 ,且湍流的日变化与天气的关系非常密切 ,晴天比阴天要大得多。湍流强度和湍流谱的分析结果表明 ,在近中性条件下 ,常熟地区各方向湍流强度接近典型平坦下垫面的值。非中性条件下 ,垂直方向规一化标准差与稳定度的关系都较好地满足 1 /3次幂定律 ,水平方向没有垂直方向上的规律好 ,特别是稳定条件下 ,数据点分散性大 ;各风速分量谱在高频段满足理论上的 - 2 /3次幂定律 ,纵向和垂直方向速度谱的峰值频率与典型平坦下垫面上的结果一致。总体输送系数 CD、CH与稳定度的关系密切 ,随稳定度增加有减小的趋势。

青藏高原西部地表通量的年、日变化特征

利用青藏高原西部地区改则和狮泉河两个自动观测气象站1998年全年每天24个时次的风速、温度和湿度等梯度观测资料,采用湍流相似理论,计算了改则和狮泉河的动量通量、感热通量以及潜热通量。结果表明:改则和狮泉河两地的地表湍流通量都具有明显的季节变化和日变化,且其季节变化的相同点表现在感热通量均在5月份最大,1月份最小;而潜热通量均在8月份最大。不同点表现在改则的潜热通量在12月份最小,狮泉河1～5月平均潜热通量为负,以凝结为主,改则的月平均蒸发及全年的蒸发总量比狮泉河的要大。而其感热通量比后者的都小。日变化幅度随季节变化明显,表现在夏季地表通量的日变化幅度大,冬季要小得多。

华北地区热带气旋降水量的气候诊断

利用1950～2002年热带气旋降水量资料,对华北地区由热带气旋引起的降水进行了分析.结果表明,华北地区热带气旋降水量的空间分布很不均匀,平均山东半岛东部最大,向西具有减少的趋势,这种趋势与热带气旋降水频数相一致,地形的影响使降水量的空间分布复杂化.对于热带气旋过程降水量的大小,地形的影响更为重要,从河北东部经西部到河南南部沿着燕山南麓和太行山东麓分布着大的过程降水中心,此外,受热带气旋影响的最西站点随年代向东偏移.热带气旋降水量季节变化表现为8月最大,10月最小;年际变化明显,具有显著的2～3年振荡周期;年代际变化表现为20世纪50,60和70年代相差很小,80年代后具有明显减少的趋势.各区域热带气旋降水量的年际和年代际变化显示,华北西部的山西和北部的内蒙减少的趋势最强.

红外视频图像实时二维增强算法与实现

设计了基于领域加权平均和边缘检测的视频图像增强算法。针对算法中影响处理速度的瓶颈问题——图像领域处理,设计了基于单视频行的存储器阵列,以及对该存储阵列的控制策略。实验结果证明,本文的方法增强效果明显,处理速度快,达到红外视频图像增强的实时要求。

基于各向异性扩散的图像降噪算法综述

系统介绍了基于各向异性扩散的图像降噪技术的发展。将各向异性扩散模型分为针对普通噪声和斑点噪声降噪两大类,阐述了在其发展过程中出现的较典型模型的原理、方法和特点。通过试验全面比较了这些模型在降噪、边缘定位、结构保持方面的优劣,分析了该领域亟待解决的关键问题和发展趋势。

IPCC AR4模式对热带气旋热力控制因子的模拟评估

海平面温度是影响热带气旋活动重要的大尺度环境热力控制因子,根据1948—1999年热带地区(30°S-30°N)海平面温度(SST)的气候场、线性趋势、年代际变化与年际变化的空间结构特征,分别就24个IPCC AR4模式的模拟性能进行评估。结果表明,虽然24个IPCC AR4模式对SST气候场的模拟性能都比较好,但大部分模式输出的SST系统性偏低于观测分析场(ERSST)。所有模式热带区域平均SST都表现出与ERSST相一致的增暖趋势,但各模式与ERSST的这一趋势强度差异明显。综合考虑SST线性趋势及年代际变化的空间结构,24个IPCC AR4模式中,有6个模式的模拟性能较差,其空间型态与ERSST相差很大,不应作为模式集成的对象,它们是INM CM3_0,MRI_CGCM2,INGV_ECHAM4,UKMO_HADCM3,NCAR_PCM1,MPI_ECHAM5。前5个空间型态与ERSST最接近的模式依次是:CGCM3.1_T47,GISSER,MIROC_HIRES,GFDL CM2_1,GFDL CM2_0。对西北太平洋、北大西洋以及南海地区6～10月热带气旋主要活动海域SST进行了评估,相对来说,模式对北大西洋和南海海域SST不论是线性趋势还是年代际变化的模拟都好于西北太平洋。北大西洋有18个模式年代际序列与ERSST的相关较高。在西北太平洋,UKMO_HADGEM1和MPI_ECHAM5的年际变化序列与ERSST的相关达到0.05的显著性水平;在南海,年际变化模拟最好的模式是UKMO_HAD-CM3。

青藏高原地表温度对华北汛期降水变化的影响

利用1980～2001年青藏高原月平均地表温度、1961～2001年我国160站月降水以及NECP/NCAR再分析月平均高度场资料,分析了华北地区汛期降水与青藏高原地表温度的关系,结果表明华北地区汛期降水与青藏高原5～6月地表温度具有显著的正相关.相关场的正值中心位于高原的东北部和西南部地区.华北地区汛期降水偏少年,青藏高原前期5～6月地温以负距平为主且距平值较小;相反,降水偏多年,青藏高原前期5～6月地温以正距平为主且距平值较大.EOF和SVD的分析表明,青藏高原5～6月地温和华北地区汛期降水的第一典型场都表现出大体一致的变化特点.此外,诊断分析得到,青藏高原5～6月地温偏高年,7～8月西太平洋副热带高压的强度偏强,位置偏北;地温偏低年,西太平洋副热带高压的强度偏弱,位置偏南.

基于EM算法参数估计的各向异性扩散超声图像的去噪

目的提出一种各向异性扩散滤波器的扩散参数选取方法,提高滤波器的灵活性和稳定性。方法使用二状态的瑞利、高斯混合分布对超声图像灰度分布进行拟合,并采用期望值最大化(expectation maximization,EM)算法实现混合分布的分解;根据分解结果预测图像中斑点噪声均匀分布的区域;通过对均匀区域统计特性的分析获取各向异性扩散的扩散参数。结果通过与两种改进扩散参数选取的滤波方法对比,基于EM算法的混合分布分解能够准确地估计扩散参数,使滤波结果在噪声消除和边缘保持上达到有效的平衡。结论基于EM算法参数估计的各向异性扩散是一种有效的超声图像去噪方法。

中国东部夏季极端降水统计特征及其与El Nio的联系

选取中国东部1961—2012年夏季5—9月无缺测429站逐日降水资料,利用广义帕雷托分布(GPD)拟合,研究中国东部52 a以及El Nio发展年和衰减年极端降水的统计特征,并分析其成因。结果表明:1)中国东部降水阈值呈由东南向西北递减的态势,且基本为线性增加趋势。2)华南地区尺度参数最大,出现极端降水的概率大。黄河以南地区尺度参数变化趋势正值较多,出现极端降水的概率增加。3)El Nio发展年夏季,西太平洋上有气旋环流异常,中国东南部受气旋西侧的异常偏北气流影响,多地阈值偏小,只有福建东南部及黑龙江中西部易发生破纪录的极端降水。4)El Nio衰减年夏季,西太平洋上为异常反气旋环流,中国东南部受反气旋西侧的异常偏南气流影响,多地阈值偏大,广东中东部及皖鄂赣交界处发生洪涝灾害的可能性增大。

胎儿超声图像分割及自动径线测量

为从超声图像中准确估计胎儿股骨长度、头围、双顶径和枕额径,提出一种新的胎儿超声图像分割和径线自动测量方法。首先使用结合空间邻域信息的二维模糊聚类,在抑制斑点噪声的同时提取胎儿超声图像中的骨骼部分;接着将骨骼提取的结果细化作为霍夫变换的输入;然后根据股骨和头部不同的形态特征,分别设计了直线霍夫变换加二次曲线拟合的股骨参数提取方法,以及椭圆二次迭代霍夫变换的头部参数提取方法。本研究对60组胎儿超声图像自动计算所得的股骨长度和头围与手动测量间的差异分别为(0.069±0.066)cm和(-0.508±0.458)cm。结果显示本方法所得结果基本与手动测量的结果吻合,可以提高测量的客观性,有望应用于临床的产前监护。