基于精确距离模型的改进R-D算法

本文利用合成孔径雷达(SAR)最为精确的标准斜视距离模型,推导出了一种适合斜视SAR精确成像的改进距离-多普勒(R-D)算法。文章进一步分析了SAR的四种距离模型,将已有的三种R-D算法以及本文提出的改进R-D算法和四种距离模型之间建立了一一映射,指出了四种R-D算法之间的本质区别。最后对四种R-D算法进行了仿真,结果表明本文给出的改进R-D算法最能够适应斜视情况下的精确成像。

相控阵雷达孔径渡越时间的数字补偿方法

分析了孔径渡越时间对相控阵雷达信号的影响,它包括信号的时移、幅度加权和能量损失。提出一种基于信号处理方法的相控阵雷达孔径渡越时间数字补偿方法,可以补偿孔径渡越时间引起的信号时移和幅度加权。通过对典型阵列孔径渡越时间的补偿仿真,表明该方法的正确性和有效性。

一种改善图像拼接效果的相控阵scanSAR工作模式

针对常规扫描式合成孔径雷达(scanSAR)图像拼接效果较差,存在二维拼缝的问题,提出一种相控阵scanSAR工作模式,该模式利用相控阵天线波束具有快速切换的特点,使波束在各子测绘带之间进行脉冲级切换,再结合提出的成像方法,可以获得无缝拼接的scanSAR宽测绘带图像,克服了常规scanSAR的缺点。理论分析和仿真验证都表明了所述方法的正确性和有效性。

基于距离模型的波数域算法

合成孔径雷达(SAR)存在四种距离模型,本文利用这四种模型推导出四种波数域算法,给出了四种算法详细的推导过程,并得到了四种算法和四种模型之间的一一对应关系。文章提出了单色等效斜视波数域算法,该算法不需要插值,因而提高了计算效率,适合于小斜视角且测绘带宽度不大的情况下的快速成像。最后利用该算法对星载SAR的实际数据进行成像,结果表明在成像精度牺牲不大的情况下可以大大提高成像速度。

一种基于相邻脉冲比相的高效SAR干扰方法

针对合成孔径雷达(SAR)方位积累对雷达和目标距离的相对精度要求较高,绝对精度要求较低的特点,提出利用SAR相邻发射脉冲比相的测距方法获得相对精度较高的距离值,从而得到一种能获取二维处理增益的高效SAR干扰方法,克服了以往干扰方法因难以测量SAR平台轨迹而不能获取方位处理增益的缺陷。理论分析和仿真验证都表明该方法既能完成干扰机附近的假目标干扰,也能在较低干扰功率下实现噪声压制干扰。

我国东部地区冬季模式边界层探空效果评估

应用中尺度气象模式MM5对2006年和2007年12月东部地区进行逐日模拟,并用地面常规观测资料及南京和安庆12h一次的逐日探空资料对模拟的地面及边界层内气象要素进行检验,计算地面和边界层内不同高度的温度、湿度、风向和风速等要素的多种常用统计参数;并分别评估雾发生前和发生时边界层探空的模拟效果。结果表明:(1)MM5模式模拟的地面温度和湿度均较理想,但风速误差较大。温度、相对湿度、风速的观测与模拟的偏差概率分布均呈近正态分布,峰值中心分别为-1.52℃、4.59%和1.92m·s-1,白天模拟效果优于夜间。(2)以南京、安庆两站为例,模拟的08:00(北京时,下同)和20:00边界层内探空基本可靠,但20:00的效果比08:00好;模拟效果均随高度上升而变好;且南京站边界层内温度、湿度的模拟效果优于安庆站,但安庆站风的模拟效果优于南京站。(3)以南京站为例,雾发生前和发生时温度、湿度模拟效果较平均情况差,风速模拟较其他模拟时段无明显变化。(4)南京、安庆冬季近地层逆温发生频率都比较高,常见多层逆温,MM5模式能再现近地层逆温,但有高估的倾向,且对边界层中上部逆温模拟效果不佳。此外,敏感性试验的结果表明,模拟方案中地面负的温度偏差不是由近地层高垂直分辨率所致。

皖南山区一次特大暴雨过程的多尺度天气分析

运用NCEP再分析资料,对2007年7月10日皖南山区一次特大暴雨天气过程分析,概况出南压高压、高空急流、东亚季风和东北冷涡直接影响着西太平洋副热带高压的南压东退和冷暖空气的交汇,从而为7.10皖南山区中尺度系统发生发展提供了大尺度环流背景和必需的动力和水汽条件,揭示了中尺度系统的发生发展是多尺度天气系统耦合作用的结果。

MM5与MM5-PAFOG模式区域雾预报效果评估比较

利用MM5和PAFOG模式对2010年10-11月中国东部地区的雾进行逐日预报,包括基于MM5模式结果的多要素诊断预报和PAFOG模式预报能见度的定量预报,应用TS/ETS评分方法和区域内所有测站每3h(或6h)一次的常规观测资料,根据该两方法的预报结果分别对中国东部地区和安徽进行了效果评估。结果表明:(1)两种预报方法对区域雾都有一定的预报能力,但都存在空报率较高的明显不足。基于MM5模式的多要素诊断预报,得到中国东部地区的TS/ETS评分为0.075/0.065,命中率(HR)为0.296;安徽的TS/ETS评分为0.094/0.081,HR为0.378。(2)PAFOG模式对中国东部地区的TS/ETS评分为0.038/0.027,HR为0.388;安徽的TS/ETS评分为0.053/0.038,HR为0.52。与MM5模式的诊断结果相比,TS/ETS评分较低,HR较高。(3)按日统计结果表明,MM5模式在整个中国东部地区的预报效果优于PAFOG模式,但在内陆省份(安徽),PAFOG模式的预报效果略优于MM5模式。(4)效果评估时若考虑过去1h内的天气现象记录,两种方法的预报效果都有明显改善。

2011—2018年安徽暖季短时强降水及其环流背景统计特征

采用2011—2018年5—8月逐10 min的地面稠密降水资料,统计分析了安徽省小时强降水(hourly heavy rainfall,HHR)事件在入梅前期、梅雨期、出梅后期的时空分布特征。结果表明,安徽省大别山至皖南山区西南部一带是HHR事件的易发区域,安徽省西南、东北地区HHR事件对暖季总降水贡献高达30%~40%。入梅前期,安徽省HHR事件日的发生频次低,雨强较弱;梅雨期持续时间长、累计雨量大;出梅后期雨强较大,持续时间短。按第99百分位阈值,60%以上极端持续时间(≥360 min)和极端累计雨量(≥138.0 mm)HHR事件出现在梅雨期,而60%以上极端10 min雨强(≥25.0 mm)HHR事件出现在出梅后期。梅雨期,HHR事件频次在凌晨06时和午后17时出现峰值;出梅后期,呈现明显的午后16时单峰结构。根据旋转T模式主成分客观分析法,将安徽省梅雨期HHR事件划分为低涡/切变型或锋面型(SP2型)和西北低槽型(SP1型);出梅后期则为南方低压或台风低压型(SP6型)和西北低槽型(SP1型)。其中,梅雨期SP2型HHR事件主要发生在大别山区、皖南山区及其过渡地带,是梅雨期HHR事件的主要贡献者;而SP1型HHR事件主要在大别山区、皖南山区及安徽东北部等山区较易发生。出梅后期,SP1型HHR事件呈现北多南少特点,而SP6型在大别山和皖南山区有较明显的HHR事件发生,是出梅后期HHR事件的主要贡献者。

2006—2016年池州地区短时强降水天气类型特征分析

利用国家基本站、区域站资料,分析了2006—2016年池州市短时强降水时空分布特征,建立3种天气学概念模型,并总结了短时强降水的中尺度系统、相关物理量和雷达回波的一般特征。结果表明:池州市短时强降水主要发生在汛期(5—8月),其中7月最活跃,其次分别是6、8月。强度≥20 mm/h和≥30 mm/h的短时强降水日变化呈现双峰型特征,强度≥50 mm/h的短时强降水则呈现单峰型特征。东至县中南部是短时强降水的易发区域,其次是贵池南部山区和九华山东、西两侧区域。池州市短时强降水天气类型可分为副热带高压边缘型、西北气流型和台风型,其中副热带高压边缘型是短时强降水的易发天气类型。中小尺度天气系统在不同天气类型中的作用存在差异,但相关物理量差异不明显。副热带高压边缘型、台风型强降水过程中雷达反射率因子多表现低质心结构特征,西北气流型呈现高质心结构特征。

皖南山区“6.30”强降水影响因子分析

利用NCEP再分析资料、卫星雷达资料和加密雨量站点资料等,对2013年6月29~30日出现在皖南山区一次强降水天气过程进行分析,发现导致这次强降水的主要成因有:热带风暴"温比亚"对副高的顶托作用,激发暖湿气流的北抬,为强降水提供了充沛的水汽条件;影响中东部地区高层残余冷空气南下,以及西南暖湿气流受到皖南山区的地形抬升作用,为强降水提供了动力条件,改变大气的热力结构和大气的不稳定层结,激发对流性强降水;气流受高山阻挡导致的抬升和分流产生超低空次级环流,大大提升降雨强度与强降水的不均匀性和局地性。

2011—2019年影响安徽致暴江淮气旋统计分析

采用安徽国家基本站逐小时降水及欧洲ERA5再分析资料,统计分析了2011—2019年影响安徽致暴江淮气旋气候概况、雨区、路径及环流场特征。结果表明,影响安徽致暴江淮气旋多发生于湖北、湖南等地,约占同期总气旋数的18.9%,年均2.8次;降水大值中心主要位于大别山南麓至皖南山区西南一带,高海拔山区尤其明显。根据斜旋转T模态主成分客观分析法,将影响安徽致暴江淮气旋主要划分为高压脊型(SP1型)、高空槽型(SP2型)、暖式切变型(SP3型);其中,SP1型致暴天气过程最多,占40%,SP2型次之,占36%,SP3型占20%。高压脊型(SP1型)江淮气旋一般偏南东移,安徽以西有一高压脊,高压脊东侧有显著的经向环流,中高层有明显干侵入过程,低层暖湿舌伸向皖南山区,暖湿不稳定层结的配置有利于皖南山区对流性强降水的产生;高空槽型(SP2型)江淮气旋一般向偏东方向移动,安徽中北部中高层为东北—西南向高空槽,低层表现为冷锋南侵,与南方暖湿气流汇合于安徽长江流域,导致雨区分布于安徽长江一线;暖式切变型(SP3型)江淮气旋一般偏北东移,低涡位于安徽以西,西南强盛的暖湿气流经大别山区向东北方输送,整层均为大湿区,低层有较强的辐合抬升,降水效率高,雨区主要分布于大别山区,属于暖区暴雨或强降水类型。

高层干侵入在池州市一次短时极端强降水中作用

利用2018年7月5日ECMWF_ERA5逐小时(空间分辨率0.25×0.25)再分析资料和池州市加密雨量站及常规气象资料,分析了高层干侵入在一次短时极端强降水中的作用。结果表明:在多尺度天气系统相互作用下,中纬度高层干冷空气沿高空急流右侧及高压内部下沉辐散气流向相对低层扩散,在水平经向风引导下向南前倾式输送。高层干侵入导致大气对流有效位能CAPE增加、湿等熵面倾斜、大气斜压性增加、静力稳定度减小和高层辐散加大。在中低层低涡切变动力抬升下,暖湿与干冷大气之间湿位涡得到快速增长,为江淮气旋发生发展提供了有利的环境条件;此时,干侵入在水汽云图上表现为较清晰的"S"型暗区头边界,在雷达带状回波图上表现为其后侧缺口,极端强降水位于缺口南端。干侵入指数DII_p能很好地反映干侵入过程,中高层DII_p正、负中心"偶极对"与MCC生消具有时空一致性,DII_p垂直梯度的增加(减小)对应MCC发展(减弱)。

池州市近10 a主要暴雨灾害及致灾性分析

利用池州市2007—2016年共10 a的暴雨灾害资料和140个区域雨量站及4个国家基本站(贵池、东至、石台、青阳)逐小时降水资料,对池州市近10 a主要暴雨灾害进行分级并分析其致灾性,结果表明:①池州市近10 a主要暴雨灾害特征与短历时强降水分布特征及池州市地形分布特征具有明显关联性;②05时前后是池州市暴雨灾害的最强致灾时段,这主要是此时段为短时强降水高发时期,一旦发生持续性短时强降水将会造成严重的暴雨灾害;③东至县中南部、贵池南部山区及九华山区域为暴雨灾害高发区域,其原因是东至县具有喇叭口特殊地形,而其他地区多为山区,同时由于池州市常位于副高西北侧,汛期西南气流输送比较强盛,通过山区地形的强迫抬升和动力抬升作用容易触发对流,产生强降水过程,造成暴雨灾害。

大气污染预测模式气象条件的探讨

根据《大气导则》大气污染预测模式气象条件要求,指出由于地理或地形条件的不同,小区域范围(半径50 km区域或更小)内气象探测数据存在的差异,提出大气污染预测模式气象条件设置存在的局限性。按目前气象探测手段和气象业务的发展,介绍新型气象探测数据和几种比较成熟的数值模式原始场资料和再分析资料,供有关专家学者改进大气污染预测模式参考。

池州地区冬半年固态降水及其环流背景统计特征

基于2003-2018年冬半年(11月-次年3月)观测资料,采用T-mode主成分客观分析法(TPCA)等进行固态降水与环流背景的统计分析。结果表明:池州172个固态降水日,主要月份固态降水出现的频率分别是44.8%(1月)、27.9%(2月)和16.3%(12月)。雨雪转换、纯雪和冻雨3类天气占比分别为55.2%、41.3%和3.5%。环流形势可划分为一槽一脊型(Ⅰ型)、纬向波动型(Ⅱ型)和两槽一脊型(Ⅲ型),其中Ⅰ型占比最多,Ⅱ型次之,Ⅲ型较少。Ⅰ~Ⅲ型分别代表北方冷空气从中路、西路和东路南下,池州固态降水过程主要受中路冷空气影响。Ⅰ型气温最低,出现固态降水概率最高,是其他形势的3倍以上;Ⅱ型气温最高,出现固态降水概率最低。除Ⅲ型外,纯雪过程的中低层温度均较雨雪转换过程低2.0℃左右。925 hPa温度在雨雪转换过程与850 hPa基本相同,一般在-4.0~-5.0℃,在纯雪过程中则比850 h Pa高1.0℃左右。1 000 hPa温度在雨雪转换过程基本在0℃附近,纯雪则在0℃以下。池州固态降水的中低层环流特征是:925 hPa为东北风,850 hPa存在气旋性环流,700 hPa有12.0 m/s左右的偏南风急流、水汽通量及水汽通量散度大值中心。池州冬半年固态降水一般属于冷锋大尺度降水,层结稳定,锋区位于700 hPa以下,低层有冷平流,切变线一般位于850~800 h Pa。