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利用卷积神经网络开展偏振雷达定量降水估测研究
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作者 蔡康龙 胡志群 +4 位作者 谭浩波 黄锦灿 张伟强 张晶晶 植江玲 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期64-74,共11页
利用偏振升级改造后的广州新一代天气雷达(CINRAD/SAD)水平反射率ZH、差分传播相移率KDP、差分反射率因子ZDR和广东佛山219个地面气象自动站雨量数据,形成不同偏振量组合的8个数据集。基于卷积神经网络(CNN),建立雷达定量降水估测网络架... 利用偏振升级改造后的广州新一代天气雷达(CINRAD/SAD)水平反射率ZH、差分传播相移率KDP、差分反射率因子ZDR和广东佛山219个地面气象自动站雨量数据,形成不同偏振量组合的8个数据集。基于卷积神经网络(CNN),建立雷达定量降水估测网络架构QPEnet,并将该架构用于雷达定量降水估测(QPE),评估结果表明:数据集通道数N的增加可降低QPEnet的定量降雨估测的均方根误差(RMSE),并提高相关系数(CORR);对于由ZH形成的数据集Z、Z_1~3 km和Z_6 min,随着通道数N的增加,数据集Z、Z_1~3 km和Z_6 min的性能逐步得到提高,数据集Z_1~3 km和Z_6 min的均方根误差(RMSE)分别是4.71和3.78,比数值集Z分别降低了1.3%和18.7%;数据集Z_1~3 km和Z_6 min的CORR分别是0.82和0.88,比数据集Z分别提高了2.5%和10.0%;对于ZH、KDP和ZDR偏振量组成的数据集里面,数据集Z_ZDR_KDP的拟合性能最好,RMSE为3.97,比数据集Z的RMSE降低了14.6%,CORR是0.86,比数据集Z提高了7.5%;分别对0.6~5 mm、5~10 mm、10~20 mm、20~30 mm、30~40 mm、40~50 mm和50 mm以上的7个降水量级的均方根误差(RMSE)、平均偏差比(MBR)、平均误差(AE)和相对误差(RE)等的统计结果表明,数据集Z_6 min降雨精度最高。 展开更多
关键词 定量降水估测 卷积神经网络 S波段双偏振雷达 测雨精度
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辽宁“21·11”特大暴雪的双偏振雷达参量特征分析
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作者 金巍 胡志群 +2 位作者 曲姝霖 于涵 李黎 《冰川冻土》 CSCD 北大核心 2023年第5期1575-1590,共16页
2021年11月7—9日辽宁地区出现罕见特大暴雪过程(简称“21·11”特大暴雪),利用营口S波段双偏振雷达资料,分析不同降雪阶段的偏振参量特征差异,从中可以定性判断出过程的动力和微物理结构。强降雪时段(7日17:00—20:00,世界时)15 dB... 2021年11月7—9日辽宁地区出现罕见特大暴雪过程(简称“21·11”特大暴雪),利用营口S波段双偏振雷达资料,分析不同降雪阶段的偏振参量特征差异,从中可以定性判断出过程的动力和微物理结构。强降雪时段(7日17:00—20:00,世界时)15 dBZ以上回波伸展到8 km附近,35 dBZ水平反射率因子(ZH)强度伸展到5 km以上,而且低层3 km高度以下点缀着40 dBZ以上的强反射率因子,说明本次高架对流降雪过程对流旺盛,空气中水汽条件深厚,容易形成较大直径与较高数浓度的雪花,产生强降雪;但是,差分反射率(ZDR)为-0.3~0.3 dB,高层和低层ZDR值均接近于0,下落的粒子形状近似圆球状,说明空中雪的粒子主要为小球形冰晶和雪花。在最强降雪时段,7 km高度的空中差分传播相移率(KDP)出现较大正值[≥0.3 (°)·km^(-1)],说明高空冰晶和雪粒子有较高的数浓度,可以用来预测降雪强度跃增。辽宁中部的强降雪粒子雷达特征为:在>2.0 mm小时强降雪估测中,ZH最大值和平均值分别为33~35 dBZ和21~26 dBZ,ZDR平均值和最大值分别为-0.3~-0.2 dB和0.3~0.8 dB,回波越强,反而ZDR越小,甚至为负值,说明强降雪过程中上升气流强,雪粒子主要以圆球状或竖椭圆状方式下落;在强降雪过程中,KDP最大值和平均值分别在0.2~0.4 (°)·km-1和0.1~0.2 (°)·km^(-1)之间,相关系数(CC)均大于0.98,说明强降雪时段雪花浓度更高,整个降雪过程雪花粒子相态的一致性较好,均以干雪为主。同时,ZDR偏振参量可以较好地识别干雪相态特征,双偏振雷达融化层(ML)和粒子分类(HCL)产品对降水粒子的判断有较好的实用价值。 展开更多
关键词 辽宁 暴雪 双偏振雷达 偏振参量
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基于贝叶斯方法的冰雹大小识别研究 被引量:2
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作者 吴举秀 胡志群 +1 位作者 夏凡 潘佳文 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期801-814,共14页
冰雹大小直接影响到产生灾害的程度,针对冰雹大小识别的需求,基于济南和青岛两部S波段双偏振雷达探测的冰雹统计信息建立数据集,获取小冰雹、大冰雹、特大冰雹的雷达水平反射率因子(ZH)、差分反射率(Z_(DR))和相关系数(CC)的概率分布,... 冰雹大小直接影响到产生灾害的程度,针对冰雹大小识别的需求,基于济南和青岛两部S波段双偏振雷达探测的冰雹统计信息建立数据集,获取小冰雹、大冰雹、特大冰雹的雷达水平反射率因子(ZH)、差分反射率(Z_(DR))和相关系数(CC)的概率分布,构建基于贝叶斯方法的冰雹大小识别模型(Hail size discrimination model,HSDM),然后应用两个超级单体雹暴过程进行验证。研究表明:(1)模型识别结果与实况吻合,识别的冰雹大小也符合不同尺寸冰雹散射特性、偏振参量特征及超级单体雹暴动力与微物理特性的分析。(2)冰雹大小的水平分布特征与垂直分布特征符合超级单体雹暴降水粒子筛选机制及冰雹生长机制。大冰雹、特大冰雹主要分布在靠近前侧V型槽口的强回波区;超级单体悬挂回波下侧生成小冰雹,弱回波区上面高梯度的强反射率区主要生成大冰雹、特大冰雹并沿强回波墙落地,小冰雹在远离上升气流一侧降落。(3)靠近上升气流的小冰雹主要分布在Z_(DR)柱、K_(DP)柱及之间区域,大冰雹及特大冰雹主要位于远离Z_(DR)柱的K_(DP)柱另一侧。可结合低于2 km高度的识别结果综合判断强冰雹落地浓度。 展开更多
关键词 贝叶斯方法 双偏振雷达 冰雹大小识别模型 特大冰雹
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双多普勒雷达观测在一次雹云结构中的应用
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作者 王子昕 王咏青 +1 位作者 胡志群 徐芬 《气象科学》 北大核心 2023年第2期225-234,共10页
利用常州站和泰州站双多普勒天气雷达探测数据,结合常规观测资料和ERA5再分析资料,综合分析了2019年7月6日一次强对流天气过程的天气形势、雷达回波强度演变特征和双多普勒雷达反演的三维流场信息。重点利用双多普勒雷达径向速度资料反... 利用常州站和泰州站双多普勒天气雷达探测数据,结合常规观测资料和ERA5再分析资料,综合分析了2019年7月6日一次强对流天气过程的天气形势、雷达回波强度演变特征和双多普勒雷达反演的三维流场信息。重点利用双多普勒雷达径向速度资料反演出格点流场,并结合回波特征分析雹云的结构。结果表明:强对流天气过程中,江苏受高空冷涡影响,在高空冷槽、高空急流、低层切变线和地面辐合线的配置条件下,形成了上干冷、下暖湿的层结不稳定结构。本次过程中,雹云不仅具有典型的强对流单体雷达回波特征,在中层强回波中心处,还有明显的“S”型水平流场结构。雹云的低层,是明显的辐合与旋转配置的水平流场。深厚的零线结构是成雹的典型特征。 展开更多
关键词 雹云 S型流场双多普勒雷达 风场反演 零线
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无小区大规模MIMO系统中基于图着色的导频分配与功率控制算法 被引量:1
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作者 肖海林 何怡玲 +2 位作者 胡智群 谢湘伟 张中山 《信号处理》 CSCD 北大核心 2023年第7期1309-1318,共10页
无小区大规模MIMO(Cell-Free Massive MIMO,CF-mMIMO)系统中大量的无线接入点在同一时间频率资源中服务所有的用户,具有较高的网络覆盖率和频谱效率,是下一代无线通信的前沿技术之一。然而,正交导频数量的限制以及用户信道质量的差异造... 无小区大规模MIMO(Cell-Free Massive MIMO,CF-mMIMO)系统中大量的无线接入点在同一时间频率资源中服务所有的用户,具有较高的网络覆盖率和频谱效率,是下一代无线通信的前沿技术之一。然而,正交导频数量的限制以及用户信道质量的差异造成了较严重的用户间干扰。为了优化这一干扰问题,本文提出了无小区大规模MIMO系统中基于图着色的导频分配与功率控制算法。利用基于图着色的导频分配算法降低导频污染,提高了信道估计精度。在此基础上,通过最大-最小功率控制算法降低多用户同频干扰,满足了系统中用户的混合服务质量需求。数值仿真结果表明:所提出的基于图着色的导频分配与功率控制算法可以显著提高系统的95%用户频谱效率以及最小用户速率,较好抑制了CF-mMIMO系统中的用户间干扰。 展开更多
关键词 无小区大规模MIMO系统 导频污染 功率控制 AP选择 图着色算法
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青藏高原地气耦合系统及其天气气候效应:第三次青藏高原大气科学试验 被引量:45
6
作者 赵平 李跃清 +26 位作者 郭学良 徐祥德 刘屹岷 唐世浩 肖文名 师春香 马耀明 余兴 刘辉志 假拉 谌芸 柳艳菊 李建 罗达标 曹云昌 郑向东 陈军明 肖安 远芳 陈东辉 潘旸 胡志群 张胜军 董立新 胡菊旸 韩帅 周秀骥 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期833-860,共28页
由于青藏高原(简称高原)是影响中国极端天气和气候事件的关键区,对天气、气候预报有重要影响。因此,中国气象局、国家自然科学基金委员会、中国科学院共同推动了"第三次青藏高原大气科学试验(TIPEX-Ⅲ)"工作。自2013年的预试... 由于青藏高原(简称高原)是影响中国极端天气和气候事件的关键区,对天气、气候预报有重要影响。因此,中国气象局、国家自然科学基金委员会、中国科学院共同推动了"第三次青藏高原大气科学试验(TIPEX-Ⅲ)"工作。自2013年的预试验开始, TIPEX-Ⅲ在高原西部狮泉河、改则和申扎新建全自动探空系统,填补了高原西部缺少常规探空站的空白;在高原中、西部建成土壤温、湿度观测网;实施了高原尺度和那曲区域尺度的边界层观测,那曲多型雷达和机载设备的云降水物理特征综合观测,高原多站的对流层-平流层大气成分观测。在研究成果方面,项目结果指出,在高原中、西部草原、草甸和裸土下垫面状况下地表热量湍流交换系数和感热通量明显低于过去较早的估计值;高原主体的对流云活动主要不是来自南亚季风区的向北传播,而可能是局地发展所致;揭示出那曲对流云日变化特征、云宏微观特征以及云中水不同相态之间的转化机制,提出了夏季高原加热在维持亚洲大气"水塔"中的作用,以及高原加热对亚洲、非洲、北美洲气候的调节作用。在数值预报模式中,Γ分布比M-P分布更适合于高原雨滴谱特征,通过改进高原热传导过程参数化方案可以降低模式中高估的地表感热,并提升模式对中国中、东部雨带的模拟能力;此外,考虑青藏高原关键区信号可以提升中国中、东部降水的预报技巧。TIPEX-Ⅲ还带动了地面和高空常规观测、天气业务雷达和风廓线雷达等观测数据加工处理业务技术的发展,提升了中国国家级土壤湿度、水汽含量等遥感产品和高分辨率多源降水融合产品的质量,促进了气象监测、预报和数据共享业务的发展。 展开更多
关键词 青藏高原 外场观测 数据加工处理 天气气候机理 数值预报
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CINRAD-SA双偏振雷达资料在降水估测中的应用初探 被引量:20
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作者 陈超 胡志群 +2 位作者 胡胜 张扬 李珊珊 《气象》 CSCD 北大核心 2019年第1期113-125,共13页
对基于水平反射率ZH和差分传播相移率K_(DP)的降水估测综合法R(C)进行了改进,并对广州S波段双偏振雷达2016年2次飑线和2次台风降水过程的Φ_(DP)使用小波分析进行滤波处理,在此基础上使用变距最小二乘法拟合得到K_(DP)的值。分别使用R(C... 对基于水平反射率ZH和差分传播相移率K_(DP)的降水估测综合法R(C)进行了改进,并对广州S波段双偏振雷达2016年2次飑线和2次台风降水过程的Φ_(DP)使用小波分析进行滤波处理,在此基础上使用变距最小二乘法拟合得到K_(DP)的值。分别使用R(C)和R(Z_H)法对2次飑线和2次台风降水过程进行降水估算,将估算结果和雨量计小时雨量进行了对比,并将两种方法的评估结果进行了对比。结果表明:(1)对于飑线类型降水,R(C)法对5 mm·h^(-1)以上的降水估测精度要好于R(Z_H)法,且降水率越大,R(C)法优势越明显,当降水率≥20 mm·h^(-1)时,两次过程R(C)法比R(Z_H)法的平均相对误差(RE)降低了17. 2%,平均绝对误差(AE)减少了1.89 mm,平均均方根误差(RMSE)减少了1.66 mm;(2)对于台风类型降水,R(C)法对5 mm·h^(-1)以上的降水估测精度也好于R(Z_H)法,当降水率≥20 mm·h^(-1)时,两次过程R(C)法比R(Z_H)法的平均RE降低了33. 19%,平均AE减少了3. 95 mm,平均RMSE减少了4.05 mm;(3)对于飑线和台风两种类型降水R(C)法都明显改善了降水率较大时的R(Z_H)法低估问题,但R(C)法在降水率>10 mm·h^(-1)时也存在低估,可能是由雨滴谱资料观测误差导致拟合的系数偏小或雷达硬件造成的观测偏差等造成的。 展开更多
关键词 定量降水估测 小波分析 综合法 差传播相移率 S波段双偏振雷达 飑线 台风
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一次强雹云过程冰雹增长机制分析及防雹探讨 被引量:3
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作者 李红斌 胡志群 张靖萱 《自然灾害学报》 CSCD 北大核心 2021年第5期64-71,共8页
2018年9月29日大连市出现了强雹云天气过程。初始雹云在渤海上空生成,经3小时东移和发展演变,在大连北部沿海登陆并发展为成熟的强雹云。当地作业点及时开展人工防雹与联防作业,并对作业前后雹云雷达特征参数变化及成熟强雹云空间结构... 2018年9月29日大连市出现了强雹云天气过程。初始雹云在渤海上空生成,经3小时东移和发展演变,在大连北部沿海登陆并发展为成熟的强雹云。当地作业点及时开展人工防雹与联防作业,并对作业前后雹云雷达特征参数变化及成熟强雹云空间结构特征等进行分析,深入研究和探讨了成熟强雹云有效人工防雹两道防线技术方法,即在重要作物保护区上游空旷地带,或低值作物区增设人工防雹高炮,当成熟强雹云进入该高炮射程,立即实施高炮作业(且仰角≥55℃,即打在雹云强回波区),促使冰雹提前和充分降落,从而保护下游的重要作物,将雹灾损失降到最低,达到人工防雹的目的。 展开更多
关键词 强雹云 冰雹增长机制分析 防雹探讨
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青藏高原对流云的偏振雷达观测研究 被引量:19
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作者 梅垚 胡志群 +1 位作者 黄兴友 陈超 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1014-1028,共15页
利用可移动式C波段双偏振雷达(C-POL),以及那曲新一代天气雷达(CINRAD/CD)于2014年7月30日和8月5日在西藏那曲地区的观测资料,并通过双多普勒雷达风场反演、偏振雷达相态识别,清晰展示了这两次高原冰雹云发生发展的动力、微物理、热力... 利用可移动式C波段双偏振雷达(C-POL),以及那曲新一代天气雷达(CINRAD/CD)于2014年7月30日和8月5日在西藏那曲地区的观测资料,并通过双多普勒雷达风场反演、偏振雷达相态识别,清晰展示了这两次高原冰雹云发生发展的动力、微物理、热力结构特征。结果表明:青藏高原地区的对流云多在午后出现,水平及垂直尺度不大,但是对流云发生频繁、生消快,一般持续几十分钟。从RHI扫描的水平偏振反射率因子(ZH)、差分反射率因子(ZDR),以及反演的相态(Class)分布上可以明显看出,粒子跟随"0线"抬高,不断增长,回波强度也越来越大,并最终超过主上升气流从另一侧降落,形成冰雹墙的整个动力与微物理过程。从连续时次的RHI上还观测到一次对流单体发生、发展过程中相态从湿雪到冰雹的变化,单体刚刚触发时,回波高度不高,强度还很弱,但是却出现成片的湿雪区域,说明上升气流非常旺盛,将本来落到0℃层以下的未完全融化的湿雪重新带到0℃层以上,通过凝华、凇附、攀附等物理过程,仅仅10多分钟,这些湿雪就能够迅速增长成为冰雹。这些湿雪重新凝结过程中,释放潜热,进一步促进了不稳定结构,加强了上升气流和下沉气流。因此,如果某个刚刚生成的弱回波区域内,在融化层以上出现大量的湿雪,往往预示着该区域上升气流强劲,会迅速发展成强回波单体。 展开更多
关键词 青藏高原地区 对流云 双偏振雷达 风场反演 相态识别
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一次强雹云结构的双多普勒雷达观测分析 被引量:12
10
作者 王建恒 陈瑞敏 +4 位作者 胡志群 许焕斌 段英 赵孝伟 王霞 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期796-804,共9页
利用石家庄SA多普勒天气雷达和饶阳X波段双偏振雷达探测资料,结合常规综合观测资料,对2018年6月13日下午发生于太行山东麓的雹云的天气背景、降雹特征、雷达回波演变特征及回波三维立体结构进行了综合分析,重点利用双多普勒雷达径向速... 利用石家庄SA多普勒天气雷达和饶阳X波段双偏振雷达探测资料,结合常规综合观测资料,对2018年6月13日下午发生于太行山东麓的雹云的天气背景、降雹特征、雷达回波演变特征及回波三维立体结构进行了综合分析,重点利用双多普勒雷达径向速度资料反演出格点的三维风速(流场),并结合回波特征分析了雹云云体结构。结果显示,高空强劲的偏北风急流促使涡后横槽转竖,槽后冷空气沿偏北气流南下,形成上干冷、下暖湿的不稳定层结,在低空低涡附近及地面辐合线上发展造成这次风雹天气;双多普勒雷达反演风场表明,雹云的中层强回波中心呈明显的"S"形水平流场和悬挂回波配置特征,构成了具有成雹的"0线"结构;不仅佐证了雹云降雹"0线"结构的存在,而且证明其呈现形式具有多样性。 展开更多
关键词 强雹云 回波三维结构 S形流场 双多普勒雷达风场反演 观测分析
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青藏高原一次冰雹强对流天气过程的诊断及雷达回波特征分析 被引量:9
11
作者 刘欣 王咏青 +1 位作者 胡志群 周玉淑 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2019年第5期611-625,共15页
利用青藏高原第三次科学实验的C波段双偏振雷达(C-POL)的观测资料、ERA-Interim 0.125°(纬度)×0.125°(经度)气象再分析资料、常规气象探空资料,对2014年7月30日午后发生在西藏那曲地区的冰雹强对流天气过程进行了天气诊... 利用青藏高原第三次科学实验的C波段双偏振雷达(C-POL)的观测资料、ERA-Interim 0.125°(纬度)×0.125°(经度)气象再分析资料、常规气象探空资料,对2014年7月30日午后发生在西藏那曲地区的冰雹强对流天气过程进行了天气诊断及雷达回波特征分析。结果表明:1)此次冰雹强对流过程发生在有切变线伴随的高原低涡东移过程中,低涡尾部前倾的切变线为这次冰雹的发生提供了动力、水汽条件。2)强对流天气的水汽输送主要来自从孟加拉湾、印度及尼泊尔翻越喜马拉雅山脉的水汽,强对流发生前水汽输送显著增加,低层水汽集中在400 hPa以下,有明显的辐合及垂直输送。3)那曲400 hPa以下为假相当位温随高度递减区,也是水平辐合及垂直上升运动的重合区,有明显的对流不稳定能量集聚及动力抬升条件。4)雷达回波图上可看到,此次强对流天气主要由局地新生的多个中γ尺度孤立对流单体造成,其移动路径与切变线前西南气流一致。大部分单体水平尺度不大,生命史短,但仍有部分单体强度大,生命史较长。局地气流辐合扰动会导致新的单体产生,单体的发生、发展及维持离不开低层气流辐合提供的动力条件。5)在距离高度显示图上表现出了弱单体雹云特征,雹云云顶伸展至16 km,高于夏季平原地区普遍对流云高度,但未突破对流层顶,0℃层远低于平原地区,为深厚强对流降水;强降水中心位于云团下部,即有降雹也有降水,降雹以霰粒为主;垂直方向存在强烈的入流和上升气流,悬挂回波出现在入流上升气流之上,中层辐合区的气流下沉区对应降雹区;中层辐合区与上层的高空辐散区配合导致对流风暴的垂直增长和强烈发展。 展开更多
关键词 青藏高原 冰雹强对流天气 对流单体 雷达回波特征
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利用深度学习填补双偏振雷达回波遮挡 被引量:7
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作者 尹晓燕 胡志群 +3 位作者 郑佳锋 左园园 皇甫江 朱永杰 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2022年第5期581-593,共13页
广州S波段双偏振天气雷达低仰角多方位存在遮挡,高仰角也存在部分遮挡。基于卷积神经网络等深度学习方法,构建垂直填补(vertical echo-filling,VEF)和水平填补(horizontal echo-filling,HEF)网络架构,基于两种架构,利用无遮挡区的反射... 广州S波段双偏振天气雷达低仰角多方位存在遮挡,高仰角也存在部分遮挡。基于卷积神经网络等深度学习方法,构建垂直填补(vertical echo-filling,VEF)和水平填补(horizontal echo-filling,HEF)网络架构,基于两种架构,利用无遮挡区的反射率因子Z_(H)、差分反射率Z_(DR),差传播相移率K_(DP)构建训练集,填补遮挡区的Z_(H)和Z_(DR)。针对仅0.5°仰角存在遮挡的区域,基于VEF架构,利用上层多个仰角、径向、距离库的三维数据,分距离段训练垂直填补模型。针对遮挡仰角较高的区域,则基于HEF架构,利用同一仰角左右相邻的多个径向、距离库的数据,分遮挡径向训练水平填补模型。根据解释方差、平均绝对偏差和相关系数3个指标和3个个例,对模型效果进行评估。结果表明:Z_(H)填补模型的解释方差最大为0.92,平均绝对偏差最小为1.69 dB,相关系数最高为0.96;Z_(DR)填补模型的解释方差最大为0.92,平均绝对偏差最小为0.12 dB,相关系数最高为0.96。利用该研究构建的深度学习填补架构,可有效填补偏振雷达遮挡区域回波,提高雷达数据质量。 展开更多
关键词 深度学习 双偏振雷达 波束遮挡 回波填补架构
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一次高原涡过境的不同云-降水垂直结构和特征研究 被引量:6
13
作者 左园园 郑佳锋 +4 位作者 贺婧姝 尹晓燕 李博勇 胡志群 雷之雨 《高原气象》 CSCD 北大核心 2022年第5期1251-1265,共15页
利用第三次青藏高原大气科学试验的垂直探测Ka波段毫米波云雷达(Ka-MMCR)、K波段微降水雷达(K-MRR)和地面雨滴谱仪,结合天气雷达、ERA-Interim再分析资料和FY-2E卫星资料,对那曲2015年8月13-14日一次高原涡过境的不同云-降水垂直结构和... 利用第三次青藏高原大气科学试验的垂直探测Ka波段毫米波云雷达(Ka-MMCR)、K波段微降水雷达(K-MRR)和地面雨滴谱仪,结合天气雷达、ERA-Interim再分析资料和FY-2E卫星资料,对那曲2015年8月13-14日一次高原涡过境的不同云-降水垂直结构和特征进行了研究和对比.结果表明:随高原涡移动,那曲上空先后出现"深厚强对流云-降水(DSP)-深厚弱对流云-降水(DWP)-浅薄对流云-降水(SP)"三个阶段.DSP时间尺度最短、对流最旺盛、发展高度最高,内部的强上升气流使冰晶与过冷水冻撞形成粒径较大的霰粒子,随后又快速沉降并融化成大雨滴,回波垂直变化表现为随高度从上到下Z_(e)逐渐增大和V_(T)逐渐减小;DWP时间尺度最长、对流强度和发展高度次于DSP,内部主要是冰晶的淞附或聚并增长,随后融化成雨滴,从8 km到融化层Ze的垂直变化幅度较DSP更大,但VT减小的速率仅为-1 m·s^(-1),融化层前后Z_(e)突增和V_(T)的突降现象比强对流云更为显著;SP对流强度最弱、发展高度最低,由尺度非常小的积云紧密排列组成,垂直变化大体趋势与前者一致.三个阶段云-降水观测到的回波亮带明显程度为DWP>SP>DSP,雷达谱偏度也可作为判断亮带的重要指示.三个阶段云-降水雨滴谱的宽度和数浓度量级都表现为DSP>DWP>SP. 展开更多
关键词 青藏高原低涡 云-降水垂直结构 雨滴谱 毫米波云雷达
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利用深度学习开展偏振雷达定量降水估测研究 被引量:4
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作者 皇甫江 胡志群 +3 位作者 郑佳锋 朱永杰 尹晓燕 左园园 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期565-577,共13页
利用2018—2020年经偏振升级改造后的广州S波段双偏振雷达(CINRAD/SAD)82892个体扫的0.5°仰角数据,以及雷达100 km探测范围内1109个雨量站共计538560个分钟雨量数据,分别构建了单参量、三参量雷达定量降水估测(QPE)深度学习网络架... 利用2018—2020年经偏振升级改造后的广州S波段双偏振雷达(CINRAD/SAD)82892个体扫的0.5°仰角数据,以及雷达100 km探测范围内1109个雨量站共计538560个分钟雨量数据,分别构建了单参量、三参量雷达定量降水估测(QPE)深度学习网络架构(Z-Rnet、K_(DP)-Rnet、Pol-Rnet),并以K_(DP)=0.5°/km为阈值分别训练得到大雨、小雨、总体等9个定量降水估测模型。在常用的均方误差作为损失函数的基础上,对不同降水强度采用不同权重提出了自定义损失函数,并利用比率偏差、相对偏差、均方差、平均绝对误差和平均相对误差作为评价指标对模型进行评估。通过对以积层混合云为主、以对流云为主和以层状云为主的3次降水过程的模型验证结果表明,利用深度学习训练的模型有较好的定量降水估测效果,区分雨强的小雨、大雨模型比不区分雨强的总体模型的效果要好。采用自定义损失函数模型效果更好,其均方差、平均绝对误差和平均相对误差分别较采用传统均方误差损失函数提升了8.62%、12.52%、16.34%。自定义损失函数中,采用Z_(H)-Z_(DR)-K_(DP)三参量网络架构训练得到的定量降水估测模型效果最好,其均方差、平均绝对误差和平均相对误差分别较采用Z_(H)的单参量Z-Rnet架构提升6.82%、8.43%、7.22%;较采用K_(DP)的单参量K_(DP)-Rnet架构提升12.33%、17.61%、17.26%。 展开更多
关键词 深度学习 偏振雷达 定量降水估测 单参量架构 三参量架构
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华北地区一次长生命史超级单体雹暴特征观测 被引量:6
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作者 刘瑾 王丛梅 +4 位作者 胡志群 李芷霞 刘笑 李国翠 杨洋 《气象科技》 2022年第3期390-402,共13页
对2020年6月25日河北南部从保定涞源到沧州东光的超级单体雹暴环境条件、雷达观测及风场反演特征进行了分析。结果表明:(1)本次超级单体雹暴是在水平对流卷上触发起来并经过不断加强形成的。(2)超级单体雹暴长时间处于中等到强的基本顺... 对2020年6月25日河北南部从保定涞源到沧州东光的超级单体雹暴环境条件、雷达观测及风场反演特征进行了分析。结果表明:(1)本次超级单体雹暴是在水平对流卷上触发起来并经过不断加强形成的。(2)超级单体雹暴长时间处于中等到强的基本顺时针旋转环境风的垂直风切变环境中、中气旋维持时间超过3 h以及较强冷池作用,是本次超级单体雹暴维持长生命史的可能原因。(3)对流单体VIL持续7 h基本维持在55~80 kg·m^(2)区间,与单体移动路径上降雹时段一致,超过4 h持续出现三体散射长钉或旁瓣回波特征,与本次过程中灾情调查和气象站观测到的大冰雹时间段基本一致,对大冰雹有较好指示意义。(4)超级单体雹暴出现钩状回波(低层)、回波悬垂“穹隆”结构、风暴顶辐散、ZDR柱和KDP柱等特征。“穹隆”顶部为65 dBz以上反射率因子,该处风场以垂直上升为主,水平风分量较弱,呈现出“穴道-零域”结构,利于大冰雹增长。超级单体垂直速度随高度增大,利于中气旋形成和维持。 展开更多
关键词 超级单体 冰雹 垂直风切变 零域 风场反演
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Applications of Wavelet Analysis in Differential Propagation Phase Shift Data De-noising 被引量:18
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作者 hu zhiqun LIU Liping 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2014年第4期825-835,共11页
Using numerical simulation data of the forward differential propagation shift (ΦDP) of polarimetric radar,the principle and performing steps of noise reduction by wavelet analysis are introduced in detail.Profiting... Using numerical simulation data of the forward differential propagation shift (ΦDP) of polarimetric radar,the principle and performing steps of noise reduction by wavelet analysis are introduced in detail.Profiting from the multiscale analysis,various types of noises can be identified according to their characteristics in different scales,and suppressed in different resolutions by a penalty threshold strategy through which a fixed threshold value is applied,a default threshold strategy through which the threshold value is determined by the noise intensity,or a ΦDP penalty threshold strategy through which a special value is designed for ΦDP de-noising.Then,a hard-or soft-threshold function,depending on the de-noising purpose,is selected to reconstruct the signal.Combining the three noise suppression strategies and the two signal reconstruction functions,and without loss of generality,two schemes are presented to verify the de-noising effect by dbN wavelets:(1) the penalty threshold strategy with the soft threshold function scheme (PSS); (2) the ΦDP penalty threshold strategy with the soft threshold function scheme (PPSS).Furthermore,the wavelet de-noising is compared with the mean,median,Kalman,and finite impulse response (FIR) methods with simulation data and two actual cases.The results suggest that both of the two schemes perform well,especially when ΦDP data are simultaneously polluted by various scales and types of noises.A slight difference is that the PSS method can retain more detail,and the PPSS can smooth the signal more successfully. 展开更多
关键词 polarimetric radar wavelet analysis differential propagation phase shift DE-NOISING
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A Quality Assurance Procedure and Evaluation of Rainfall Estimates for C-Band Polarimetric Radar 被引量:8
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作者 胡志群 刘黎平 王丽荣 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2012年第1期144-156,共13页
A mobile C-band dual polarimetric weather radar J type (PCDJ), which adopts simultaneous transmission and simultaneous reception (STSR) of horizontally and vertically polarized signals, was first developed in Chin... A mobile C-band dual polarimetric weather radar J type (PCDJ), which adopts simultaneous transmission and simultaneous reception (STSR) of horizontally and vertically polarized signals, was first developed in China in 2008. It was deployed in the radar observation plan in the South China Heavy Rainfall Experiment (SCHeREX) in the summer of 2008 and 2009, as well as in Tropical Western Pacific Ocean Observation Experiments and Research on the Predictability of High Impact Weather Events from 2008 to 2010 in China (TWPOR). Using the observation data collected in these experiments, the radar systematic error and its sources were analyzed in depth. Meanwhile an algorithm that can smooth differential propagation phase (~Dp) for estimating the high-resolution specific differential phase (KDP) was developed. After attenuation correction of reflectivity in horizontal polarization (ZH) and differential reflectivity (ZDR) of PCDJ radar by means of KDP, the data quality was improved significantly. Using quality-controlled radar data, quantitative rainfall estimation was performed, and the resutls were compared with rain-gauge measurements. A synthetic ZH /KDp-based method was analyzed. The results the traditional ZH-based method when the rain suggest that the synthetic method has the advantage over rate is 〉5 mm h^-1. The more intensive the rain rates, the higher accuracy of the estimation. 展开更多
关键词 quality assurance rainfall estimates C-band polarimetric radar
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基于行人安全的交通信号灯智能控制算法研究
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作者 张乾隆 胡智群 肖海林 《计算机测量与控制》 2022年第4期114-120,共7页
提出了一种基于深度确定性策略梯度(DDPG,deep deterministic policy gradient)的行人安全智能交通信号控制算法;通过对交叉口数据的实时观测,综合考虑行人安全与车辆通行效率,智能地调控交通信号周期时长,相位顺序以及相位持续时间,实... 提出了一种基于深度确定性策略梯度(DDPG,deep deterministic policy gradient)的行人安全智能交通信号控制算法;通过对交叉口数据的实时观测,综合考虑行人安全与车辆通行效率,智能地调控交通信号周期时长,相位顺序以及相位持续时间,实现交叉路口安全高效的智能控制;同时,采用优先经验回放提高采样效率,加速了算法收敛;由于行人安全与车辆通行效率存在相互矛盾,研究中通过精确地设计强化学习的奖励函数,折中考虑行人违规引起的与车辆的冲突量和车辆通行的速度,引导交通信号灯学习路口行人的行为,学习最佳的配时方案;仿真结果表明在动态环境下,该算法在行人与车辆冲突量,车辆的平均速度、等待时间和队列长度均优于现有的固定配时方案和其他的智能配时方案。 展开更多
关键词 交通信号灯 动态配时 强化学习 行人安全 车辆效率 优先经验回放
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智能反射面和协作干扰的无人机安全通信算法 被引量:2
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作者 李子能 胡智群 +1 位作者 肖海林 曾张帆 《北京邮电大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期69-76,共8页
为了进一步增强无人机通信系统的保密率,提出了基于智能反射面和协作干扰的无人机安全通信系统。通过利用智能反射面动态地加强回传链路以及通过协作无人机引入人工噪声干扰非法窃听者,从物理层提高无人机通信系统的安全性。考虑源无人... 为了进一步增强无人机通信系统的保密率,提出了基于智能反射面和协作干扰的无人机安全通信系统。通过利用智能反射面动态地加强回传链路以及通过协作无人机引入人工噪声干扰非法窃听者,从物理层提高无人机通信系统的安全性。考虑源无人机轨迹、干扰无人机轨迹、功率控制和智能反射面相移,以最大化系统的保密率为目标提出联合优化问题。提出了一种交替优化算法,将原问题变为4个子问题,并通过连续凸逼近、半定松弛将原始的非凸问题转换为近似凸性子问题,使其可通过凸优化工具直接求解。仿真结果表明,所提优化算法能够快速收敛,相比于传统的非智能反射面辅助的通信网络,所提算法能显著地提高系统的安全保密率。 展开更多
关键词 智能反射面 物理层安全 无人机通信 轨迹优化
原文传递
基于ConvLSTM融合RMAPS-NOW数据的雷达回波外推研究
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作者 王善昊 胡志群 +1 位作者 王福增 陈杰鑫 《气象学报》 CAS 2024年第4期554-567,共14页
雷达回波外推是临近预报、人工影响天气作业及效果评估的主要参考依据之一,快速准确的回波外推技术一直是雷达气象领域的研究热点。近年来,基于深度学习的时空序列预测模型在雷达回波外推中得到了广泛应用。然而,这些外推网络架构的输... 雷达回波外推是临近预报、人工影响天气作业及效果评估的主要参考依据之一,快速准确的回波外推技术一直是雷达气象领域的研究热点。近年来,基于深度学习的时空序列预测模型在雷达回波外推中得到了广泛应用。然而,这些外推网络架构的输入大多用16级伪彩色雷达回波强度产品转化而来的灰度图,丢失了许多回波细节,并且随着外推时间延长,误差不可避免地增大。回波的生消、移动、演变与天气背景紧密相关,因此,将北京城市气象研究院研发的新一代快速更新多尺度资料分析和预报系统的临近数值预报子系统(RMAPS-NOW)初始零场的部分物理量产品融入华北雷达拼图原始数据,构建多个雷达单元(Radar cells),并将这些雷达单元作为输入,基于卷积长短期记忆网络(ConvLSTM),设计了一个多通道雷达回波外推网络架构(MR-ConvLSTM)。另外,考虑到卷积算法的平滑性,构建了自定义损失函数,增加回波强度的时空权重进行时空衰减订正。选取(40.65°—41.65°N,114°—115.4°E)内2018—2021年的6—9月共13000组华北雷达组合反射率因子拼图及RMAPS-NOW初始零场数据,其中的80%共10400组为训练集,20%共2600组为测试集。引入的物理量包括多个高度层的u、v风(1350 m),相对湿度(RH,150 m),水平散度(1350 m)等,基于ConvLSTM及MR-ConvLSTM加自定义损失函数,分别训练得到5个雷达回波外推模型。采用临界成功指数(CSI)、命中率(POD)、虚警率(FAR)作为评价指标,利用测试集对所有模型进行评估。基于引入物理量的MR-ConvLSTM训练得到的模型在20、30、35 dBz反射率阈值下,比未引入物理量的基于ConvLSTM的外推模型CSI值平均高4.67%、13.8%、5.98%,POD值平均高3.1%、7.68%、8.38%,FAR值平均低6.37%、8.54%、10.17%,同时引入3种物理量(RH、u、v)的外推模型在不同阈值的各项指标中综合表现最好,其CSI、 POD值在3种不同阈值下比未引入物理量模型平均高16.01%、13.38%,FAR值平均低14.88%。从模型应用的个例可视化也可以看出,引入物理量后有效提升了雷达回波外推的准确度,证明基于MR-ConvLSTM架构训练的雷达回波外推模型有较强的泛化能力。 展开更多
关键词 雷达回波外推 深度学习 RMAPS-NOW MR-ConvLSTM网络架构 自定义损失函数
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