一种改进的立体云模拟方法

提出了一种改进的立体云模拟方法。它建立在Gardner的椭球模型基础之上,对其在模型的使用和模型填充方面作了改进和扩展。根据此模型建立的立体云模拟系统能够模拟出单朵云、积云、云海等不同的立体云现象,并且能够实现立体云的穿越,弥补了Gardner方法的不足。同时,给出了一些云彩生成过程中有关动态控制的关键问题和难点的解决方法。

基于计算机视觉和粒子系统的三维云模拟

云是很常见的一种自然现象,真实感云的模拟是计算机图形学领域具有挑战性的研究课题。文章提出了一种基于计算机视觉和粒子系统的三维云建模方法。首先利用计算机视觉技术从现有的二维云图像中提取云的三维信息,然后利用粒子系统填充该三维空间,最后通过纹理映射和B illboard技术实现三维云的绘制。与以往云建模方法相比,该方法简单、实用,适用于模拟不同种类的云,如层云、积云、卷云等。

基于改进Qsplat算法的三维动态积云模拟研究

尽管人们对云模拟进行了大量研究,但是现有的云模拟算法很难在保证实时性的情况下得到真实感较强的云图形。针对这个问题,提出一种结合Qsplat算法与IFS(迭代函数系统)算法的粒子系统的积云模拟方法,并考虑了积云的结构特点。基于Qsplat算法的细节层次树形结构建立树型结构粒子系统,以加速粒子系统搜索速度;对距离视点较近的粒子使用IFS迭代函数系统算法增加层次包围球树的层次以在建立云的外形时丰富云体局部细节;最后使用球形图元映射二维纹理进行云的绘制,最终实现了三维动态积云的快速实时模拟。实验结果表明,该方法能够快速地生成实时三维动态积云图形,图形真实感强。

机载LiDAR洞穴目标的点云模拟及快速识别

结合洞穴类目标的特殊几何结构,对居民窑洞、天然洞窟两种典型洞穴目标进行点云数据模拟生成,并基于模拟点云数据研究目标的快速识别方法,首先分析机载LiDAR系统成像方式,以参数模型和地形TIN模型两种方式分别模拟生成两类洞穴的点云数据;以激光点与LiDAR传感器之间的距离突变为依据实现目标的快速识别,通过限定目标区域搜索范围及设定突变点个数阈值进一步提高识别精度;并完成对目标正面轮廓与内部结构的正确分类。

基于元胞自动机的动态云模拟

针对动态云在快速模拟下的真实感缺乏问题,提出一种改进的动态云的模拟方法。该方法在Nagel方法模拟云的基础上,考虑到大气压对自然云形状的影响,通过建立上下气流动力学方程,实现具有真实感的动态云的模拟。结果证明,与常规方法相比,该方法具有运算速度快、模拟效果逼真等优点。

播撒碘化银人工消雹对冰雹云微物理过程和起放电过程影响的数值模拟研究

为了全面了解人工消雹对云中冰相粒子的浓度和时空变化以及冰雹云微物理过程和起放电的影响,本文利用包含了AgI催化方案的三维强风暴动力电耦合数值模式,以AgI播撒量为唯一变化量进行了多组模拟实验。结果表明,催化过后,整体上,-40~0℃范围内的冰晶、雪花和霰粒子数浓度和比含水量增多。播撒AgI使霰的平均尺度减小,向雹的转化比例大为降低,因此冰雹的比含水量和浓度都减小。随着AgI播撒剂量的增加,冰晶、雪花和霰粒子的数浓度和比含量整体变化趋势不变,增大与减小区域相对应,但变化更明显;消雹效果会更好,但降雨量呈先增加后减小。播撒AgI会使冰雹云前期正的非感应起电率区出现时间提前,中心增强,上界高度抬升,后期负的非感应起电率区中心增强。所以,播撒后前期主要使底部次正电荷区增强,后期主要使上方主正电荷区和中部负电荷区增强。随着催化剂量增多,这些变化越明显。播撒AgI对地闪有一定的抑制作用,而使云闪和总闪少量增多,首次放电和云闪的峰值时间提前,放电持续性更强,闪电频发时段的闪电频率略有降低。

冰雹云中累积区与冰雹的形成的数值模拟研究

应用三维冰雹云模式对陕西旬邑地区的一次降雹过程进行模拟，结果表明：冰雹云中存在过冷雨水的累积区，其出现在最大上升气流之上，其中累积的过冷雨水含量随着云的发展而变化。冰雹生长在此累积区内。催化试验结果表明，在过冷雨水的累积区内播撒ＡｇＩ粒子能取得较好的防雹效果。

黄河上游河曲地区对流云催化增雨的数值模拟研究

应用中国科学院大气物理研究所开发的三维对流云模式 ,对青藏高原河曲地区强对流云的催化增雨效果及催化云的动力特征、微物理机制进行了模拟研究。模拟结果显示 :黄河上游河曲地区的对流云具备一定的催化潜力。如果催化时机、部位选择适当 ,降水总量增加有望达到 30 %～ 5 0 % ,催化所产生的动力效果比较显著。催化剂的加入使得云中凝华潜热释放量增加 ,上升气流加强 ,云顶升高 ,云水平尺度也有所加大 ,地面降水区域扩大 ,降水时间延长。由于云中冰晶大量生成 ,导致过冷云水、雨水减少 ,暖雨过程迅速减弱 ,云中霰和冻滴量增多 ,其融化过程加强引起的降水增加远远超过了暖雨量的减少 ,总的增雨效果比较显著。敏感性实验表明 ,催化高度对增雨效果的影响最为显著 ,高于某一催化高度 ,有可能产生增雨防雹的好效果 ;低于某一催化高度 ,则会在防雹的同时使地面降水减少。对流云早期催化的增雨效果较好。一定范围内催化剂量的变化对增雨量影响不大 ,小剂量催化也有可能达到较好的增雨效果。

AREM模拟云参数与卫星观测的比较研究

数值模式模拟计算云量与卫星观测云量的定义不同,难以进行定量比较,从而限制了对云模拟误差的检验和修正。作者介绍了可把数值模式输出云参数转换成ISCCP卫星反演云参数的云模拟器,并将其试用于AR-EM区域模式中,定量分析了模拟云参数和ISCCP反演云参数的差异。结果表明,AREM模式可以再现中国东部冬季云的基本分布特征,但与观测相比,四川地区云量模拟偏大20%,华东地区则偏小20%左右,云量中心的云顶高度比ISCCP反演值偏低一个高度段,云光学厚度偏大一个厚度段。模拟与观测云参数的定量比较,为评估和改进模式性能提供了依据。

降水性层状云系结构和降水过程的观测个例与模拟研究

2004年7月4-6日,在我国东北地区有一次大范围的降雨过程。作者分析了此次层状云降雨的观测资料,包括机载PMS资料、雷达资料以及地面雨强计资料等,并用包含详细微物理过程的一维层状云模式进行了数值模拟,用顾震潮的三层概念模型(把层状云垂直结构分为三层:第一层为冰晶层,第二层为过冷水层,第三层为暖水层)分析了云的结构及降水形成过程。结果表明,这个模型基本反映了降水性层状云的结构和降水产生的物理过程。在第一层中,冰晶的凝华增长很重要,也存在冰晶的碰并过程。在第二层中,冰晶和雪的增长主要是通过凝华过程,Bergeron过程作用很大,但不同时刻Bergeron过程的作用程度不同。第三层中主要有云滴、雨滴和从第二层降落下来以后融化的雪和霰。云的第一层对第二层有播种作用,冰晶层对降水的贡献为7%,过冷水层对降水的贡献为54%,暖水层对降水的贡献为39%,降水的产生中冷云过程作用稍大,但暖云过程也起重要作用。

地球云场景的模拟仿真

为了研究全球的大气运动情况,需要不断观察地球云层的分布状态和运动趋势。运用计算机技术建立了基于八面体剖分法构造的球面网格模型;以全球高程数据为基础进行了三维地球的模拟;利用改进的分形几何算法生成了逼真的静态与动态云图;通过球面纹理映射实现了云场景在球面上的融合;最终给出了逼真的全球云场景的模拟。仿真模拟算法在虚拟战场环境模拟和全球气象环境再现等软件中进行了应用,模拟仿真效果满足了系统的需要。

云区卫星微波通道亮度温度的数值模拟

目前多数资料同化系统中对卫星的观测值都是采用晴空模拟,然而用晴空辐射传输模式模拟云区卫星微波通道的辐射值会造成与观测较大的偏差,导致大量云区卫星资料被直接抛弃无法进入同化系统,因而有必要改进云区卫星辐射亮温的模拟能力,进而提高同化系统中云区卫星资料利用率。以2010年台风"圆规"、"凡比亚"和"鲇鱼"为例,基于先进的微波扫描辐射计AMSR-E观测应用一维变分算法反演台风区域的云宏观参数,包括云液水含量廓线、云冰水含量廓线和雨水含量廓线;然后,以大气温度、湿度廓线及这些反演的云参数作为快速辐射传输模式CRTM的输入参数,模拟AMSR-E各通道的辐射亮温。通过对比晴空、有云两种情况下模拟亮度温度与实际观测亮度温度间的偏差,发现增加云参数作为辅助参数、启动辐射传输的散射模块,可以有效地改进台风外围云区卫星辐射亮温的模拟效果,大幅减少模拟亮温与观测亮温间的偏差,增加了同化进数值预报系统的卫星观测数据量。

2004年冬春季中国地区云的模拟分析

文中利用卫星和地面观测资料分析了中国地区总云量和低云量的分布及华南沿海、华东地区和北方地区的云量垂直分布。利用CREM模式模拟了中国地区的云量,并初步分析了模拟误差的原因。模拟表明,模式能较好地再现中国地区云量水平和垂直分布的形势和演变趋势,但对总云量和低云量模拟系统性偏小20%,且模拟的华南沿海云量垂直分布大值中心偏低。初步分析认为这种云量大小的误差是云量诊断方案的经验系数值不适当引起的。

隐式粒子云网格模拟的原理和进展

Partic le In Cell方法是等离子体数值模拟的基本手段之一.但传统的PIC模拟方法受到时空步长限制的影响,很难用于高密度或者大尺度等离子体研究.隐格式PIC方法是克服这一限制的主要手段.本文概述了隐格式PIC方法的基本思路和主要应用.

用亮温反演云物理量划分对流-层状降水的数值模拟研究方案

观测分析表明对流云中水云重要,而层状云中冰云重要。因此,提出了一个基于液水路径和冰水路径阈值划分对流-层状降水的新方案。液水路径和冰水路径的值可通过线性回归方程由不同AMSU微波通道(23.8、31.4、89、150 GHz)的亮温计算得出。通过对由TOGA COARE试验资料作为强迫场的二维云分辨模式的模拟结果的分析,对该划分方案进行讨论。若液水路径大于1.91 mm或冰水路径大于1.70 mm,则划分为对流降水;相反,则划分为层状降水。通过对地面降水收支的分析表明,该划分方案是具有物理意义的。

模拟雷云背景下的感应电荷试验

为了能对雷云背景下的感应电荷进行研究,搭建了模拟雷云的试验平台和研制了感应电荷测试仪。模拟雷云的试验平台由一个直径3m的金属圆盘构成。通过对该金属圆盘施加变化的电压,模拟电场的快慢变化。在金属圆盘上施加的直流电压,通过瞬间断电方式模拟电场的缓慢变化;在金属圆盘上施加冲击电压模拟电场的快速变化。感应电荷测试仪测量这两种方式下的感应电荷。试验结果表明,研制的感应电荷测试仪能够实现对模拟电场缓慢变化和快速变化的测量,该设备可以应用于感应电荷测试研究。

云计算模拟器研究综述

基于因特网平台研究云计算受到地理位置、网络环境等因素的诸多限制,因此采用云计算模拟器研究云计算具有重要意义。主要介绍了3种现有的云计算数据中心资源调度模拟器CloudSim、CloudAnalyst和CloudSched以及基于这3种模拟器的资源调度算法,最后介绍了云计算模拟器的研究热点。

基于WorldWind平台的卫星云图模拟技术研究

卫星云图是目前最重要的气象信息来源之一。实现卫星云图的模拟对于灾害预防、评估等工作具有十分重要的意义。首先分析了WorldWind开源平台的系统框架。针对于彩色卫星云图,改进了一种基于图像色彩和灰度值的算法,能够较好地分割提取出云层区域。进而在开源平台WorldWind上采用多层纹理映射的方式实现了卫星云图的模拟。

应用分形理论和光线投射算法的卫星云图模拟技术

卫星云图模拟是气象卫星成像仿真所研究的核心问题,针对快速生成效果逼真的卫星云图的要求,以分形理论为基础,设计了一种基于随机中点位移算法的云体数据生成模型,并采用光线投射算法将产生的三维云体数据绘制于二维平面图像上,实现了卫星云图的模拟,得到了比较满意的结果。

初始大扰动条件下双流系统的粒子相空间振荡

双流系统产生的不稳定性过程是近地空间中常见的等离子体不稳定性现象.地球磁尾、等离子体片边界层、地球弓激波、太阳风、极隙区和极光加速区观测到的静电孤立波被认为是由双流不稳定性产生.地球空间环境并非均匀稳态,因此对双流系统演化过程的研究往往需要考虑初始的扰动.利用所建立的动理论粒子云模型方法,我们研究了初始大扰动下双流系统的不稳定性现象,发现初始大扰动条件下粒子相空间产生振荡现象,且振荡频率与初始扰动的空间波数有关,电场与电场能量也存在该频率成分.通过线性理论,求解出了粒子相空间振荡频率.它与粒子云模拟得到的频率一致.该频率为朗缪尔振荡频率的基础之上叠加一个与初始扰动的空间波数有关的频率偏移量.我们改变等离子体频率,进一步验证了上述结论.该研究结果表明初始扰动能够对双流系统的不稳定性现象产生重要影响,对于加深理解地球磁层中双流系统的演化过程有重要参考意义.