利用风云三号微波成像仪资料遥感“桑达”台风降雨云结构

本文利用搭载于我国风云三号B星上的微波成像仪(MWRI)观测亮温数据,结合戈达德廓线反演算法,对1102号"桑达"台风地面雨强和降雨云结构进行反演试验.利用AMSR-E业务降水产品对地面雨强反演结果进行了检验,结果表明,MWRI和AMSR-E反演的地面雨强在空间分布上非常吻合,相关性达76%,均方根误差约2.8mm/h,二者的观测亮温及地面雨强反演结果具有较好的一致性.提取洋面台风雨区的平均水凝物廓线,其垂直结构显示,雨水和可降冰含量丰富,随高度变化明显,且具有明显峰值高度,云水和云冰含量则较少,且随高度变化不明显;当降水增强时,雨水和可降冰各层含量稳定增加,且峰值高度基本保持不变,云水和云冰含量则增幅不稳,且峰值高度有所改变.地面雨强随距台风中心距离的变化阐释了台风的螺旋结构及降水特点,距台风中心距离0.3°和0.6°附近分别出现了地面雨强峰值和次峰值,且66%的降水集中在距台风中心距离1°的空间范围内.MWRI提供的台风地面雨强和降雨云垂直信息具有较高的可信度,对于我们监测台风降水、分析台风降水结构的时空演变特征以及数值预报模式应用等具有重要的参考价值.

TRMM卫星探测青藏高原谷地的降水云结构个例分析

利用TRMM卫星测雨雷达探测反演的降水廓线、红外辐射温度、微波高频辐射亮温和闪电资料,并结合数字地形资料和NCEP再分析资料,分析研究了1999年5月4日13:05(UTC,下同)青藏高原东南部某山谷及附近地区(29.49°N^30.13°N,95.08°E^96.89°E)的降水云结构。结果表明,该降水云团为特殊地形强迫而引起的一强对流降水;强对流降水云团水平范围约20km,它自谷地向上呈“蘑菇”状向上水平展开;最大降水率位于谷中云体下部,超过100mm.h-1;在谷地上方该强对流降水云团云体向下风方向延伸,形成下风方向大范围的弱降水。结果还表明,强对流降水云团中剧烈变化的地表降水率也反映在云团云顶红外辐射温度和云体微波辐射亮温的变化上。此外,虽然闪电附近云顶高度和云中的含冰量相差甚小,但闪电发生次数、持续时间和发出的辐射能量却十分不均。降水事件的天气背景分析表明,降水发生前13h内,高原500hPa一弱低压槽东移引起的大气低层辐合、中高层辐散及大气不稳定性增加,是此次降水事件发生的大气内在因素。

台风眼壁的云结构与降水形成机制分析

使用带有详细微物理过程的ARPS模式,对台风韦帕(Wipha)进行三重嵌套细网格模拟,利用模式结果,对台风眼壁强降水中心的云结构和降水形成机制进行分析,结果表明:冰相微物理过程是启动和形成台风眼壁暴雨的主要降水形成机制。在9000～14000 m高空,云水在很低的温度下经均质核化产生冰晶,或经非均质核化形成云冰;冰晶通过凝华增长(psfi,贝吉龙过程)、雨水收集云冰产生雪(praci)和冰晶粘附雨水成雪(piacr)过程生长为雪;霰产生主要包括4个过程:冰晶接触雨水使其成霰(piacr)、雪撞冻云水使其成霰(psacr)、雨水收集云冰转化成霰(praci)或雨水冻结为霰(pgfr);霰粒子通过收集云冰干增长(dgaci),霰撞冻云滴增长(dgacw)等过程生长;霰融化(pgmlt)和雪融化(psmlt)成雨水后再通过碰并云水等暖云生长过程,最后形成雨水。霰过程的强弱在雨水形成机制中很重要。(29.5°N、121.8°E)和(28.3°N、120.4°E)强降水中心冰晶转化率没有太大差别,但是(29.5°N、121.8°E)强降水中心上空冰晶通过贝吉龙过程快速成长为雪和霰,霰粒子增长过程远远强于(28.3°N、120.4°E)强降水中心,低空又有较高的云水转化率,使降水粒子在暖云中继续快速生长,冷暖云过程的有利配置使(29.5°N、121.8°E)出现较强雨水转化率。

云结构智能地下管网管理信息系统

为解决我国绝大多数城市的城市级管网和区域性管网普遍存在线路老化、满负荷使用、管理混乱、应急处理能力差等问题,建立云结构智能地下管网管理信息系统。在GIS技术基础上,为城市综合管网资源的数字化、智能化以及动态监控等方面提供专业的解决方案,应用地理信息、三维模拟、一体化管线探测等先进技术,建立城市地下管网基础地理信息数据库,实现地下管网信息资源的集中管理、统一服务,为最终实现水、电、燃气智能化、数字化管理奠定基础。

河北省冬季低槽冷锋层状云结构特征和可播性分析

2018年1月6日河北省出现一次低槽冷锋天气系统,利用两次云粒子垂直探测资料分析层状云结构特征和演化规律,探讨冬季低槽冷锋系统层状云催化条件和催化时机。结果表明:天气系统初期西南风风速中心发生在6500 m高空时,风速随高度呈不连续分布,层状云云顶温度为-29.2℃,中低云层稀薄;3000 m以上云层粒子基本被冰化,云内过冷水含量小于0.05 g·m^(-3),固态含水量为0.1 g·m^(-3)左右,3000 m以下云层有大量自然冰晶,过冷水低于0.15 g·m^(-3),不具备催化条件。700—3000 m高度层西南风加强,云内过冷水含量普遍大于0.1 g·m^(-3);2200 m风速中心风速达16 m·s^(-1),该高度最大液态水含量达0.38 g·m^(-3),冰晶浓度为6 L^(-1),温度为-9℃,适宜催化。低槽冷锋天气系统层状云结构特征和催化条件受槽前西南风强弱和风速中心高度影响,天气系统初期层状云云顶过高、温度过低时,层状云为不可播云。随槽线东移,风速中心高度降低,3000 m以下西南风加强,层状云转变为可播云。

冰川下垫面对夏季云结构和云水含量的影响--以祁连山区疏勒南山为例

云水含量和云结构参量是天气预报、高山区水循环过程分析的基础。基于2012-2015年夏季CloudSat卫星遥感资料的2B-CLDCLASS、2B-GEOPROF和2B-GEOPROF-LIDAR,结合中国第二次冰川编目数据及气象资料,对祁连山地区疏勒南山冰川区与非冰川区云水含量和云类型特征进行分析。结果表明:(1)云水含量的垂直分布受下垫面和云类型的影响,主要表现为有冰川覆盖的高山上空降水云类型以深对流云为主,无冰川覆盖的高山上空降水云类型以雨层云为主。(2)疏勒南山地区高含水量主要分布在5 km以下的中低层云中,且冰川区气流垂直运动较非冰川区活跃。(3)疏勒南山冰川区云水含量平均值为0.07 g·m^-3,非冰川区云水含量平均值为0.17 g·m^-3,云水的空间变化在一定程度上能够反映降水和水汽的分布状况。

0810海南特大暴雨的云结构及成因分析

利用常规观测资料、卫星云图资料、雷达资料和NCEP(1°×1°)再分析资料,对2008年10月海南省特大暴雨过程的演变特征和形成机理进行深入研究,结果表明,热带低压外围螺旋云带发展过程中的MCS是造成此次海南特大暴雨的直接影响系统,充沛的水汽,低层强烈的旋转辐合,较强的垂直上升运动是这次降水发生的有利条件。

一种基于Graham扫描算法的空间点云结构化算法研究

在过度包装检测过程中,针对商品三维重建后的散乱点云无法进行后续空隙率判定的问题,提出一种基于Denaunay三角化和凸包算法的散乱点云结构化方法。首先,因为空间点云结构复杂,所以将空间点云进行切片和投影操作,也就是降维操作;其次,对投影数据点进行结构化处理,寻找初始点,依次对投影点按照极角大小进行排序;最后利用所构造的扫描线对数据点进行筛选和结构化。实验表明,基于Denaunay三角化和凸包算法的散乱点云结构化方法处理时间短,稳定性和精度高、适用性强,完全满足过度包装检测系统。与目前方法相比,该方法有更好的适用性,能够满足大多数平台的需求。

白云结构胶技术含量高

由广州市建委组织召开的“白云牌硅酮结构胶应用推广会”上获悉,白云粘胶厂所生产的硅酮结构胶以其高技术含量跃进世界三强之列,质量上已超过世界数一数二的美国道康宁(DC)、通用电气(GC)公司的产品,而价格比同类的进口产品低30％。

三江源地区夏季-10℃层高度变化及云垂直结构特征

利用三江源地区沱沱河、玉树、达日3个探空站的探空资料对1999—2021年-10℃层高度时间变化趋势、突变时间进行了研究,同时对该地区2021年云出现频率和云垂直分布特征进行了研究,并探讨了-10℃层高度、云层垂直结构与降水的关系。结果表明:(1)近20 a来三江源地区夏季08时和20时的-10℃层高度平均值分别为7 014.1、7 201.6 m,并呈显著上升趋势。突变检验分析确定三江源地区夏季08时-10℃层高度出现突变是从2009年开始,20时出现突变是从2012年开始。(2)08时三江源地区夏季云层结构较为复杂,20时三江源地区夏季主要以单层云为主,6—8月平均出现频率分别为35%、42%、39%。从三江源地区夏季云顶高度、云底高度和云层厚度来看,7月云顶高度最低、云底高度最高、云层厚度最小。(3)三江源地区夏季-10℃层位于该地区云层中下部。产生降水时-10℃层高度主要集中在7 200~7 800 m,云层厚度在4 000~11 000 m。三江源地区夏季降水量与-10℃层高度、云顶高、云层厚之间存在显著的正相关,与云底高存在显著的负相关。-10℃层高度与云顶高度、云层厚度间存在显著的正相关;与云底高度间相关性不显著。

建筑全景三维机载雷达点云信息采集方法仿真

由于机载雷达的测量误差和环境干扰等原因,采集到的点云数据可能存在噪声和缺失,且建筑物的多层结构,使得采集的点云数据之间存在位置偏差和姿态差异,导致建筑全景点云结构信息采集误差较大。为此,提出建筑全景三维机载雷达点云结构信息采集仿真。采用双向布料模拟法提取建筑顶面点云,结合归一化数字地表模型、穿透性分析、形态学开运算、约束生长等方法提取建筑全景点云,利用统计滤波算法滤除离群点噪声,采用体素中心邻近特征点的点云精简算法降低点云冗余度,并对建筑全景点云粗配准和精配准,实现建筑全景三维点云结构信息采集。实验结果表明,所提方法误差较小、完整率和采集质量较高。

基于CloudSat-CALIPSO数据的大兴安岭地区云宏微观物理量的垂直结构特征分析

大兴安岭是我国重要生态资源保护区,深入分析该区域云物理特性参量分布特征,对了解复杂地形区域气候变化及人工影响天气等具有重要意义。基于CloudSat-CALIPSO(CloudSat-Cloud Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations)卫星观测资料,分析了大兴安岭地区云层的宏、微观物理特征,结果表明:大兴安岭地区年平均云出现频率为59.5%,主要以高层云、卷云和层积云为主,春夏季云发生频率高于秋冬季。云层主要以薄云为主,61.41%的云厚度不超过2 km,云顶高度、云底高度分别呈现双峰型和单峰型分布形式。云垂直结构特征为单层云的出现频率最高,占到总云量的69.19%,随着云层数的增加,云的发生频率逐渐降低。大兴安岭地区云中液态水含量丰富,年平均值达244.41 mg·m^(-3),约为冰水含量年平均值的4倍,有83.2%的云水含量集中在低空5 km以下的区域。水滴粒子有效粒径和数浓度的年平均值分别为15.86μm和34.47个·cm^(-3),均小于冰晶粒子平均值。云中含水量和有效粒径随高度呈现单峰型分布形式,而云滴粒子数浓度则在低空呈现为双峰型分布形式。

3维水翼非定常云空化结构分析和侵蚀风险预估

空化是在流体设备中经常发生的现象,而云空化结构的溃灭会释放出极高的压力,常被认为是造成材料空蚀破坏的主要原因,因此研究云空化的演化、溃灭和对壁面的冲击作用具有重要意义.采用隐式大涡模拟方法和基于局部流场修正的空化模型,对不同空化数下的NACA00153维水翼进行了数值模拟,考察了空化流动结构的演化过程,并采用基于能量输运的侵蚀风险预估模型对空蚀风险区域进行了预估.主要结论如下:(1)基于局部流场修正的空化模型可更好地预测空化体积;隐式大涡模拟方法较好地捕捉到了多种形式的非定常空化流动结构.(2)空化数σ对云空化发生的程度、演化特征和溃灭位置的影响不同:当σ=1.19时,空化结构较为稳定,翼型表面附着型腔体最大长度约在0.4倍的翼型弦长处,而脱落腔体溃灭的位置约在0.6倍处;当σ=1.07时,翼型表面附着型腔体最大长度约在0.5倍处,而脱落腔体溃灭的位置约在0.7倍处;当σ=0.95时,空化结构演化剧烈,会出现多尺度腔体共同脱落现象,翼型表面附着腔体最大长度约在0.7倍处,而脱落腔体溃灭的位置在翼型尾缘附近.(3)基于能量输运的预估模型可用于预测因空化腔体发生溃灭引起的翼型表面发生侵蚀破坏的风险区域.

毫米波云雷达及探空反演的云垂直结构对比分析

利用2021年9月9日—2022年1月31日泾河国家基本气象站毫米波云雷达(简称云雷达)的反射率因子及L波段探空雷达的温度、相对湿度数据,根据时空匹配方法,对比分析了二者探测和识别云的垂直结构特征(包括云底高度、云顶高度、云层数)的一致性。结果表明:云雷达和探空数据对低、中、高的单层云、双层云及临近降水云的垂直结构的识别结果基本一致;二者对于单层云的云底高度以及双、多层云的云顶高度识别一致性更好,探空识别的云底高度整体略高于云雷达的。引起二者识别云层数不一致的原因:一是因为低层相对湿度较大以及探空识别云算法的敏感性;二是当云体的结构松散时,加上探空漂移作用导致二者识别的云体不一致。在二者识别云层一致的情况下,识别单层云的垂直结构的差异是由于探空仪在低温条件的低敏感以及云雷达对高层薄云的探测能力引起;对于双层和多层云,主要是由于时空匹配方法对于短时间内垂直结构显著变化的云的识别还需要进一步改进。

基于机器学习的云原生结构数据攻击检测系统设计

云原生结构数据攻击漏洞数量的增加,会影响整体网络数据的安全性。为解决当前数据攻击检测方法的耗时长、精度低的问题,设计新的云原生结构数据攻击检测系统。系统硬件由数据处理模块、数据分析模块、数据检测模块组成,选用RS-XJZ-100-W的无线数据处理器作为核心模块。软件部分利用机器学习算法设置完整拓扑条件与非完整拓扑条件两种机制,构建数据攻击分析模型。设定完整空间内部攻击向量,并按照向量的机器学习设定规则调整攻击数据匹配参数,实现基于机器学习的云原生结构数据攻击检测系统的设计。实验结果表明,所设计系统能够有效缩短数据检测的训练时间,且数据攻击检测的精度较高,丢包率更低。

95GHz云雷达对一次冷锋云系结构的观测分析

利用安徽寿县W-Band云雷达(95GHz,波长3.16mm)、地面微波辐射计、探空和地面观测等资料,对2008年11月5-7日一次冷锋云系的云结构进行了分析。结果表明,云雷达的多普勒速度可以初步确定粒子相态和大小以及是否存在雪晶或雨滴;在0℃层附近有回波暗带产生,这主要是由于波长为3mm的雷达对雪晶的衰减较强以及粒子的非Rayleigh散射引起的;云雷达观测可以清楚地识别混合云中的融化层。冷锋云系发展、演变过程及结构非常不均匀:锋面前部,在5～7km之间有一水凝物含量大值区,不断有长大的冰雪晶下落,使云底逐渐下伸,触地后产生间歇性阵性降水;降水过后,5km左右有一相对干层,上部为高层云,下部为散乱的多层云结构;冷锋临近,云层冷区没有水凝物含量大值区,回波强度较弱,暖区2km以下是干冷的东北气流,限制了雨滴通过暖雨过程增长,导致锋面降水强度较小,持续时间短。锋面后部4～7km高度,由于冰雪晶沉降,相对湿度较小,云层分裂成两层云;冷锋过后,出现了较强的降水,这主要是由暖雨过程产生的。

一次低涡气旋云系宏微观结构和降水预报的检验

利用GRAPES_CAMS模式对2014年5月9—12日一次大范围低涡气旋降水过程的云宏微观结构和降水进行预报,结合观测资料,从天气结构、降水、云宏微观结构等方面对模式预报结果进行检验分析,对低涡气旋降水的增雨可播区进行模式识别。结果表明:无论48 h还是24 h模式均可预报出雨带的位置和移动趋势,且24 h预报雨量的量值、落区和降水时段与实测更接近;模式预报的大范围云系分布和演变与卫星反演结果较吻合;模式预报出了与实测接近的云层冷暖结构、降水性质、云带位置等特征,但云顶高度预报比实测偏高;模式预报的过冷水含量、降水粒子浓度与飞机观测结果接近。低涡降水云系基本为冷暖混合云结构,雨区主要分布于低涡北部、东部及东南部;低涡中心云顶温度为-25^-15℃,而其东侧和北侧云顶温度在-40℃以下,云系含水量大值区主要位于低涡东部和东南部,冷云催化增雨可播区主要位于700 h Pa低涡东侧和东南侧的西南气流中。

南海夏季风爆发前后华南地区云的垂直结构特征

以南海夏季风爆发月份的统计结果为时间划分依据,基于CloudSat卫星资料对南海夏季风爆发前后华南地区云的平均垂直结构特征及爆发早晚对云垂直结构的影响进行分析。结果表明,华南地区云的垂直结构特征在南海夏季风爆发前后变化显著,主要体现在云出现的频率、云高及云中的粒子尺度。南海夏季风爆发后华南地区上空云出现的频率有所增大,爆发后云的高度抬升了约3km,云中粒子尺度明显增大,液相大粒子比重明显增大,云的雷达反射率因子跨度由爆发前的-30至-10dBZe增大到爆发后的-30至16dBZe。南海夏季风爆发的早晚主要影响爆发月份华南地区低层云中粒子的尺度,早爆发使低层云中粒子增长的程度比晚爆发大,早爆发月份低层云的雷达反射率因子从-30至-10 dBZe显著增大到-30至10dBZe,云高受到的影响则不明显。

基于CloudSat-CALIPSO数据的黄土高原地区云特征分析

云是地气系统的重要组成部分,为深入分析黄土高原地区云特征,利用2007-2016年搭载首部云探测雷达云卫星(CloudSat)与云-气溶胶激光雷达和红外探测者观测卫星(The Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation, CALIPSO)资料,选取黄土高原半湿润、半干旱、干旱和寒旱四个区域,对云的宏、微观物理特征进行了分析。结果表明:(1)黄土高原各区域云出现频率年均值达到了55%以上,其中,春、夏季云出现频率最高,秋冬两季相对较低;半湿润区云出现频率高于其他区域,但其他三个区域云出现频率最高的月份均早于半湿润区。(2)各区域中单层云出现频率最高,占到总云量的60%以上,多层云中主要是双层云,约占总云量的25%。云层高度在不同区域表现为春、夏季节大于秋、冬季节,半湿润区的云层高度在四季均大于其他区域。各区域云几何厚度季节变化不显著,均在1~4 km之间,主要以薄云为主,且78.13%的云几何厚度不超过2 km。(3)各区域的云液态水含量年均值均达到了220.5 mg·m^(-3),约为冰水含量年均值的6.5倍,主要分布在8.5 km以下的高度层。随着高度的减小,液态水含量逐渐增多,其中半湿润区云液态水含量大于其他区域。各区域全年冰水含量占比较小,主要分布在16.5 km以下的高度层。(4)液滴有效半径在各区域的值主要集中在12~16μm,在半干旱区的春季出现了最大值,约为24μm;冰粒子有效半径最大值出现在半湿润区的夏季。液滴数浓度在各区域的值集中在60~80 cm^(-3),均小于冰粒子数浓度平均值,其峰值出现在各区域的夏季,冰粒子数浓度的峰值出现在半湿润和半干旱区的春季。该研究结果有助于深入认识黄土高原云的特征,为区域气候模式对黄土高原地区云特征的模拟提供一定的参考依据。