工业仪表用压力传感器阵列信号快速增强研究

常规的压力传感器阵列信号增强方法以噪声信号处理为主,无法满足工业仪表的测量需求。因此,研究了工业仪表用压力传感器阵列信号快速增强这一课题。首先,构建压力传感器阵列信号快速增强模型,定向捕捉工业仪表用压力传感器噪声干扰源,并确定压力信号的幅度、频率、相位等信息,对其进行针对性增强;然后,抑制传感器信号通道的交叉耦合噪声,考虑压力信号与噪声信号的功率谱关系,能更准确地还原原始压力信号,从而优化信号增强质量。通过对比实验,验证了该方法的信号增强比更高,能满足阵列信号快速增强需求,应用价值较高。

基于四套不同数据集的西北太平洋热带气旋快速增强现象统计对比分析

利用中国气象局(China Meteorological Administration, CMA)上海台风研究所、美国联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center, JTWC)、日本气象厅(Japan Meteorological Agency, JMA)和中国香港天文台(Hong Kong Observatory, HKO)发布的四套热带气旋(Tropical cyclone, TC)最佳路径集资料,对比分析了1985—2014年间发生于西北太平洋上TC快速增强(Rapid intensification, RI)现象。根据TC记录24 h强度变化的上95%累积概率分位确定四套资料RI阈值分别为26 kn(CMA)、30 kn(JTWC)、25 kn(JMA)和25 kn(HKO)。四套RI样本时空分布特征差异不大,TC多发于菲律宾以东的西太平洋暖池区,以9、10月份最多。对比发现,JTWC资料中1~3级TC发生RI的频数和比例均远高于其他资料,经历RI后多增强为4~5级TC,从而导致强台风频数高于其他资料。考虑到四套资料在确定台风强度(定强)时使用的风速标准不同,利用CI指数与近地面最大风速转换表将其统一为1 min风速平均标准后发现,在RI频数以及4~5级TC频数方面,转换后的JMA资料与JTWC资料较为一致,CMA资料和HKO资料相近,但较前述两家明显偏少。这表明RI数量的差异不仅是因为采用的风速平均标准不同,也是因为对强台风的定强方面存在差异,但该差异在2005年后明显缩小。

西北太平洋热带气旋快速增强前后降水特征的差异

【目的】探讨西北太平洋1998―2019年快速增强(RI)热带气旋(TC)的基本特征,以及RI发生前后TC内核区与雨带区的降水及其总降水的变化特征。【方法】利用IBTrACS最佳路径数据集、TRMM卫星降水格点数据和ERA-5再分析资料,对22 a发生在西北太平洋共132个RITC进行统计,分析RITC的时空特征和降水变化趋势,并利用总柱水汽含量的变化趋势分析其降水的变化特征。【结果与结论】(1)RITC主要发生在8-11月份菲律宾以东海域,大部分TC的RI过程发生在热带风暴形成后的72 h内,其持续时间通常为24~48 h。(2)在RI发生前后,TC内核区降水变化趋势相反,该区域降水类型不同:RI发生前,TC内核区降水随时间递减,且以对流降水为主;RI发生后,该区域降水随时间递增,且层状降水为主。(3)在RI发生前后,TC雨带区和总降水的变化趋势及降水类型基本一致:RI发生前,TC雨带区降水和总降水的层状和对流降水变化趋势都不明显;RI发生后,TC雨带区降水变化呈略微下降,TC总降水无明显变化。

台风快速增强爆发前后的背景环流和热力动力条件的演变

使用1949—2020年中国气象局上海台风研究所热带气旋最佳路径资料和1991—2020年欧洲中期天气预报中心ERAInterim再分析资料,利用200和850 hPa风场分量(u、v)联合经验正交函数(EOF)分解,归纳了台风快速增强(简称RI)爆发前后的环流特征以及环境动力和热力条件的演变。结果表明,台风快速增强爆发时的EOF分解主分量低层为季风汇合型,有利于台风低层水汽输送,高层环流有明显的出流通道,可作为台风快速增强预报的典型环流形势;海表温度、水汽和对流不稳定等热力条件,以及环境风垂直切变和表征台风高层出流的高空辐散等动力条件一般能达到台风增强所需要素的适值范围。台风从一般增强到快速增强转变过程中,有利于台风增强的各环境因子并没有显著变化或突变,且有极端个例的环境因子向不利于台风增强趋势变化。该研究为今后台风快速增强预报和进一步研究提供了参考。

台风“米克拉”在台湾海峡南部快速增强的原因分析

利用欧洲中期天气预报中心ERA-Interim再分析资料、中国气象局台风最佳路径资料、NOAA逐日最优海表温度(OISST)、Himawari-8卫星观测资料以及中国地面自动气象站观测资料等,分析了台风“米克拉”近海强度预报的难点,并研究了导致“米克拉”在台湾海峡南部快速增强的环境因子,探讨了“米克拉”在较强环境风垂直切变下快速增强过程中对流非对称分布特征。结果表明:(1)台风“米克拉”在较强200—850 hPa环境风垂直切变下在台湾海峡南部海域发生了快速增强,并以峰值强度在福建登陆,非常少见,造成预警时间短,强度预报难度大;(2)有利的海洋热状况和大气环流环境条件,如中国南海北部海温异常偏高,南亚高压南侧东风急流与“米克拉”相互作用引起的强烈高层出流以及强劲稳定西南季风气流带来的充沛水汽输送,均对台风“米克拉”在台湾海峡南部海域快速增强起重要作用;(3)台风“米克拉”快速增强过程中,传统业务主要关注的200和850 hPa之间的环境风垂直切变较强,但从环境风的垂直结构分析发现切变主要集中在对流层中、高层,而中、低层切变较小,且中、高层环境风垂直切变对台风增强的抑制作用相对中、低层切变要弱;(4)深对流在台风“米克拉”快速增强过程中表现出明显的非对称分布特征,主要集中在环境风垂直切变的顺切变一侧以及切变的左侧,并且伴随深对流由顺切变一侧向逆切变一侧气旋式爆发传播,期间台风“米克拉”高、低层涡旋中心的垂直倾斜度明显降低,有利于“米克拉”快速增强。关于不同层次环境风垂直切变对台风强度变化的影响机制以及较强环境风垂直切变下台风增强过程中对流非对称的爆发特征,今后将结合更多个例进行深入研究。

西北太平洋热带气旋快速增强阶段的风速分布特征

利用联合台风预警中心的最优路径(best-track)资料,筛选出西北太平洋地区快速增强和非快速增强两类热带气旋样本。利用美国国家海洋与大气管理局(NOAA)的多平台热带气旋表面风分析资料,对比分析了两类样本的风速和涡度的分布特征。结果显示,快速增强的热带气旋样本通常结构更紧凑,最大风速较大,最大风速半径较小,台风内区的风速较大。在涡度上表现为快速增强热带气旋样本内区的涡度和涡度梯度较大。对两类样本进行t检验,结果显示两类样本内区的切向风差异明显,说明热带气旋的内区风速分布与其发展之间存在密切联系。其物理机制可能是:当存在较大的内区涡度梯度时,涡度隔离机制有利于对流单体向涡旋中心汇聚,此外较大的涡度意味着较大的惯性稳定度,有利于非绝热加热向热带气旋动能的转换,二者共同作用有利于热带气旋的快速发展。

东风和西风切变环境下西北太平洋热带气旋快速增强特征的对比

利用1980—2009年美国联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)整编的热带气旋(tropical cyclone,TC)最佳路径资料,定义西北太平洋TC24h强度变化达到总体样本96%累积概率的变化值,即35kn作为TC快速增强的阈值。根据NCEP/NCAR资料将200～850hPa之间TC所处的环境纬向风切变(wind shear,WS)划分为东风切变(east wind shear,EWS)和西风切变(west wind shear,WWS)。对比了EWS和WWS环境下快速增强热带气旋(rapid intensification tropical cyclones,RITC)的统计和大尺度环境合成场特征,结果表明,近70%的TC快速增强发生在东风切变环境下。TC快速增强概率最高的月份在9月,初始强度区间为[65,75)kn。大的EWS下,850hPa有来自南海地区的西南气流为RITC输送充沛水汽,500hPa、200hPa高压势力强但脊线位置偏北,RITC流出层温度低于-79℃,垂直结构上底层的辐合与高层的辐散也相对较强。大WWS下,850hPa的水汽主要为来自西北太平洋的东南气流,500hPa副热带高压断裂为几个分散的中心,200hPa辐散相对较弱,RITC合成位置位于副热带高压西北侧的西风气流,流出层温度约-76℃。

西北太平洋热带气旋快速增强与环境垂直风切变统计分析

利用1990-2009年美国联合台风警报中心整编的热带气旋（TC）最佳路径资料和NCEP/NCAR再分析等压面流场资料,在分析西北太平洋TC每24h强度变化统计特征的基础上,确定了西北太平洋TC快速增强的阈值,对比不同阈值条件下,TC快速增强初始时刻的强度,TC快速增强发生的季节变化和空间分布特征,进一步研究环境垂直风切变与TC快速增强的关系。结果表明：在西北太平洋海区,当TC强度24h变化达到样本累积百分率的88%、90%、93%和96%的概率时,对应的强度变化值分别为25KT、30KT、35KT和40KT,定义它们为TC快速增强的阈值。该阈值越大,快速增强初始时刻的强度也越强。60%左右的TC快速增强发生在8-10月,TC快速增强的空间分布集中于125°-150°E、10°-25°N的矩形区域内。对流层不同层次的垂直风切变与TC快速增强的关系有差异,TC快速增强阈值为40KT时对应的对流层中上层（200~500hPa）、对流层中下层（500~850hPa）和对流层（200~850hPa）的垂直风切变值的概率分布显示：当垂直风切变≥12m/s时,分别只有9.7%、1.5%、11.1%的TC可以快速增强;且其与TC快速增强时强度变化的相关系数分别为-0.15、0、-0.04,以200~500hPa的最为显著,表明对流层中上层垂直风切变对TC强度增强的抑制作用最明显。在TC快速增强阈值为40KT的初始时刻,将200~850hPa垂直风切变划分为东风切变和西风切变的统计表明,57%的TC在东风切变的环境下可以快速增强。

卫星在热带气旋快速增强观测中的应用进展

热带气旋(TC)快速增强(RI)对我国影响大且预报难度较大,在常规观测资料稀少的海洋上,卫星探测技术的发展,提供了更多的RI TC内部结构变化的有效信息,能够帮助人们进一步认识TC强度的变化规律。文中总结了静止轨道及极地轨道卫星上搭载的可见/红外扫描仪、微波成像仪、降水测量雷达、风场测量仪器、闪电成像仪和云雷达资料在TC RI中的应用以及存在的问题,指出发展小卫星星座及静止轨道微波探测,加强RI TC内部的降水、云微物理和风场等重要信息的时间演变分析,并结合数值模拟进一步研究TC RI的物理机制将是未来的发展方向。

2011年02号台风“桑达”快速增强过程分析

以2011年2号超级台风"桑达"为例,根据中国气象局(CMA)和美国联合台风警报中心(JTWC)的热带气旋(TC)资料,定义其近中心24 h风速变化达到17.5 m/s为TC快速增强的阈值。进一步合成分析了"桑达"快速增强前后96 h的环境要素场变化特征。结果表明:"桑达"底层水汽通量的突然增强为其经历快速增强过程及以后缓慢增强过程提供了有利条件;其北侧的高空槽和东北侧副热带高压的增强终止了其快速增强过程;环境风速和风向切变是影响"桑达"经历快速增强过程的重要因子。大强度的北西风切变使得"桑达"强度减弱;风向切变由东南方向转为西北方向时,以北西气流为载体的冷空气破坏了其环流结构,使其快速增强过程终止。

台风“利奇马”快速增强的低频环境场研究

利用再分析资料及时间滤波方法,重点分析了低频环境场变化以及相关大尺度环境因子对台风强度突变的影响。结果表明:在“利奇马”强度突变前后,西北太平洋低频季风系统发展起了至关重要的作用,季风环流显著增强,西南季风东进,同时季风槽建立加强。这一现象为快速增强过程提供了水汽输送通道和理想的动力条件。西南季风增强使得台风南侧的水汽通道建立,同时季风槽发展有利于低层涡度的迅速积累,这些有利因子最终导致“利奇马”快速增强过程的发生。此外,弱的环境垂直风切变以及海表面温度的上升等因子同样对“利奇马”强度突变有重要影响。

环境场对西北太平洋热带气旋快速增强过程的影响

利用美国联合台风预警中心整编的西北太平洋1970—2012年热带气旋(TC)最佳路径数据集及ERA-Interim再分析资料,利用极端天气法确定TC快速增强(RI)的阈值为30 kn,分析了快速增强(RI)TC的时空分布特征;从RI的样本中选取9个个例,采用动态合成分析法,对TCRI过程的环境场进行比分析。研究表明:(1)菲律宾群岛以东(10~15°N,130°E)海域为RI发生频数最多的区域,南海地区发生RI的情况明显偏少。(2)RI在1972年发生的概率最大,而在2005年发生的概率最小,1997年后,RI发生的概率波动性较大。(3)西风与西南风水汽输送结合150h Pa附近的反气旋强辐散作用,有利于TCRI过程的进行。(4)RI发生前24 h至RI发生后的6 h,TC中心附近区域平均东风切变较快增大,其值由0.5 m·s^(-1)增加到2.5 m·s^(-1)左右,之后保持在2.0~3.0 m·s^(-1),使TC处于一个有利于其RI过程的纬向风切变环境。

基于三种不同阈值条件下快速增强热带气旋的统计分析

利用美国联合台风警报中心(JTWC)整编的热带气旋(TC)最佳路径资料,采用不同的方法,分别定义TC近中心风速24 h变化达到25 kt、30 kt、35 kt为TC快速增强的阈值。统计结果表明:热带风暴和台风是快速增强热带气旋的主要组成部分。TC快速增强概率最高的月份是9月,分别达到了21.7%,22.3,21.9%;TC快速增强概率最高的初始强度是[65 kt,75kt)。在菲律宾以东(12.5"N,130"E)为中心的区域是TC经历快速增强过程的高频率中心。我国的台湾岛和东南沿海附近也是TC经历快速增强区域。

热带气旋快速增强区域气候漂移及成因初步分析

利用中国气象局上海台风研究所(CMA-STI)1949—2015年热带气旋(TC)最佳路径数据集和NCEP/NCAR再分析资料,对西北太平洋(含南海海域)1949—2015年TC快速增强(RI)集中区位置变化和影响因素等进行统计分析。结果表明:(1) RI的发生频数及伴有RI发生的TC频数均呈减少趋势,RI持续时间占TC生命史的比例及伴有RI发生的TC占TC总频数的比例呈震荡减小趋势。(2) RI集中区北界南移、南界北移,总体收缩南移,东界西移、西界东移,总体收缩西移。(3)西北太平洋环境风垂直切变(VWS)的弱切变区向西向南的气候漂移和海表面温度正距平区域的向南扩展是导致发生RI的TC最北纬度显著向南漂移的可能原因,发生RI的TC最南纬度向北的漂移则可能与高海表面温度(SST)向北扩展密切相关。(4) RI集中区的200 hPa高空辐散变强、850 hPa水汽输送加强等有利环境场条件的叠加,也对RI集中区的气候漂移有重要影响。

台风Rammasun(2014)与飓风Wilma(2005)快速增强过程的内核结构变化比较

热带气旋的快速增强机制目前仍然不太清楚,不少研究开始关注快速增强过程中热带气旋内核结构的变化。通过比较模拟的西北太平洋超强台风Rammasun(2014)和大西洋5级飓风Wilma(2005)快速增强过程中内核结构的变化特点,理解内核结构在快速增强过程中的变化特点。飓风Wilma是一个典型的快速增强热带气旋,快速增强期间具有弱的环境垂直切变、对称的眼墙、较小的中心倾斜以及比较直立的眼墙。但是,台风Rammasun快速增强发生在较强切变(超过10 m/s)环境下,眼墙对流呈高度不对称,强对流基本固定在台风中心的南侧。整个快速增强期间,Rammasun在垂直方向上维持较大的中心倾斜以及较大的眼墙倾斜。结果表明,快速增强也可能在不完全对称的内核结构和倾斜垂直结构的情况下发生。

基于自适应传播机制的红外图像快速增强算法

针对传统的红外图像对比度增强方法存在的运算速度慢、增强效果不佳的问题,提出了一种基于自适应传播机制的红外图像对比度快速增强算法。首先使用自适应传播机制求出红外图像的各种局部空间信息,然后对各种信息进行非线性拉伸调整,得到增强后的图像。最后,比较和分析了几种增强算法实验结果,证明了本方法快速高效的优异性质。

南印度洋热带气旋快速增强事件气候特征及其年际变率

利用美国联合台风预警中心的热带气旋最佳路径数据集美国国家海洋和大气管理局的扩展重构海表温度数据､､全球海洋数据同化系统的温度盐度数据及美国国家环境预报中心､/国家大气研究中心的再分析资料,分析了1981—2019年南印度洋热带气旋快速增强事件的气候特征和年际变率。结果表明,南印度洋热带气旋快速增强事件产生频率呈现单峰分布,主要产生在每年的12月至次年4月。南印度洋热带气旋增强事件的产生位置呈带状分布,其中3个高值中心分别位于马达加斯加岛东北海域、南印度洋中部海域和澳大利亚西北海域,这主要是由于热带气旋热潜和垂直风切变两个大尺度环境变量决定的。年际变率方面,厄尔尼诺-南方涛动对南印度洋热带气旋增强事件产生频率的调制作用是不对称的,厄尔尼诺年与拉尼娜年南印度洋热带气旋快速增强事件均减少,但使其减少的物理机制不同。厄尔尼诺年,热带气旋快速增强事件减少主要是较高的垂直风切变造成的;拉尼娜年,热带气旋快速增强事件减少主要是由于热带气旋热潜的降低,而海表温度、垂直风切变和相对湿度也存在一定贡献。

台风“利奇马”(1909)快速增强事件的降水演变

利用台风路径资料及GPM多星集合降水反演产品(IMERG),分析了“利奇马”台风快速增强(RI)事件的平均降水率、降水(>0 mm·h^-1)和短时强降水(>20 mm·h^-1)的覆盖率随时间的演变。进一步,将RI事件分为RI启动前0~24 h、RI启动期、RI持续期、RI结束前0~24 h,和RI结束后0~24 h等阶段,分析平均降水率、降水和短时强降水发生频率的空间分布。研究结果表明:(1)在整个RI事件中,平均降水率和短时强降水发生频率较高的区域主要集中在台风中心西北方位,但其面积和位置随阶段转换而变化;(2)在RI启动前0~24 h,降水覆盖率的高值区由台风内核逐渐扩大至台风外围,而平均降水率和短时强降水覆盖率在RI启动后才明显增强;(3)在RI启动前0~12 h到RI结束前0~24 h的4个阶段,平均降水率和短时强降水发生频率的高值区都出现在台风移动方向的正前方。

基于集成掩膜的快速增强算法

为了提高在非均匀照明条件下获取的数字图像的清晰度，提出了一种新的基于积分掩膜滤波的快速增强方法。新算法折中采用了两种不同的掩膜模板：分别是处理高频信息的掩膜和处理低频信息的掩膜。然后将两类掩膜分别与图像的目标像素及其八邻域做卷积计算。把得到的结果与原图像进行叠加处理得到增强后的结果。实验证明，比起传统的增强算法，新算法计算速度更快，增强后的图像视觉效果更好。

超快速动态对比增强磁共振成像在乳腺病变诊断中的研究进展

超快速动态对比增强磁共振成像(UF-DCE MRI)技术相较于传统动态对比增强磁共振成像(DCE-MRI),在保持合理空间分辨率的前提下,拥有更高的时间分辨率,并可在对比剂注射后的超早期时段捕获病灶内部的血流动力学信息。鉴于这些优势,UF-DCE MRI技术在近些年被广泛应用于临床,并且在乳腺病变的良恶性区分、预后预测以及乳腺癌亚型鉴别等方面具有突出表现。UF-DCE MRI所提供的动力学参数,如增强时间(time to enhancement,TTE)、最大斜率(maximum slope,MS)以及推注到达时间(bolus arrival time,BAT)等不仅能定量反映乳腺病变的病理特征,而且具有较高的可重复性。此外,相比传统DCE-MRI,UF-DCE MRI能在乳腺背景实质强化(background parenchymal enhancement,BPE)影响较大的情况下,更有效地识别富血供病灶。因此,本文全面、系统地阐述了UF-DCE MRI在乳腺病变诊断中的应用和研究进展,以及该技术的局限性和未来发展趋势。