面向大气热力潮汐结构分析的Hough函数计算

作为一种刻画行星尺度大气波动基本结构的函数,Hough函数为开展有关大气潮汐全球结构的分析提供了具有物理基础的手段,它们也被作为一种数值工具应用于大气模式中以提高数值积分的效率.本文介绍了我们以拉普拉斯潮汐方程为基础,在发展求取Hough函数方面取得的进展,包括对有关计算方案和详细步骤的说明.针对39种分别具有三种主要频率,即周日、半日和1/3日,与此同时纬向波数落在[-6,6]区间的潮汐成份,通过计算得到了与每一种成份对应的本征值、本征函数(Hough函数)集合.作为计算结果的示例,本文给出了针对迁移性周日潮和迁移性半日潮开展计算取得结果.这些结果说明这些函数具有正确的空间结构,与此同时还说明相关的本征值计算结果都达到了相当准确的水平.所有这些结果显示当前计算结果已经可以满足普通的应用.

平流层球面大气地转适应过程和惯性重力波的激发

观测表明，在1979年2月平流层爆发性增温期间由于准定常行星波的上传，平流层存在着强烈非地转运动，从而导致很强的散度场和很强的大振幅重力波活动。作者用Hough函数构造一个线性正压全球谱模式，以1979年2月22日平流层爆发性增温期间10hPa上的实际地转偏差作为初始扰动来模拟平流层在爆发性增温时非地转扰动的地转适应过程，并从散度场的变化来讨论平流层爆发性增温时重力波的激发和传播。模拟结果表明：由于在平流层爆发增温时，伴随着大范围的非地转运动的产生，气压场将很快与流场相互调整（此过程以气压场向流场调整为主），经过2～4h气压场与流场达到地转关系，并且在适应过程中散度场产生剧烈变化，这说明在适应过程中所激发的惯性重力波的活动是很剧烈的。

El Nio事件发生对南北半球大气环流异常的对称及非对称性影响及其机理分析

利用合成分析方法,分析了1971~2003年间7个El Nio事件发生时南、北半球大气环流异常的对称与反对称特性。分析结果表明,El Nio事件发生期间,在热带地区15°S^15°N大气环流异常以对称性为主,但也有一定的反对称分量:高度场异常和纬向风异常的对称性较强,而经向风异常的反对称较强;同时在El Nio事件演变的各阶段,高度场异常和纬向风异常的变化较明显,而经向风的变化较小,高度场和风场异常在低层(700hPa)和高层(200 hPa)呈明显的反位相分布。并且,为探讨El Nio事件对南、北半球大气环流异常的非对称性影响的机理,本研究进一步利用ERA-40逐日资料,应用Hough函数分析了El Nio事件发生期间这些赤道波动的演变特征。结果表明,El Nio事件发生期间,热带地区大气环流异常对称性较强的主要原因是对称性Rossby波异常较强,而Rossby重力混合波异常对经向风场的反对称分量有重要作用;并且,研究结果还表明,在ElNio事件发生期间,热带东太平洋的海温正异常能够激发由对称性Rossby波和Kelvin波组成的Gill型环流异常。此外,分析表明Hough函数在分析热带大气波动的对称性及反对称性上具有明显的优越性。

大气潮汐的经典理论及有关现代模式的发展

按照历史发展,回顾了从无耗无风背景下线性化的大气潮汐方程组出发得到一个二维定态变量可分离的基本偏微分方程及其全球Hough函数波模解的经典理论;介绍了主要由Forbes和Hagan发展起来的在真实有耗有风背景下线性化的本质上仍是二维定态,但纬度和高度变量不可分离的现代数值模式GSWM;概述了近年来针对中高层大气的GCM(例如TIME-GCM,MUAM,CMAM和WACCM)来研究潮汐非线性及非迁移潮汐等的发展趋势.在融合理解的基础上对各模式的特点和模式间的差异进行了适当分析,从中可以看出,半个世纪以来人们在从第一原理出发试图揭示全球大气潮汐的真实结构特征和长短期变化机制等方面进行了持续的努力,这种努力又是与从利用地基雷达到卫星搭载仪器观测大气(特别是MLT区域的风场和温度场)的发展密不可分的.

二维条码的识别方法

以QR矩阵码为例,介绍一种实用的二维条码识别算法。首先探讨了二维条码的定位与分割算法,利用Hough变换与Sobel边缘检测把条码图像从原始采集的图像中有效地分割出来;然后分析了条码图像经过光学系统的噪声模型,提出了一种计算点扩展函数标准方差的算法;采用Flourier变换自适应地选取阈值去除噪声导致的无效边界,从而得到条码的基本模块。实验结果表明,该算法具有很好的抗噪性,提高了二维条码的识别率。