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基于无人机的江苏沿海辐射雾边界层气象要素和污染物浓度特征研究 被引量:1
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作者 邬昊鹏 牛生杰 +8 位作者 刘端阳 吕晶晶 祖繁 周悦 王元 葛攀延 邵乃夫 汪玲玲 鲁海宁 《大气科学》 北大核心 2025年第2期522-536,共15页
为深入研究辐射雾边界层气象要素和污染物浓度的垂直分布特征,2020年冬季在江苏省东海县利用无人机(UAVs)开展了边界层和污染物综合观测实验。研究发现:雾天逆温层厚度要比晴天厚几十米至数百米不等,强度要大0.5~1℃(100 m)^(-1)。雾天... 为深入研究辐射雾边界层气象要素和污染物浓度的垂直分布特征,2020年冬季在江苏省东海县利用无人机(UAVs)开展了边界层和污染物综合观测实验。研究发现:雾天逆温层厚度要比晴天厚几十米至数百米不等,强度要大0.5~1℃(100 m)^(-1)。雾天低空有风切变,风向在垂直方向上变化较小,而晴天低层风速变化较小,风向在低空随高度呈顺时针旋转。相较于双层逆温结构,有着深厚单层逆温结构的辐射雾的强度更强。在同一次辐射雾过程中,雾的强度不会随着风向的变化而变化,较低的风速更有利于强浓雾的形成。从污染物浓度垂直分布来看,逆温层内相同高度处的TVOC(总挥发有机化合物)在晴天要比雾天高,在辐射雾形成前和生成阶段,SO_(2)浓度随高度递减速率远高于晴天同期。晴天和雾天O_(3)和NO_(2)的垂直变化呈现明显的负相关,O_(3)在雾天近地面的梯度变化明显要大于晴天。PM_(1.0)、PM_(2.5)和PM_(10)在雾天要比晴天高出一倍以上,CO在辐射雾过程中相对稳定,垂直变化较小。TVOC、NO_(2)、PM_(1.0)、PM_(2.5)和PM_(10)会受到辐射雾过程中强逆温的影响而在逆温层内累积。它们的累计变化率在雾后与雾前相比均有了明显下降,颗粒物污染物的累积变化率比气体下降更显著,且大粒径颗粒物累积变化率的下降幅度要超过小粒径颗粒物。夜间地面排放的NO等还原物质较难向上输送,对高层的O_(3)消耗量远小于低层,使得夜间高层O_(3)远大于低层,导致PM_(2.5)和O_(3)的垂直分布差异较大,白天太阳辐射增强,不稳定边界层的发展伴随着高空O_(3)向下的混合导致O_(3)增加以及PM_(2.5)排放增多使得二者的垂直变化较为一致。 展开更多
关键词 辐射雾 边界层 气象要素 大气污染物 无人机 高分辨率垂直观测
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通用航空气象灾害监测与预报预警技术新进展 被引量:1
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作者 吴昊 徐琪 +5 位作者 曹阳 慕熙昱 王体健 严殊祺 杨华栋 花家嘉 《大气科学学报》 北大核心 2025年第2期340-351,共12页
随着“一带一路”背景下通用航空发展战略的实施与国家低空空域管理的改革,我国通用航空行业进入快速发展期,与之相匹配的专用机场建设需求呈现爆发式增长。低空天气预报和气象灾害监测成为影响通用航空发展的关键因素。本文通过梳理、... 随着“一带一路”背景下通用航空发展战略的实施与国家低空空域管理的改革,我国通用航空行业进入快速发展期,与之相匹配的专用机场建设需求呈现爆发式增长。低空天气预报和气象灾害监测成为影响通用航空发展的关键因素。本文通过梳理、比较已有研究成果,总结国内外通用航空气象灾害监测与预报预警技术的发展成果,以期为后续相关研究提供理论参考与经验借鉴。本文通过文献调研法与特征归纳法,对比分析并归纳总结了当前通用航空气象预报服务的研究进展与实践成果。文章具体从通用航空气象预报业务现状、影响通用航空安全的主要气象灾害要素、气象灾害的预报预警技术和通用航空气象服务的发展等4个方面梳理了已有国内外相关研究成果。后续有必要从通用航空相关气象灾害生消机理、监测预报预警技术研发、业务流程及相关政策法规工作等方面开展研究,进一步完善通用航空气象灾害预报预警系统,为全面推进公共运输航空与通用航空的战略部署提供坚实的科学基础和理论依据。 展开更多
关键词 通用航空 气象灾害 预报预警 航空气象服务
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地面气象要素多模式集成预报研究进展 被引量:10
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作者 周海 秦昊 +1 位作者 吉璐莹 肖莹 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2022年第6期815-825,共11页
目前,集合预报已成为天气预报业务的主要支撑。然而,由于数值模式本身的限制与不完善以及集合系统存在初值扰动、集合大小等方面的局限,常存在预报偏差。不同预报模式通常具有不同的物理过程参数化方案、初始条件等,导致其预报能力各有... 目前,集合预报已成为天气预报业务的主要支撑。然而,由于数值模式本身的限制与不完善以及集合系统存在初值扰动、集合大小等方面的局限,常存在预报偏差。不同预报模式通常具有不同的物理过程参数化方案、初始条件等,导致其预报能力各有不同。为此,如何纠正预报偏差以及如何充分有效地利用不同模式的预报信息以获得更加准确的天气预报广受关注。近年来,利用统计理论与预报诊断,基于多个集合预报系统的多模式集成预报技术得到快速发展,已成为有效消除预报偏差从而提高天气预报技巧的一种统计后处理方法。针对气温、降水和风3个最基本的地面气象要素,首先依据预报形式将应用范围较广的简单集合平均、消除偏差集合平均、超级集合、贝叶斯模式平均、集合模式输出统计等加权或等权平均多模式集成技术,分成确定性预报和概率预报两大类,并做系统介绍。最后,讨论使用和发展多模式集成技术需要关注的问题,包括考虑参与集成的模式个数、发展降水及风速分级预报模型和发展基于机器学习的多模式集成新技术。 展开更多
关键词 地面气象要素 多模式集成预报 确定性预报 概率预报
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江苏PM_(2.5)-O_(3)复合污染特征及气象条件分析 被引量:12
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作者 严文莲 刘端阳 +1 位作者 王磊 李聪 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期5198-5206,共9页
基于2013~2020年江苏13个城市的大气污染和气象观测数据,分析了江苏PM_(2.5)-O_(3)复合污染物的分布特征及其与气象条件的关系.结果表明:江苏复合污染物以轻度污染组合为主,南部多于北部,东南部最多,主要在4~10月,下午至傍晚最高,且该时... 基于2013~2020年江苏13个城市的大气污染和气象观测数据,分析了江苏PM_(2.5)-O_(3)复合污染物的分布特征及其与气象条件的关系.结果表明:江苏复合污染物以轻度污染组合为主,南部多于北部,东南部最多,主要在4~10月,下午至傍晚最高,且该时段O_(3)平均浓度高于单一O_(3)污染;复合污染在O_(3)超标中平均占比15.7%,2014年高达65.8%,且在2015年后明显下降;PM_(2.5)和O_(3)二者在暖季O_(3)污染期正相关,PM_(2.5)污染期为弱相关或负相关;复合污染气象条件更为严格,气温、相对湿度、风速和逆温条件均介于单一O_(3)和单一PM_(2.5)污染之间,且多在4m/s以下和ENE—S区间,与单一O_(3)污染相比,气温和风速略低,相对湿度和逆温强度略高;出现复合污染的主要地面形势为均压场和低压(底)前部,其次是入海高压后部和高压底部;通过后向轨迹聚类分析发现淮北地区复合污染主要来自东南沿海至本地路径,中南部城市主要为本地周边地区和东南沿海,而东南部城市主要来源短距离输送和苏皖浙交界一带. 展开更多
关键词 江苏 PM_(2.5)-O_(3)复合污染 气象条件 轨迹聚类分析 分布特征
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深度学习在ENSO预测中的应用研究
5
作者 方巍 付海燕 罗京佳 《大气科学学报》 北大核心 2025年第3期429-437,共9页
厄尔尼诺-南方涛动(El Nino-Southern Oscillation,ENSO)是自然界气候变化中年际变化最显著的异常信号。ENSO会在全球范围内引发天气和气候异常,由此造成的自然灾害给人类生命和财产安全带来了巨大危害。随着人工智能的发展,ENSO预测方... 厄尔尼诺-南方涛动(El Nino-Southern Oscillation,ENSO)是自然界气候变化中年际变化最显著的异常信号。ENSO会在全球范围内引发天气和气候异常,由此造成的自然灾害给人类生命和财产安全带来了巨大危害。随着人工智能的发展,ENSO预测方法已从传统方法拓展到了深度学习技术。因此,对ENSO预测进行了较为全面的论述:概述了ENSO相关知识;回顾了传统的预测方法;介绍了深度学习模型在ENSO预测中的应用,分析了它们的优势、局限性以及改进方向;基于当前方法面临的挑战,对未来ENSO预测的发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 ENSO预测 人工智能 深度学习 气候变化 气象灾害
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基于多模式集成的降水空间结构预报改进研究 被引量:1
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作者 吉璐莹 智协飞 +2 位作者 季焱 朱寿鹏 罗其祥 《大气科学》 北大核心 2025年第1期257-278,共22页
分别从“点对点”雨量检验和降水空间结构特征检验两方面对多个数值模式东亚夏季中短期逐日降水集合预报进行评估,结果表明不同模式对降水的不同方面存在不一样的预报能力。借助基于对象的诊断评估方法(method for object-based diagnos... 分别从“点对点”雨量检验和降水空间结构特征检验两方面对多个数值模式东亚夏季中短期逐日降水集合预报进行评估,结果表明不同模式对降水的不同方面存在不一样的预报能力。借助基于对象的诊断评估方法(method for object-based diagnostic evaluation,简称MODE)提出了基于降水对象的超级集合(Object-based Superensemble,简称OBJSUP)模型,采用观测场和预报场中降水对象空间结构的相似度来分配各个成员模式的权重,有别于利用传统“点对点”误差分析来计算权重的超级集合(Gridpoint-based Superensemble,简称GPSUP)。相比于最优单模式,两种多模式集成预报均有效地提高了中短期降水预报技巧,且OBJSUP模型整体优于GPSUP模型,主要原因在于OBJSUP模型可以较好地改进降水对象的质心位置预报。为进一步检验多模式集成模型对强降水空间结构特征的预报能力,针对2018年夏季广东一次极端强降水事件,多模式集成预报与高分辨率区域模式动力降尺度预报对比表明,多模式集成对强降水的预报不足,但对广东省逐日大雨量级降水和过程累积降水量空间分布预报较好。高分辨率区域模式对此个例中粤东地区发生的强降水具有一定的预报能力,但对广东省其他地区降水量预报偏弱。 展开更多
关键词 基于对象的诊断评估方法 多模式集成 动力降尺度 极端降水
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青藏高原地区考虑融雪的土壤湿度间接Nudging方案对中国气候模拟的影响
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作者 高德华 崔志强 +3 位作者 李课臣 张飞民 杨凯 王澄海 《气候与环境研究》 北大核心 2025年第3期275-294,共20页
青藏高原土壤湿度的模拟受春季融雪过程的影响,具有较大的不确定性,因此会对夏季气候的模拟产生重要的影响。为探讨春季融雪过程引起的土壤湿度偏差对夏季气候的模拟影响,本文在WRF(WeatherResearch andForecastingmodel)模式中的Pleim-... 青藏高原土壤湿度的模拟受春季融雪过程的影响,具有较大的不确定性,因此会对夏季气候的模拟产生重要的影响。为探讨春季融雪过程引起的土壤湿度偏差对夏季气候的模拟影响,本文在WRF(WeatherResearch andForecastingmodel)模式中的Pleim-Xiu间接同化土壤湿度方案中引入了考虑融雪过程的松弛项,开展了跨季节气候模拟,分析了春季融雪过程对青藏高原土壤湿度及地表非绝热加热模拟的影响,探讨了春季融雪引起的土壤湿度异常对夏季中国气候的影响。结果表明,在陆面模式的同化系统中考虑融雪过程使模拟的土壤湿度更接近观测,但存在空间差异;改进的同化方案降低了高原土壤湿度的误差,尤其对高原南部土壤偏湿的模拟偏差改进较为明显。土壤湿度偏差的减小提高了高原地表潜热的模拟效果,但对地表感热的模拟改进较小。同化系统中考虑融雪过程可提高我国北方夏季降水的模拟能力,并降低我国东部气温偏高的模拟误差。 展开更多
关键词 土壤湿度 Nudging方案 气候模拟 数值模拟 融雪
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南京双偏振雷达2020—2022暖季观测极端降雨的对流云宏微观特征
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作者 王赢 罗亚丽 +2 位作者 刘希 吴翀 任福民 《热带气象学报》 北大核心 2025年第3期427-439,共13页
全球变暖背景下极端降水发生频次升高,但不同地区不同程度极端降水的对流云宏微观特征的认识仍然不清晰。利用2020—2022年5—9月南京地区S波段双偏振雷达观测数据,定义“极端降水对流体”(Extreme Precipitation Feature,EPF),根据雨... 全球变暖背景下极端降水发生频次升高,但不同地区不同程度极端降水的对流云宏微观特征的认识仍然不清晰。利用2020—2022年5—9月南京地区S波段双偏振雷达观测数据,定义“极端降水对流体”(Extreme Precipitation Feature,EPF),根据雨强极端程度分为三组EPF(ER1、ER2、ER3),进一步分为强对流、中等强度对流和弱对流EPF,分析其对流云宏微观特征。结果表明,随着极端雨强强度增强,EPF的40 dBZ区域水平尺寸增大,20 dBZ区域尺寸变化较小;强对流EPF占比明显上升(11.4%~25.4%),弱对流EPF占比显著下降(36.6%~23.8%);强对流和中等强度对流EPF的液水和冰水含量均显著增加,混合相和液相微物理过程都更加活跃。三种雨强阈值下,强对流EPF的液相微物理过程均以尺度分选、蒸发为主(43.9%~50.8%),弱对流EPF的液相微物理过程以碰并为主(76.9%~75.3%),雨滴谱分布介于海洋性与大陆性之间、但偏向海洋性对流,数浓度与雨滴粒径频次峰值类属海洋性对流,数浓度平均值高于大陆性对流、雨滴直径平均值大于海洋性对流。随雨强极端程度的升高,液相微物理过程中雨滴碰并的占比仅略有减少、破碎的占比略有上升,雨滴平均粒子大小和数浓度变化不明显。 展开更多
关键词 极端降水 对流强度 南京地区 双偏振雷达 微物理特征
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我国大气环境模式的研究进展和未来展望 被引量:1
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作者 王体健 李蒙蒙 +10 位作者 韩志伟 张华 周春红 谢旻 李树 庄炳亮 吴昊 曲雅微 傅宗玫 马丹阳 李亚松 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期5921-5933,共13页
本文针对我国大气环境模式的发展历史和主要特点开展系统综述,并对大气环境模式的研究进行展望,提出未来可能的发展方向.我国自20世纪60年代开始大气环境模式方面的发展和应用研究,历经输送扩散模式、酸沉降模式、空气质量模式、气候-... 本文针对我国大气环境模式的发展历史和主要特点开展系统综述,并对大气环境模式的研究进行展望,提出未来可能的发展方向.我国自20世纪60年代开始大气环境模式方面的发展和应用研究,历经输送扩散模式、酸沉降模式、空气质量模式、气候-化学耦合模式、地球系统模式等不同阶段,自主发展了具有中国特色的大气环境模式,改进完善了国际先进的大气环境模式,在大气污染防治与管控、重大活动环境保障和气候变化应对等方面发挥了重要作用.未来需要进一步加强大气污染形成机理在模式的应用研究、排放清单反演和动态源排放模式研发、多源观测资料与大气环境模式融合、集合预报技术研发、非结构网格系统研发、基于人工智能的环境大模型研发,全面提升我国大气环境模式的整体性能,积极推进我国大气环境模式的开源化和国际化. 展开更多
关键词 输送扩散模式 酸沉降模式 空气质量模式 气候-化学耦合模式 地球系统模式
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高时空分辨率自动站温度观测资料自主质量控制研究 被引量:1
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作者 商漪懿 张冰 +1 位作者 秦正坤 李昕 《高原气象》 CSCD 北大核心 2024年第4期967-981,共15页
中国地面自动站观测系统的建设日趋完善,目前已建成六万多个自动气象观测站点。严格的质量控制是自动站资料有效应用的前提条件,然而如何分辨高分辨率自动站资料中的局地小尺度天气信息和错误资料导致的局地变化特征一直是自动站质量控... 中国地面自动站观测系统的建设日趋完善,目前已建成六万多个自动气象观测站点。严格的质量控制是自动站资料有效应用的前提条件,然而如何分辨高分辨率自动站资料中的局地小尺度天气信息和错误资料导致的局地变化特征一直是自动站质量控制的难点。本研究在分析地面温度空间尺度特征和误差分布特征的基础上,建立了仅依赖观测资料的EOF(Empirical Orthogonal Function)地面温度观测质量控制方法。研究利用2022年1月和5月的地面自动站温度观测资料,进行了质量控制试验,并对比了质量控制前后自动站观测资料和CRA40(CMA's global atmospheric Re-Analysis)资料中的地面气温差异特征。结果表明:建立的观测资料自主质量控制方法可以有效地识别错误观测资料,很好地避免了背景场误差、陡峭地形和局部天气变化对质量控制的影响,质量控制后的自动站温度与CRA40资料的地面温度差异明显减小,空间相关性也有明显提高,证明质量控制能够有效剔除错误资料并提高自动站资料的空间连续性。 展开更多
关键词 地面观测自动站 地面温度 经验正交函数分解 质量控制
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双层均匀口袋电荷模型下闪电起放电特征的数值模拟研究
11
作者 罗林洁 谭涌波 郑天雪 《大气科学》 CSCD 北大核心 2024年第3期1059-1071,共13页
大量基于观测的研究认为闪电通道的延展尺度与电荷的分布形态息息相关,强对流区频繁始发的小尺度闪电对应雷暴云内的背景电荷很有可能为“口袋电荷”的分布模式。为验证口袋电荷背景下能形成此类云闪并给出该电荷背景下闪电起、放电的... 大量基于观测的研究认为闪电通道的延展尺度与电荷的分布形态息息相关,强对流区频繁始发的小尺度闪电对应雷暴云内的背景电荷很有可能为“口袋电荷”的分布模式。为验证口袋电荷背景下能形成此类云闪并给出该电荷背景下闪电起、放电的一般规律,本研究将闪电放电参数化方案植入到双层均匀口袋电荷模型中开展了大量随机模拟试验。模拟过程中固定了电荷区的总尺度,通过改变电荷对数进行探讨,着重讨论各电荷背景下闪电起始和放电行为的异同。模拟结果表明:(1)随着电荷对数的增加,闪电启动需要的电荷浓度和电荷总量均增加。(2)小电荷区的水平垂直尺度比是影响闪电起始行为的关键因子,除此之外各电荷背景下闪电起始位置和启动概率在水平、垂直方向上的差异还与多对电荷的空间配置关系和逃逸击穿阈值有关。(3)闪电的水平、垂直范围和面积均与小电荷区的尺度息息相关,小电荷区的几何特征限制了闪电的空间特征。(4)电荷区的分布也显著影响着闪电的发展形态,各电荷背景下闪电初始先导角度的分布范围和集中区域有所差异。相较于电荷区倾向于为扁平椭圆形的情况,当电荷区垂直与水平尺度相等时,初始先导角度变化范围明显增大,水平发展的个例明显增多。 展开更多
关键词 数值模拟 小尺度闪电 电荷分布模式 口袋电荷 起始位置 闪电面积
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深度学习在卫星云图移动预测中的研究综述
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作者 郑行钰 方巍 陶恩屹 《遥感信息》 CSCD 北大核心 2024年第6期1-11,共11页
随着人工智能技术的迅猛发展,神经网络逐渐应用于卫星云图移动预测中,预测的准确率和效率正在不断提高。文章综述了传统方法和深度学习方法在卫星云图移动预测中的研究,旨在使读者全面了解该领域现有的知识和研究进展。首先,介绍了云对... 随着人工智能技术的迅猛发展,神经网络逐渐应用于卫星云图移动预测中,预测的准确率和效率正在不断提高。文章综述了传统方法和深度学习方法在卫星云图移动预测中的研究,旨在使读者全面了解该领域现有的知识和研究进展。首先,介绍了云对气候变化的影响以及卫星云图移动预测对气象领域的重要性,并回顾了传统的云移动预测方法,分析了它们的优缺点。其次,简单介绍了该领域常用的深度学习模型的概念,并深入探讨了深度学习方法在卫星云图移动预测中的应用,归纳总结了当前的研究进展,阐述了深度学习相比于传统方法的优点。最后,总结了目前深度学习在该领域所面临的问题与挑战,同时对未来的研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 人工智能 神经网络 卫星云图 深度学习 云移动预测
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LandEM模式的改进及在青藏高原地区初步应用 被引量:1
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作者 刘勇洪 翁富忠 +6 位作者 何文英 唐飞 李锐 徐永明 韩阳 杨俊 王艺丹 《气象学报》 北大核心 2025年第1期61-79,共19页
基于物理模型的微波发射率(MLSE)模拟一直面临着很大挑战,目前还缺乏利用物理模式模拟较高分辨率的全球或区域尺度MLSE的应用案例。针对先进辐射传输模拟系统(ARMS)中的陆面微波发射率(LandEM)模式,对土壤介电常数和粗糙地表反射率模型... 基于物理模型的微波发射率(MLSE)模拟一直面临着很大挑战,目前还缺乏利用物理模式模拟较高分辨率的全球或区域尺度MLSE的应用案例。针对先进辐射传输模拟系统(ARMS)中的陆面微波发射率(LandEM)模式,对土壤介电常数和粗糙地表反射率模型进行了改进及相应MLSE模拟研究,并结合地面观测MLSE资料进行了模拟评估,同时开展了LandEM模式主要输入参数优化研究;在此基础上,以青藏高原地区为例,选择3种粗糙地表反射率半经验模型和1种发射率经验模型组合成9种MLSE模拟方案,利用3套卫星观测资料反演的MLSE产品,对9种不同模拟方案进行了评估,并选择出最优模拟方案对青藏高原地区MLSE进行了模拟分析。研究结果显示:LandEM模式中引入Mironov常温土壤介电常数模型后模拟的MLSE得到改善,引入Zhang冻土介电常数模型可弥补原有冻土介电常数估算的缺陷,引入Chen-Weng粗糙地表反射率模型后模拟的MLSE也得到有效改善;针对青藏高原地区MLSE模拟,Qp粗糙地表反射率模型更适合裸土粗糙地表,Chen-Weng模型更适合植被粗糙地表;改进后的LandEM模式及优化模拟方案能较好地模拟0.10°×0.10°空间分辨率青藏高原地区水平极化MLSE值及空间分布,也能较好地模拟垂直极化MLSE值,但还不能对垂直极化MLSE空间差异进行有效模拟。 展开更多
关键词 微波地表发射率 LandEM模式 土壤介电常数 粗糙地表反射率 青藏高原
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基于CNN-Attention-BP的降水发生预测研究 被引量:8
14
作者 吴香华 华亚婕 +2 位作者 官元红 王巍巍 刘端阳 《南京信息工程大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2022年第2期148-155,共8页
在综合分析降水统计预测模型特点的基础上,提出一种基于Attention机制、卷积神经网络(CNN)和BP神经网络的CNN-Attention-BP组合模型,并对1961—2020年不同气候类型的长春站、白城站、延吉站夏季降水进行实证分析.首先,运用卷积神经网络... 在综合分析降水统计预测模型特点的基础上,提出一种基于Attention机制、卷积神经网络(CNN)和BP神经网络的CNN-Attention-BP组合模型,并对1961—2020年不同气候类型的长春站、白城站、延吉站夏季降水进行实证分析.首先,运用卷积神经网络对6—8月20—次日20时降水量、平均气压、平均风速、平均气温和平均相对湿度进行特征学习,利用Attention机制来确定气象影响因素对降水预测的权重;然后,使用BP神经网络进行降水发生预测,选用准确率、交叉熵损失函数和F1-score来综合评价CNN-Attention-BP组合模型的性能.最后,将单一的支持向量机、多层感知机和卷积神经网络模型与组合模型进行比较分析.结果表明,CNN-Attention-BP组合模型具有自主学习和关注更重要信息的特征,能够有效提高吉林省夏季降水发生模型的预测能力,在样本越均衡、降水频率越接近于0.5的站点,预测精度越高,准确率最高可达88.4%.CNN-Attention-BP组合模型的准确率相较于其他单一模型最高可以提高近17个百分点. 展开更多
关键词 降水预测 卷积神经网络 Attention机制 BP神经网络 交叉熵损失函数
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基于多尺度残差网络的闪电类型识别
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作者 杨俊 刘岩 +3 位作者 李杰 赵子琪 郑猛 张其林 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第27期11483-11489,共7页
闪电类型识别在雷电探测和气象防灾减灾等领域具有重要的作用。目前闪电类型识别面临数据多样性、波形特征复杂等难题,限制了识别算法的准确性和泛化能力。提出了一种基于多尺度残差网络和注意力机制的闪电波形多分类算法MSRES-SA(multi... 闪电类型识别在雷电探测和气象防灾减灾等领域具有重要的作用。目前闪电类型识别面临数据多样性、波形特征复杂等难题,限制了识别算法的准确性和泛化能力。提出了一种基于多尺度残差网络和注意力机制的闪电波形多分类算法MSRES-SA(multi-scale residuals and self-attention),旨在提高闪电波形识别的准确性。首先构建了一个多尺度残差特征提取模块,用于提取闪电波形在时间维度上不同尺度的信息,并使用残差连接来增强模型的表征能力。然后使用注意力机制来动态加权重要特征,捕捉波形序列中的长距离关联。实验结果表明,MSRES-SA算法的平均识别精度为99.35%,在多个闪电波形类别识别中优于基线模型,并通过消融实验证明了多尺度残差模块和注意力模块在闪电波形识别任务中的有效性。 展开更多
关键词 闪电识别 多尺度 残差 注意力机制
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基于U-Net改进的日平均2 m气温订正方法
16
作者 王冰轮 方巍 《应用科学学报》 北大核心 2025年第1期51-65,共15页
针对数据订正常用的深度学习模型U-Net中不能充分学习空间特征以及图像细节信息丢失的问题,提出了S-CUnet 3+模型。S-CUnet 3+采取以下两个措施对U-Net进行改进:一是将原模型与能够学习图片全局特征的Swin Transformer有机结合起来;二... 针对数据订正常用的深度学习模型U-Net中不能充分学习空间特征以及图像细节信息丢失的问题,提出了S-CUnet 3+模型。S-CUnet 3+采取以下两个措施对U-Net进行改进:一是将原模型与能够学习图片全局特征的Swin Transformer有机结合起来;二是引入多尺度连接操作。模型还采用了预训练与微调的训练策略针对多个预报步长同时订正。7个预报步长的日平均2 m气温预报值订正的实验结果表明,S-CUnet 3+模型对所有预报步长的预报都有明显的订正效果,其中24 h预报步长的订正效果最好,平均绝对误差和均方根误差分别下降了50.64%和49.25%,且相比于基于历史资料的模式距平积分预报订正、分位数回归、岭回归、U-Net、CU-Net、Dense-CUnet和RA-UNet这7种订正方法,S-CUnet 3+取得了更好的订正效果。 展开更多
关键词 数据订正 深度学习 Swin Transformer 预训练 微调
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ImageNet数据能否帮助改进基于深度学习的云图分类准确率?
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作者 季焱 叶灵熙 +6 位作者 黄智勇 彭婷 高智伟 孔德璇 吉璐莹 朱寿鹏 智协飞 《大气科学学报》 北大核心 2025年第3期389-403,共15页
精准的云属分类,对于区域天气形势预测和全球能量收支平衡具有重要意义。然而,准确客观地识别地基云图目前仍然存在挑战,尤其是当前可获得的标准云图数据不足,因此以数据驱动的深度学习云图分类模型性能有待进一步提高。本文探索了如何... 精准的云属分类,对于区域天气形势预测和全球能量收支平衡具有重要意义。然而,准确客观地识别地基云图目前仍然存在挑战,尤其是当前可获得的标准云图数据不足,因此以数据驱动的深度学习云图分类模型性能有待进一步提高。本文探索了如何利用非气象云图数据,如ImageNet数据集,帮助改进地基云图分类技巧。以世界气象组织定义的10类标准云属和1类尾迹云为分类对象,构建了基于卷积结构的ResNet50、MobileNet-V2和基于自注意力结构的ViT云图分类模型。结果表明,仅使用原始云图训练时,参数量较小的传统卷积结构网络要优于参数量庞大的ViT模型。然而,通过使用ImageNet数据集进行预训练后,ViT模型的云图分类技巧有了显著提升,预训练策略将平均F 1评分由0.78提高至0.96,超过了当前的主流分类模型。这表明,利用深度学习模型来实现云图分类是可靠且有效的途径,而预训练策略对于类似于ViT的大型网络而言更为重要。此外进一步将训练稳定的模型部署至移动端口(http://43.142.162.19:5174/),实现了通过上传拍摄云图进行实时分类,并提供相关的云类科普信息,推动气象云知识在社会公众中的普及程度。 展开更多
关键词 迁移学习 云图分类 ViT模型 预训练模型 非常规气象数据
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基于旋翼无人机观测的雾天和霾天VOCs垂直分布特征研究 被引量:6
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作者 刘若岚 刘端阳 +3 位作者 袁淑杰 祖繁 吴泓 刘瑞翔 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2023年第5期655-666,共12页
为研究雾和霾天气下VOCs时空变化特征,于2020年11月19日—2021年1月15日在江苏省东海国家气象观测站进行为期58 d的外场观测试验。利用自主研发的多旋翼无人机捕获2次辐射雾和2次霾天气过程,获得气温、气压、相对湿度、风向、风速、VOCs... 为研究雾和霾天气下VOCs时空变化特征,于2020年11月19日—2021年1月15日在江苏省东海国家气象观测站进行为期58 d的外场观测试验。利用自主研发的多旋翼无人机捕获2次辐射雾和2次霾天气过程,获得气温、气压、相对湿度、风向、风速、VOCs、O_(3)等7种要素100多条垂直廓线。结果表明:时间上,霾过程夜间VOCs体积浓度(0.225~0.253 ppm(parts per million,1 ppm=10-6))明显高于白天(0.191~0.205 ppm),雾形成前体积浓度(0.121~0.239 ppm)显著高于雾过程(0.056~0.209 ppm)。雾过程中VOCs体积浓度与雾强度变化相反,雾层高度与VOCs体积浓度剧烈变化高度一致,雾层(<200 m)中VOCs体积浓度(0.172~0.178 ppm)明显减小,显著低于雾形成前(0.195~0.240 ppm),雾层以上浓度变化大,雾结束后1 h内保持雾过程中分布特点。雾对逆温层中的水溶性污染物有清除作用,VOCs体积浓度和O_(3)质量浓度均下降。 展开更多
关键词 挥发性有机物(VOCs) 湿清除作用 大气边界层 无人机(UAV)观测
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辐射雾微结构精细化观测研究 被引量:2
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作者 邬昊鹏 牛生杰 +8 位作者 吕晶晶 王元 刘端阳 祖繁 汪玲玲 邵乃夫 王心怡 葛攀延 鲁海宁 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2023年第5期753-764,共12页
为研究FM-120雾滴谱仪不同采样频率(5 Hz、1 Hz)对辐射雾微结构观测的影响,2020年冬季在连云港东海县开展了为期58 d的雾外场精细化观测。在2020年12月28日一次辐射雾过程中使用5 Hz和1 Hz两台不同频率的雾滴谱仪开展辐射雾精细化观测... 为研究FM-120雾滴谱仪不同采样频率(5 Hz、1 Hz)对辐射雾微结构观测的影响,2020年冬季在连云港东海县开展了为期58 d的雾外场精细化观测。在2020年12月28日一次辐射雾过程中使用5 Hz和1 Hz两台不同频率的雾滴谱仪开展辐射雾精细化观测研究。研究发现,相较于1 Hz的观测结果,5 Hz更容易观测到雾的微物理量的极值。从整个雾过程来看,5 Hz雾滴谱仪平均成1 Hz后的结果在雾的形成和消散阶段与1 Hz雾滴谱仪的原始结果的相似度较低,但在雾的成熟和发展阶段相似度较高。从谱型来看,5 Hz和1 Hz观测到的谱型基本类似,主要差别出现在峰值。5 Hz和1 Hz均能反映此次雾过程中不同阶段微物理之间的关系,主要差别出现在雾的形成阶段,这可能是5 Hz在此阶段观测到的活化并凝结增长的新雾滴相对较少所导致。 展开更多
关键词 辐射雾 雾微结构 精细化观测 爆发性增长 采样频率
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济南市大气污染天气分型与冷空气对污染物的影响机制研究 被引量:6
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作者 江琪 桂海林 +4 位作者 花丛 张碧辉 徐冉 何佳宝 吕梦瑶 《气象》 CSCD 北大核心 2022年第10期1281-1291,共11页
对济南市大气污染与气象要素以及高低空天气系统配置的相关关系进行研究,形成大气污染的天气学概念模型,并探讨不同强度冷空气过程对济南市大气污染物的生消作用。主要结论为:2016—2018年,济南市75%以上的PM_(2.5)污染日出现在地面均... 对济南市大气污染与气象要素以及高低空天气系统配置的相关关系进行研究,形成大气污染的天气学概念模型,并探讨不同强度冷空气过程对济南市大气污染物的生消作用。主要结论为:2016—2018年,济南市75%以上的PM_(2.5)污染日出现在地面均压场中。在天气类型出现概率均等的前提下,污染天气出现概率最高的地面天气类型为倒槽型(>55%),其次为均压场型(26.8%)。500 hPa为脊区控制型、平直西风带型、反气旋型、槽后型和槽前型时,均有>25%的概率出现PM_(2.5)污染。济南市PM_(2.5)污染概率最大(>50%)的高低空配置为地面倒槽配合高空槽后型,其次为倒槽配合平直西风带型以及均压场配合槽后型。平均情况下,PM_(2.5)污染时混合层高度低于1000 m,达到重度污染时小于800 m。污染时段相对湿度均值分布在65%±20%,温度均值为6℃±1℃。不同强度冷空气对污染物影响复杂,较强冷空气(ΔT_(24 h)>4.3℃,Δp_(24 h)>4.74 hPa)持续一定的时长(>3.5 m·s^(-1)的北风持续超过9.6 h),可将污染物彻底清除。强度稍弱的冷空气可能使污染改善,而较弱的冷空气(北风风速较小,但有一定的降温和升压体现)可能在传输作用下使得污染物浓度不降反增。 展开更多
关键词 天气分型 高低空配置 大气污染 冷空气
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