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[硕士论文] 侯飙
计算机技术 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文从自动气象站数据采集的原理出发,介绍现有气象探测数据质量控制方法的原理和应用,分析了现有气象数据质量控制方法存在的不足之处,总结国内外研究现状,建立基于数据挖掘技术质量控制方法。
  在卡尔曼滤波的质控方法中,基于混沌系统的特征,分析了某一种气象观测数据,在一段时间内具有混沌性的特征,利用相空间重构的方法,将低维非线性空间的数据映射到高维线性空间的相点,以相点的运动规律来演化混沌系统的动力学特征,利用卡尔曼滤波对映射后的相点进行滤波处理,建立气象要素时间序列的相空间重构卡尔曼滤波模型。用此方法来进行探测数据的质量控制,来评估气象观测数据是否异常。
  在粒子滤波的神经网络质控方法中,基于观测要素在同一站点同一时刻存在相互关联的事实,提出一种利用要素相关性来进行数据质量控制的方法。利用关联度分析法,得到自动气象站各种探测要素之间的相关性,选取相关性较强的几种要素进行质量控制验证。采用粒子滤波与BP神经网络相结合的算法,来进行探测数据的质量控制。
  以上两种方法有很强的互补性,从两个方面完善了现有质量控制方法,作为精确度更好的质控方法,可以作为现有质控方法之后的二次质控,弥补现有方法的不足,又利用了现有方法的稳定性特点,最终实现探测数据质量控制的稳定性,让探测数据得到更好的利用。
[硕士论文] 杨飞
控制工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:随着现代农业向着智能化、精细化设施农业的发展,设施农业已异军突起成为现代农业的重要组成部分。然而,当前的气象信息监测平台依然沿用传统气象测量装置,不足以满足日趋成熟的现代设施农业的气象监测要求。鉴于此,本文设计了一种应用于某设施农业区的自动气象站数据采集系统,完成了对设施农业区温湿度、风速风向、雨量、蒸发量和大气压力等气象数据的实时采集与高效监测,实现了对气象数据的存储与查询等功能。研究成果对提升设施农业的气象监测能力和促进自动气象站智能化发展具有较高的应用价值与理论意义。本文的主要研究工作如下:
  (1)分析了设施农业区自动气象站系统功能需求,并依据设计标准和采集性能合理选型了系统微处理器和气象传感器,进而设计了气象站系统总体架构,同时对气象站系统设计的可行性进行了分析。
  (2)采用STM32开发平台,搭建了设施农业区自动气象站的硬件电路系统,设计了电源模块电路、温湿度模块电路、风速风向模块电路、雨量模块电路、蒸发量模块电路、大气压力模块电路等气象数据采集电路,并设计了 RS485通信模块电路、W5500以太网通信电路等气象数据通信电路。
  (3)利用VS2010开发平台和MDK5开发软件,分别开发设计了上下位机软件程序。论文主要以下位机程序为主,编写了传感器驱动程序与数据通信程序。最后,拟定了基于TCP/IP的通信协议,并对上位机软件设计进行了总体介绍。
  (4)设计了气象数据存储并加入了 Fatfs文件系统,对存储卡数据进行读写管理,实现了在上位机对SD卡全部和时段数据的查询与下载功能。最后通过对设施农业区自动气象站系统测试与应用,验证了系统运行稳定,满足设计要求。
[硕士论文] 任靖
大气遥感与大气探测 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:利用2006-2015年10年的FY2C/E卫星资料,采用多阈值法对江淮地区对流云进行识别和分类,并统计分析了其时空分布特征。结果显示,江淮地区对流云活动频率与地形具有较好的对应关系,高发区为皖南山区、大别山区、鄱阳湖以西山区以及沿江平原一带。该地区对流活动频率高发期为6-8月,与当地主汛期时间一致;午后是对流活动频率高发期,且凌晨有一定夜发性。设计了一种客观判断对流云合并的方法,普查了这10年内研究区域内对流云合并过程,分析合并的时空分布规律,分析合并对云体强度、面积和形状的影响,以了解合并过程的规律。结果显示,合并高发区为沿江平原一带——两种不同性质地形之间的过渡带;高发时间为6-8月,且8月高于6月;午后是合并频发时段。合并后,60%的对流云最低亮温减小,约80%云体范围增加,80%云形状变细长,平均亮温不变的概率很低。2007年7月8日19:03(世界时)发现一次合并现象。结合区域融合逐小时降水资料分析,发现合并后云团降水量增加了91.2mm;比较合并对流云与没有合并的对流云之间的降水差异,发现合并对流云总降水量比没有合并的对流云总降水量多110.1mm。这说明此次合并过程使得降水量增加,也说明这种合并识别方法的可行性。
[硕士论文] 赵凯
仪器仪表工程 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:探空气球上的数据记录回收器记录了探空气球在工作时间内所有的实验数据和环境数据,然而探空气球在升到一定高度后会自行爆裂,数据记录器在落地瞬间的高速冲击下,可能钻入浅层沙土、沼泽和湖泊中,而沙土、沼泽和湖泊会严重屏蔽搜索信标信号,信号很难穿透导致严重衰减,给无线电搜索带来很大困难。而且数据记录器落地多处于无人地带,落地地表标志信号也可能被风沙掩埋,光学搜索亦有可能失效,从而可能导致实验数据丢失,进而造成整个试验失败的严重后果。
  穿透浅层沙土湖泊等介质的最优电磁频率在百KHz附近,采用降低发射信标通信的频率的方法可以增强电磁场穿透浅层沙土的能力。但是频率太低会使得电磁信号难以形成远场辐射,而在近场区场强衰减十分严重,给信号的发射和接收带来了很大的困难。
  本论文针对低频磁场信号应用于浅层地下数据记录器搜索定位时的难点,在研究搜索定位方法、微弱信号检测技术和超窄带调制技术的基础上,设计了一套微弱磁信号接收机,提出了一种物理实现超窄带调制的新方法,最后形成一套穿透浅层土壤目标通信的原理演示系统。
  本文具体开展的工作包括:
  (1)提出适用于低频搜索天线的搜索定位技术,设计微弱磁信号接收机的前置低噪声放大器,采用数字锁相放大算法提取噪声中的微弱信号,最后完成微弱磁信号接收机原理样机设计和实现;
  (2)提出一种物理实现超窄带调制的新方法—磁偏调制,利用强磁物质的磁滞回线饱和特性物理实现偏磁调制,并对磁偏调制出的超窄带信号进行频带利用率分析;
  通过本文的研究,成果可直接用于探空气球的数据记录回收系统的研制,通过低频磁场解决其埋入浅层土壤的搜索及精确定位问题。该研究的关键技术,还可以进一步拓展如地下通信,矿下通信与紧急搜救、水下通信定位等相关领域。
[硕士论文] 叶婷
计算机科学与技术 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:近几年,传感器和无线通信的快速进步推动了无线传感器网络在越来越多领域的普及。传感器节点除了拥有通信能力外,还包括计算及存储能力,它们可以自发形成一个拓扑网络,完成节点间的通信任务。在传统的气象观测中,监测环境的复杂性给观测方式增加了约束,且传统设备的成本昂贵,要提供完备的气象服务代价较高。因此,在气象领域使用无线传感器网络技术有益于获取更多的兴趣气象数据,提供更好的气象服务。本文就围绕提高节点能量利用率、均衡能量负载以及延长气象观测系统的寿命这些宗旨,做了以下研究:
  1)提出了一个簇密度自适应的层次路由协议——DAHC协议。该协议改进了之前单一使用分布式或集中式分簇的算法,提出了混合使用的思想。在集中式分簇时,采用LEACH-C协议的原理选出当前最优的簇头集合,之后分布式选举时基于上一轮簇头计算的相关信息选出下一轮簇头。同时,为了均衡网络簇头间的能量负载,针对分布式成簇簇的大小不均匀的情况,提出了一个调整机制,使簇密度能够自适应簇的平均大小。最后通过实验证明该方法可以有效均衡节点的能量消耗,延长系统观测气象数据的时间,提高了能量的有效性。
  2)由于在实际应用中,节点各方面的能力有所差异,所以应用于同构网络的协议可能不适合异构网络。因此,本文在网络中引入了一部分高级节点,构成二级能量异构的传感器网络。同时,改进了簇头选择策略,集中式选举时让初始能量更多的高级节点担任簇头的概率比普通节点大,采用分布式策略分簇时考虑能量和位置因素,并使用簇密度调整机制来均衡簇头间的负载。最终,实验结果证明该算法可以充分利用高级节点的能量,延长生命周期的同时提高了基站的吞吐量。
[硕士论文] 周芬
大气遥感与大气探测 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:地表反照率是气候和陆面过程模式中的重要地表参数。由于云覆盖、数据质量低等因素的影响,使得中国地区地表反照率的反演效率和反演精度大大降低。全面地了解MODIS地表反照率产品在中国地区的反演质量及其时空分布特征,有助于促进该产品在我国气候和陆面过程模式、数值天气预报中的应用,并为改进中国地区地表反照率的卫星遥感反演研究提供参考。
  美国Suomi NPP/VIIRS的地表通道设置与EOS/MODIS基本一致,两者轨道参数、观测数据的处理方案完全不同,因此,联合两者的观测数据,可以在较短的时间内获得充足的多角度晴空观测数据,提高中国地区地表反照率的时空分布连续性和反演精度。
  本文的具体工作包括:
  (1)中国地区MODIS地表反照率反演结果的时空分布分析。本文应用2003-2015年MODIS地表反照率反演质量数据MCD43A2,统计分析中国地区MODIS地表反照率反演质量的时空分布特征,结果表明:中国地区MODIS地表反照率反演质量在空间分布上有很明显的差异,高质量全反演法反演结果主要分布在东北、华北、西北和西南中西部区域;东北、华北和西北地区在春季、夏季和秋季有60%以上的区域能够获得满足气候和陆面过程模式精度要求的高精度地表反照率;西南地区则全年只有40%-60%;华东、华中和华南地区则全年都不足20%。
  (2)VIIRS和MODIS数据的光谱校正。本章首先利用6S结合VIIRS和MODIS探测器的SRF开展大量的辐射传输模拟,得到两种探测器指定光谱通道大气校正后的各种典型地表和大气辐射条件下晴空地表反射率数据集;然后基于统计拟合,得到中国地区VIIRS与MODIS反射率之间的光谱转换方程;最后利用得到的转换方程,实现两者观测数据的光谱校正。
  (3)联合VIIRS和MODIS反演地表反照率。利用得到的光谱转换关系式,将VIIRS反射率数据转换成MODIS反射率数据,并联合MODIS观测的反射率反演反照率,反演过程中共设置了3组对照试验。最后利用MODIS反照率产品对联合反演结果进行验证。结果表明:联合反演不仅能够提高反演结果的空间分布连续性和反演精度,也能缩短反演周期,提高反演效率。
[硕士论文] 景琼琼
环境工程 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文利用位于中国气象局南京综合观测基地的两台激光雷达:瑞利,拉曼-米激光雷达和微脉冲激光雷达对南京北郊的气溶胶特性进行了常规的观测,介绍了两台雷达的探测原理、仪器参数及数据订正方法;反演了气溶胶的消光系数,分析了气溶胶消光特性的月变化和日变化情况;计算了气溶胶的退偏振比,分析了一次降水前后退偏振比的时空变化情况;对不同天气情况下退偏振比和消光系数进行了相关性分析。
  研究气溶胶消光特性的月变化情况时发现,整体来讲,消光系数一般是随着高度的升高再不断地减小,在1km-2km范围内减小的速率会有明显的突变;2km以下廓线都较为平滑,2km以上廓线就会有或大或小的起伏波动;探测到云时,消光系数会突然变大;1、6、7、12四个月份近地面的平均消光偏大。研究气溶胶消光特性的日变化情况时发现,近地面至1.5km高度范围内气溶胶消光系数都偏大,边界层的高度也会随着太阳辐射的强弱以及人们的出行情况发生变化,在凌晨的时候边界层的高度最低。
  研究降水前后气溶胶退偏振比的时空变化情况时发现降水前气溶胶整体的退偏振比偏小,午后随着太阳辐射的加强气溶胶会被抬升,2km以下气溶胶的退偏振比明显减小,气溶胶覆盖高度增大。
  研究不同天气情况下退偏振比和消光系数变化趋势的关系时发现在同一个时刻,晴天和雾霾天时二者变化趋势相同,探测到水云时二者变化趋势相反,探测到冰相云时二者变化趋势相同。
[硕士论文] 高钰杰
软件工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:地处南方的广西,属于强降雨区域,而突发性强降水的发生,也是导致山洪等地质灾害的必备条件和直接因素,面对防止此类灾害的需求,当地气象部门提出如下要求,即通过对自动观测站空间密度的增加,实现服务、接收以及处理数据能力的提升,能够更为精细化、短时内完成对降水的预报活动。
  论文具体阐述了当地自动气象站的数据流程,并探究了其中存在的问题,因当前数据收集后,并未形成统一的标准,使得专业人员无法针对此数据,开展深入的运用和发展工作。依据应用需求,结合当地气象应用服务部门的现状,针对观测数据的处理,研发了包括格式检查、数据采集、合并以及质量控制等在内的一套系统,且结合处理后的数据,对业务流程加以完善,使得自动站在数据的接收到最终应用方面的时效得以缩短,也让全流程监视目标得以实现,确保值班人员可便捷的完成对软件运行、数据流转状况的监视、分析等工作,进而更为准确的形成质量分析结果,为预报员更为准确的开展分析工作,提供基础数据。由此,对可部署于区市县的一套自动站前段数据处理系统开展研发工作,则显得极为必要。
  系统以linux系统为运行平台,搭建以Oracle数据库为存储介质,Java技术框架为前提进行研发,其跨平台这一特性的充分利用,使得跨平台支持得以实现于系统之上。为适应系统未来几何级数据增长的处理需求,采用多线程与代码封装模块化设计作为该系统数据处理的核心关键支撑,针对不同数据的处理内容,规划四个独立线程模块,各个线程对所辖数据就数据采集、检查格式、合并打包、上传数据、日志归档等进行并发处理和操作,多线程的高效处理机制使得本系统可以将经典的温、湿、风、压等气象要素数据质量控制嵌入至系统当中,兼顾数据传输与数据本地质控解码入库2项关键业务的同时进行,极大的实现了处理时效的提升,确保了数据高效传输,同时提供高可靠和高可用实时数据,为科研项目提供了数据保障支撑。
  系统的线程之间相互独立,代码模块可以重复利用并封装为接口,具有良好的拓展性,为类似业务流程的整合奠定了基础。
[硕士论文] 肖巧洁
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:能见度是反映大气透明度的一个指标,能见度的变化直接反映了大气环境质量的好与差,同时也是空气中颗粒物污染物变化的重要标志。研究大气能见度的变化趋势和相关的影响因素,有利于决策部门及时采取有效的防灾减灾措施,社会大众的交通安全得以保障,同时对改善大气环境质量具有十分重要的意义。能见度测量方法分为人工目测法和仪器测量法。人工目测法主要是利用人眼来判定最远距离可见的目标物来断定当前的能见度。器测法有气溶胶采样、照相法(数字摄像)、光学法(透射式能见度仪、散射式能见度仪和激光雷达)。
  随着监测技术的发展,散射式能见度仪凭借较低的布点成本,逐渐成为主流的能见度监测方法,得益于无线通讯技术发展,可以无线方式将网络覆盖区中的监测数据发送到中心主机。本文在系统阐述大气能见度监测理论,比较各种测量方法的优劣的基础上,提出了以散射式能见度仪组网方式的中山市能见度监测数据采集分析平台设计方案。系统以5个能见度监测子站、1个能见度中心站为设计重点,其中能见度监测由前向散射式能见度仪、数据采集系统(含数据无线传输模块)、太阳能供电系统以及支架等配套设备组成,中心站由数据库系统和接收软件组成,最终监测数据以WEB服务方式提供访问使用。
  本论文还通过2015年的一次灰霾过程来展示中山市能见度监测数据采集分析平台的实际应用价值,结合其他气象要素,分析了该霾过程中能见度空间分布特点及原因,最后通过计算2015年1月9日至2015年12月31日能见度数据接收率,检验了中山能见度监测网的可靠性,证实整套系统高效可靠运行,并分析东凤站点接收率偏低的原因,提出下一步研究的方向。
[硕士论文] 孔宇
大气遥感与大气探测 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文以中国气象局国家气象信息中心基于雨量计逐日降水分析产品CGDPA(China Gauge-Based Daily Precipitation Analysis)为基准数据,采用定量和分类评分指标比较了全球降水观测GPM(Global Precipitation Measurement)计划多星集成降水产品IMERG(Integrated Multi-satellite Retrievals for GPM)在中国大陆地区的精度,并对比了其与气候中心变形算法降水产品CMORPH(Climate Prediction Center morphing technique)和人工神经网络算法降水产品PERSIAN(Precipitation Estimation from Remotely Sensed Information using Artificial Neural Networks)等卫星降水产品的精度差异。另外,还利用由地面雨量计校准后的南京信息工程大学NUIST(Nanjing University of Information Science&Technology)C波段(C-band)双偏振雷达(Dual-Polarization Radar)(NUIST-CDPR)获得的高时空分辨率降水估计结果对比分析了GPM/IMERG在三次强降水过程中的降水估计精度,主要结论如下:
  (1)应用CGDPA数据分析2014年9月-2015年8月GPM/IMERG的精度结果表明,IMERG日平均降水量的空间分布连续性较好,能够较好地反映我国降水量的分布特点,但局部地区的降水估计比CGDPA偏低;IMERG季节平均降水量与CGDPA具有较好的空间分布一致性(尤其中东部和南部),只在局部地区略有差异,但不同季节存在差异的地区,以及同一地区不同季节的差异程度,都各不相同;大部分地区IMERG日降水与CGDPA的相关系数介于0.2-0.5,只有少数地区超过0.6,但局部地区也出现负相关,相关系数介于-0.3-0.5;IMERG在中国大陆东部地区的降水估计精度明显优于西部,但东部绝大部分区域IMERG日降水估计量比CGDPA偏低10%-30%,有的地区甚至达到35%,西部地区则具有较大的不确定性,有的地区偏高,有的地区则偏低。
  (2)IMERG估计微量降雨的概率密度与CGDPA相差最大(尤其西部),其次是中雨,其它降水强度则与CGDPA相差很小。IMERG在各季节的降水探测准确率POD都比较低,小于0.45;降水空报率FAR都比较高,大于0.5;临界成功指数CSI都比较低,小于0.35;并且探测准确率POD和临界成功指数CSI的变化趋势基本一致:夏季最高,其次是春季和秋季,冬季最低;降水空报率FAR的变化趋势正好相反:冬季最高,其次是秋季和春季,夏季最低。
  (3)对比分析IMERG与CMORPH和PERSIANN的结果表明:三种卫星降水估计产品中,IMERG更接近基准降水产品,相关系数达到0.93,均方根误差0.62mm/d,相对误差为-2.78%。然而,CMORPH和PERSIANN与CGDPA的相关系数则为0.84和0.67,均方根误差为1.1mm/d和1.36mm/d,偏差达到-23.8%和-18.24%。在中国大陆各个区域进一步对比IMERG、CMORPH和PERSIANN的差异,可以发现:三种卫星降水产品在我国西部精度表现较差,尤其是在我国西北地区和青藏高原地区,但IMERG产品在这些区域的表现要好于CMORPH和PERSIANN降水产品。
  (4)应用地面雨量计校准后的双偏振雷达NUIST-CDPR高时空分辨率的雷达降水估计结果对比分析IMERG的结果表明:在三次降水过程中,IMERG与雷达估计降水的相关系数分别为0.6、0.83和0.78;均方根误差1.36mm/hhr、0.52mm/hhr和0.99mm/hhr;相对误差为-50.63%、1.08%和-34.72%。随着小时降水阈值的增加,IMERG降水产品的探测能力减弱,总体表现为对弱降水的探测能力优于强降水。
[硕士论文] 华俊玮
3s集成与气象应用 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:在全球气候变暖的背景下,随着我国城市化进程不断加快,导致下垫面地表类型变化,种种因素进一步促使气温升高,使得夏季高温热浪逐渐成为一种广受关注的气象灾害,对城市居民健康和人居环境形成负面影响。气温作为衡量气候变化的重要气象要素,同时也是局地高温监测应用中最为重要的指标。在常规气象站点稀少、获取气温数据空间分布精度不高的情况下,利用遥感方法获取时间频率高、空间连续强的近地表气温空间分布数据,对于局地高温监测与预警工作具有重要的实践意义。本文选取江苏省及其省会南京市作为主要研究区,采用地表温度遥感反演方法和地表温度降尺度方法获取高时空分辨率地表温度数据,并以此为基础通过遥感估算获取高时空分辨率近地表气温空间分布数据,从而开展局地高温监测应用研究。
  研究中首先使用Landsat8第10波段,并分别通过Jim(e)nez-Mu(n)oz&Sobrino单通道温度反演算法(JM单通道法)和改进的单窗算法(IMW法)来反演100m分辨率地表温度数据,并与南京市气象站点实测地温作对比,实验结果表明这两种方法都能较好反演地表温度,相较于改进的单窗算法,JM单通道法的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)分别提高了0.24℃和0.30℃。在此基础上,通过地表温度降尺度方法,将1km分辨率MODIS地表温度产品和11km分辨率FY-2F地表温度产品分别降尺度至100m和1000m,实验结果表明,降尺度模型中所选用的地表遥感参数越多,降尺度效果越好。针对不同下垫面类型,纯净像元地表温度降尺度效果最好,而混合像元地表温度降尺度效果则最差,降尺度精度随像元纯净度降低而下降。
  研究中分别利用基于遥感数据的多因子统计方法和气象站点气温空间插值方法来进行近地表气温估算和模拟。研究结果表明,基于遥感数据的多因子统计方法能较好的模拟出气温的空间分布,与气象站点实测气温相比,MAE和RMSE分别为0.78℃和0.89℃。普通克里金方法虽然能较好的模拟气温的空间分布,但在气象站点稀少或没有的情况下不能够准确描述近地表气温的空间分布。最后,综合上述方法获取1000m分辨率江苏省8月8日每小时气温空间分布数据和100m分辨率南京市每日气温空间分布数据,并基于该数据分析江苏省近地表气温时变化规律和南京市近地表气温日变化规律,并对省内及市内高温区分布做出相应监测和分析。
[硕士论文] 姜殿荣
软件工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:我国幅员广阔,受气候和地形影响,气象灾害频繁发生,对人们的生产生活乃至生命都有很严重的危害,特别是暴雨、台风等重大灾害性天气及其衍生灾害对工农业生产、群众生命财产等所造成的损失更为直接,带来的灾难更为深重。对于重大气象灾害的应急管理重中之重就是各个应急部门对相关信息的及时沟通和应急决策部门对灾害信息的及时应对和高效管理。鉴于此,根据应急工作需要和应急工作特点设计出具有良好的服务架构和完备的数据共享的气象灾害应急平台是科学管理应对气象灾害的必要手段。
  据统计,柳州市所遭受的自然灾害中气象灾害及其衍生灾害已占到了70%以上。伴随气象事业的发展,目前,柳州市的重大气象灾害应急工作虽然已经初步形成了以NOTES邮件、电视台、纸质媒体、传真、手机短信为传播途径的气象应急信息发布模式,其服务能力、业务化水平与现实需求还有很大距离,主要表现在:没有较为系统的综合工作平台,业务工具较为零散、操作程序较为繁杂,满足不了业务发展的需求;应对重大气象灾害工作的快速响应及灾害情况的处理速度还不够;各相关部门针对灾害的响应以及联动性较差。本文研究了柳州市重大气象灾害应急响应平台设计中的关键技术,可以为柳州市重大气象灾害应急响应和决策指挥提供必要的信息和技术支撑,最终实现避免和减轻气象灾害所造成的影响和损失。柳州市重大气象灾害应急工作平台的设计实现,是以柳州重大气象灾害应急业务工作需求作为设计理念,平台系统兼顾各灾害应急部门信息互通、联动响应等功能。
  论文主要的工作如下:
  (1)建立基础气象资料采集数据库,实现数据库的各项管理功能,包括气象资料采集数据的读取、备份、日志管理等功能。
  (2)利用 ADO应用程序接口,从已有的天气雷达资料、自动气象站、Micaps数值预报产品等数据库平台中获取相应的气象实况和预报等资料。
  (3)建立业务人员管理数据库,实现业务人员注册审核、权限分配、信息管理等功能。
  (4)建立灾害天气管理数据库,实现灾害天气统计、备份、查询等功能。
  (5)建立灾害应急处理监控、灾害评估、应急联动与决策、应急统计分析、灾害应急响应监控等核心模块,完善平台系统功能。
[硕士论文] 陈桢华
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着风力发电和太阳能发电技术的日益成熟,小型发电系统得到较快应用,特别是在两者互补优势的发电装置更是在山区、海岛中得到推广应用。
  论文的主要工作有以下几点。第一对风能,太阳能等能源特征进行分析论证,并详细介绍了当前可再生能源的应用范围和应用前景。第二介绍了不同种类的太阳能电池及其工作原理。第三介绍了不同类型的风力发电机及其工作原理。第四详细分析了蓄电池的充电特性与充电方法,结合光伏电池的特性,提出了多模式充电的方法对铅酸电池进行充电。第五介绍了最大功率点跟踪算法原理,分析几种主流的最大功率点跟踪控制算法,比较不同算法的优点和不足之后,确定本次实验所采用的控制器。第六设计了最大功率点跟踪光伏控制器的硬件并编制了软件程序。对于硬件电路,主要采用的是微芯公司的8位微控制器PIC16F874。
  风光互补发电系统可研究的内容很多,通过组合不同的硬件设备,可知与以往采用模拟分离元件构成的控制器件相比体现出更好的灵活性。通过对整个供电系统的研究,有利于形成系列化的产品,达到推动风能,太阳能利用产业化,市场化的目的,并因地制宜地开发利用风能太阳能提供必要的前提条件。
  本文首先分析了目前可再生能源的特点,之后分别分析了太阳能发电系统和风力发电系统。其中光伏阵列输出特性是光伏发电系统研究中最基本的问题。怎样使得风光互补发电系统以最大的效率进行工作,本文着重分析了太阳能电池板的最大功率点的测量和确定。
  我国是个能源消耗大国。由于太阳能发电和风力发电的不断推广,对我国清洁能源利用起大了巨大的促进作用,当前国内小型太阳能发电和风力发电主要应用在道路照明,山区供电等。但这部分市场对产品的可靠性和稳定性要求不高,而气象观测或者通信基站等对供电要求较为严苛,恰恰市场上又缺少这部分产品,所以快速研发相应的系统,抢占特殊需求的市场尤为必要。
[硕士论文] 汪舵
电子与通信工程 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,广东等地陆续建设了业务运行的双极化天气雷达。随着我国双极化雷达的发展步入业务应用阶段,提出了更多亟待开展的研究课题,如探测降雨能力的评估和提高、雷达测量信息可靠性控制等。
  针对我国业务运行的双极化天气雷达定量测雨精度的评估和提高工作,利用双极化雷达在目标信息识别技术方面的特殊优势,基于珠海业务运行的双极化雷达,本文提出了一种基于目标信息识别技术的双极化雷达HCA-LIQ最优化定量测雨方法。该方法参考了CSU-ICE最优化算法的测量模型,以及利用了双极化雷达多种测雨公式的优势,并且对公式做了本地化改进。
  为了对本文提出的HCA-LIQ最优化方法的测量效果进行统计分析,利用珠海业务运行的双极化雷达和地面实测信息,以两次华南夏季典型的降雨样本为例,对HCA-LIQ最优化方法的测量偏差进行了时空变化分析,并且与CSU-ICE最优化方法、R(ZH)方法进行了对比研究。实验结果表明:本文HCA-LIQ最优化算法表现出与实测结果较强的相关性且有着较好的稳定性;三项误差评估指标均要优于CSU-ICE最优化算法;与R(ZH)方法相比,HCA-LIQ最优化算法很大程度上提高了对大到暴雨的测量精度。
  进一步对珠海和广州两部业务运行的双极化雷达做了对比研究。不仅比较分析了两部雷达在共同覆盖区域内对同一降雨样本探测的雷达电磁辐射强度大小,而且对比了使用HCA-LIQ最优化算法进行测雨的效果。实验结果表明:由于采样空间的差异、雷达波的衰减、雷达标定的影响,两部雷达在相同时段探测相同区域的电磁辐射强度是有差异的;广州雷达测雨效果的三项评估指标均要明显优于珠海雷达,其主要原因是2016年珠海雷达本身的系统误差偏大。
[硕士论文] 李路遥
气候系统与气候变化 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:降水是旱涝最重要的影响因子。加权平均降水量WAP方法仅应用降水单一变量,却能很好的对旱涝情况进行逐日监测。该方法将涝的程度作为一个瞬时变量,其演变受降水所强迫,同时蒸发等作为耗散项,起着使涝的程度降下来的作用。最终WAP表示为当日和前期降水非等权重的线性组合,前期降水的权重随时间衰减。同时指出,SPI是WAP表达式的一个特例,它是等权重的,因而总需要一个较长尺度(一个月以上)的时段用作平均。WAP曲线近似偏态分布,总取正值。当目前没有降水,且前期降水的影响衰减掉以后,WAP便接近于0了,然而此时土壤可能还是较湿润的;若在随后的日子里仍没有降水,WAP则继续保持接近于0的值,但土壤会变的越来越干。为了区分出在WAP同样都为接近于0的状态下土壤湿度(反映蒸发)的差异,在最近的工作中,将WAP指数作了进一步的发展,即在所建立的模型中,将蒸发量E显式地表达出来。也就是,涝(旱)状态的变化不仅受降水P所强迫,而是受P-E所强迫。新方法的基本原理和模型是与之前相仿的。这个显式地考虑了蒸发的新指数WAPE,其值有正有负,接近于正态分布,因而不需再作正态化处理。
  本文应用WAPE指数对其逐日旱涝监测及旱涝急转监测效果做出初步分析,体现了其实用性;WAPE考虑了降水与蒸发以及径流下渗等整体效果的参数化,这使得对旱涝有影响的综合因素效果随时间呈指数衰减。这种衰减效应消除了SPEI指数对时间尺度的要求。因此,WAPE指数对监测干旱,特别是对逐日的监测非常有效,它可以很好的体现一个地区旱涝的发展,持续时间、强度以及旱涝的转变。
  考虑到目前蒸发的计算仍旧是国内外研究难题,在今后的研究和业务应用中,可将P-E与大气的整层水汽辐合辐散相联系,充分地利用大气的观测和模式资料,联系水汽通量散度C与降水蒸发差P-E的关系,对指数进一步分析应用,提供旱涝的监测预测的新途径。
[硕士论文] 史东东
雷电科学与技术 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:在低频(LF)和甚低频(VLF)频段探测全闪活动是近年来闪电探测技术发展的一个重要方向。本文基于中国气象科学研究院于2014-2015年在广州地区建设的由9个快电场变化测量仪构成的低频闪电电场探测阵列(Low-Frequency E-field Detection Array,简称LFEDA),针对电场快变化脉冲信号,发展基于时间到达差法的闪电脉冲事件定位算法。基于定位结果,初步研究了闪电起始(简称:IB)特征及其与雷暴结构的关系。论文主要结果如下:
  (1)首先介绍了LFEDA的站网配置包括站点个数、网络布局、数据采集方式等信息。根据LFEDA网络特点,提出了适用于低频电场的闪电定位方法,包括波形匹配,脉冲匹配、基于最小二乘拟合的脉冲定位和闪电归类算法。
  (2)基于蒙特卡洛模拟和人工触发闪电试验对LFEDA定位性能进行了理论模拟和客观评估。前者表明具有较长基线的定位站有助于改善垂直于该基线方向的水平定位精度和沿着该基线方向的高度定位精度。后者表明LFEDA对触发闪电事件和回击的探测效率分别为100%和95%,回击平面定位误差平均值为102m。通过比较LFEDA与广东省电力系统的地闪定位数据发现,两套系统定位结果在平面位置上一致性达0.84。三次雷暴过程中LFEDA得到的放电事件位置能够很好地反映雷暴移动路径,放电事件的高度分布能够体现出雷暴主要电荷结构的分布特征。另外,通过单次云闪、地闪的定位结果发现,LFEDA能够描绘闪电发展形态。
  (3)本文共挑选1066个具有明显向上或向下发展的闪电起始阶段样本。其中829个样本初始先导向上发展,237个样本初始先导向下发展。向下发展的IB起始高度普遍低于向上发展,平均值分别为6.8km和8.4km。向下、向上的垂直平均速度分别为3.3×105m/s和2.6×105m/s。随高度变化的IB特征分析表明,IB起始位置越高,IB速度、脉冲频率越小,但IB步长越大。IB与雷达回波的对应关系表明,闪电起始位置主要位于回波强度30-40dBZ区域。
  (4)以35dBZ顶高大于等于8km的区域作为指示8月7日雷暴单体对流核心区。分析结果表明,对流核心区内IB向上发展的起始位置高度大于对流核心区外(8.8km vs7.5km)、对流核心区内向下发展的起始高度小于对流核心区外(6.6km vs7.3km)。对流核心区内外的起始速度变化规律与起始高度分布特征相反。IB过程垂直方向的传播距离都表现为对流核心区内偏小,对流核心区外偏大(向上发展:2.1km vs2.3km;向下发展:1.9km vs2.3km);向上、向下发展的IB仰角表现为对流核心区内偏大,对流核心区外偏小(向上发展:61.6°vs57.8°;向下发展:59.5°vs51.4°)。
[硕士论文] 郝禹
软件工程 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:由于互联网技术的迅速发展,网络传输中的上传与下载已经成为了数据传输的主要方式,与此同时,随着信息科学技术的不断完善与提高,各领域的数据量也在以指数倍的形式增长。数据量的增大,给网络带宽、存储服务器都带来了巨大的挑战。对气象数据而言,各气象站每天都要收集、分析、更新以及存储相应的数据。上下级气象站之间也要进行数据的上传,缓存以及下载。平级气象站之间也要通过网络进行数据的交互。因为当前网络带宽性能技术以及存储服务器容量的限制,各站之间的数据访问延时比较大,存储成本增加,查询效率降低,网络的有效使用率较差并且会造成网络拥堵。
  因此,针对上述的问题,本文主要提出了一种新的web缓存替换策略并描述了其缓存框架;同时提出了一种对原始数据进行建立索引并缓存索引信息的存储机制。主要的创新点就是通过对缓存数据的存储属性进行分析、整理,提出了新的缓存替换策略,进而增强了缓存数据的有效性,然后再对数据集建立索引,进而提高了缓存的查询效率,提高了查询的文件与字节命中率。
  本文的具体工作内容如下:
  (1)针对缓存替换算法,提出了了一种新的集成框架,缓存替换算法的缓存模拟工具CacheSim。在框架中首先整理并实现了经典的以及最新的缓存替换算法,并按照哈希数据放置算法MeteHash进行缓存数据的放置。充分的利用了分布式系统中各节点的存储空间,实现负载均衡。同时也为论文的整体实验,提供了一个集成平台。
  (2)针对Weighting和Ranking缓存替换算法性能的不足,设计了一种基于权重与代价的web缓存替换算法WSCRP。在权重的基础上,考虑了缓存对象大小对缓存性能的影响,考虑了替换代价对缓存性能的影响,并分析了不同大小的缓存空间对缓存性能的影响。通过在相同环境下所做的对比实验可以看出,WSCRP具有很大的优势,一定程度的提高了系统的性能。
  (3)针对缓存查询优化,设计了一种基于索引的数据查询与缓存方案,在分布式系统中,创建了新的数据库表,用来存储索引信息,同时,对查询索引与查询服务器数据进行了对比研究。本文研究出分布式系统下的索引查询方案,并与原始的查询方法进行对比,实验得出,本文的方案,在访问时间的降低与命中率的提高上都有很大的优势。
[硕士论文] 李亚
软件工程 湖南师范大学 2017(学位年度)
摘要:气象学上短时强对流天气突发性强且破坏力大,而且还常常伴随着出现雷阵雨大风、龙卷风、暴雨等灾害性天气,对人民的生命财产安全和正常的经济活动构成了极大的威胁。因此,对强对流天气尤其是强降水的预测研究意义重大。云团的外推指的是根据相邻时刻同一云团形成的两幅反射率因子图,计算它们之间的变化,并依此得到未来短期时刻的云团形态。本文依据多普勒天气雷达收集的天气雷达数据形成的反射率因子图来展开对降水云团的外推算法研究。主要创新点如下:
  (1)解析雷达基数据并提取云团反射率数据,建立相应的数据模型,然后基于现有云团结构与形态外推算法,结合图像处理技术,改进了云团外推算法。
  (2)设计了模拟实验,依据已有文献的测试和评估标准对改进后的算法进行了测试与评估,评估结果表明,本文算法提高了云团外推的准确度。
  (3)依据改进的云团外推算法,设计并实现了短时小范围降雨预报系统,用于短期临时小范围区域降水预报。系统采用Spring+SpringMVC+MyBatis的系统架构,基于JAVA语言实现。前台以多种方式展示降水预报信息,后台完成雷达数据的定时动态获取与解析、反射率因子提取、反射率因子图外推以及数据接口等功能。
[硕士论文] 潘红林
大气遥感与大气探测 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:卷云的物理特性对研究卷云的辐射强迫具有重要意义。CloudSat和CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations)属于A-train卫星观测系统成员,他们相互配合在同一轨道上实现多波段、准同步对地球的观测,能提供冰云物理特性的详细信息。冰水含量(IWC,ice water content)是卷云最重要的微物理特性之一,可为气候模式的开发与研究提供理论基础。为深入研究南京地区卷云的物理特性,本文利用CloudSat和CALIPSO联合探测资料,在三个经验公式算法的基础上提出新的联合反演卷云IWC的方法,并进行反演结果的对比验证。此外,还对南京地区的卷云信息做了相关统计分析。本文主要内容和结论如下:
  (1)将本文提出的联合反演方法与星载雷达探测资料的反演结果进行对比验证,结果表明,本文提出的联合反演方法对于卷云冰水含量(IWC)的反演具有可靠性、全面性及精确性。对于Lidar-only和Radar-only的区域,本文提出的联合方法利用Lidar探测优势,使得反演结果更全面有效,更接近真实值。
  (2)将本文提出的联合反演方法与地基雷达探测资料的反演结果进行对比验证,经过对比分析,进一步证明本文提出的联合反演方法有效、全面、可靠、精确地实现了卷云IWC的反演,且反演结果优于单一使用一种反演方法或单一探测数据的反演结果。
  (3)利用星载雷达联合探测数据产品,对南京地区的卷云物理特性进行了统计分析。2007年1月~2010年12月中,四年的卷云出现频率均是春季和夏季大于秋季和冬季;全年的平均云底、云顶高度相当,整体相差较小,云底、云项高度年平均值在2009年均出现最大值,分别为10.065km,11.685km;年平均IWC、ER(effective radius)均呈现先递减再增加的趋势,IWC和ER的年平均值在2009年均出现最小值,分别为0.0458g/m^3,45.893μm。
[硕士论文] 朱世恒
电子与通信工程 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:作为一种解决软件危机、提高软件生产效率的现实途径,软件构件技术已经广泛应用于传统软件的开发中,然而该技术在气象领域的应用却尚处于起步阶段。目前,自动气象站嵌入式软件采用单块式结构,软件的开发是封闭进行的,这使得软件模块难以复用。针对不同类型的气象站,相同的功能需要重新开发,软件整体的开发效率较低。同时,由于单块式软件业务流程、功能实现和程序参数的相互耦合,造成软件维护难度较大、成本较高的问题。针对上述问题,本文的主要研究内容包括:
  (1)结合软件构件技术,设计并开发了自动气象站嵌入式软件系统。通过对气象站业务流程和功能需求的分析,设计了系统的整体构架与数据结构。在此基础上,围绕模型、接口和功能设计了构件。通过对构件组装的方式,相同功能的模块在不同类型的气象站上得以复用,实现了软件的通用性。同时,构件之间低耦合、高内聚的特性,有效地改善了嵌入式软件开发与维护的方法。
  (2)在Visual Studio2008环境下,设计并实现了构件配置管理系统。通过分析系统的开发任务,确定了软件的整体结构,并且分模块设计了软件。通过图形化界面,系统为嵌入式软件的开发提供了参数设置、构件的查询、添加、删除、配置和提取等服务。此外,通过传输协议的改进与保护机制的设计,为构件维护过程中的软件质量提供保障,从而改善了基于构件嵌入式软件的开发与维护管理。
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