绑定机构
扫描成功 请在APP上操作
打开万方数据APP,点击右上角"扫一扫",扫描二维码即可将您登录的个人账号与机构账号绑定,绑定后您可在APP上享有机构权限,如需更换机构账号,可到个人中心解绑。
欢迎的朋友
万方知识发现服务平台
获取范围
  • 1 / 100
  (已选择0条) 清除 结果分析
找到 4214 条结果
[硕士论文] 张佳
测绘科学与技术 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:水汽是大气成分中重要的一部分,在全球气候变化中起着重要的作用,它在天气预报、天气灾害预测等多方面有重要的意义,并且水汽作为温室气体的一种,对全球气候变暖趋势有重要影响,水汽同时影响着许多遥感图像处理的精度。因此大面积,高时间分辨率的研究和估算某区域的水汽含量显得尤为重要。本文选择西北干旱半干旱地区为研究区域,因为其生态脆弱,对气候变化极为敏感,是水资源缺乏最严重的区域之一,水资源极大的制约了当地的经济发展,如果能够找到一种有效的方法监测其水汽变化对当地的生态环境及水资源利用的改善有积极的帮助。
  本文首先介绍了几种大气水汽的计算原理和优缺点,包括无线电探空技术探测大气水汽、地基GPS反演大气水汽、微波辐射计探测大气水汽、卫星遥感技术反演大气水汽。认为遥感技术反演大气水汽有其独特的优势,能够大面积,高时间分辨率的检测全球的大气水汽空间分布及动态变化。之后着重阐述了本文采用的大气水汽计算方法—MODIS大气水汽反演。MODIS大气水汽反演的原理是差分吸收法,采用水汽吸收通道与大气窗口通道的比率计算大气透过率,通过大气透过率可得到大气水汽值,本文分别采用两个通道和三个通道两种方法计算大气水汽值。论文还简单的介绍了MODIS1B数据预处理的流程,包括MODIS1B数据的几何校正、地图投影、去蝴蝶结、去云检测及影像的拼接与裁剪。
  利用MODIS三通道法和二通道法反演了西北地区大气水汽数据,并将该数据与无线电探空技术计算的大气水汽数据进行对比分析。MODIS三通道法计算的大气水汽平均偏差为3.26mm,均方差为4.16mm,相关系数为0.8355,MODIS二通道法计算的大气水汽平均偏差5.48mm,均方差6.62mm,相关系数为0.7214。经过误差分析表明MODIS三通道法更适用于本文所选研究区域。利用最小二乘法对MODIS三通道法得到的大气水汽结果进行改正。利用改正的大气水汽图像,分别采用规则的格网矢量和不规则的县界矢量对西北干旱半干旱地区的大气水汽值进行估算,得到区域水汽分布图。
  地面气象因子数据的时间分辨率较高,为一天24次,每小时一次,建立地面气象因子与大气水汽之间的相关性,就可实时的了解水汽的变化。气象因子包括气温、气压、相对湿度、风速。分别分析了同时间不同站点水汽含量与气象因子相关性与同站点不同时间水汽含量与气象因子相关性。同时间不同站点的大气水汽含量与气温、气压、相对湿度的相关系数的绝对值大于0.5,说明大气水汽含量与气温、气压、相对湿度显著相关,大气水汽含量与风速的相关系数绝对值小于0.3,说明大气水汽含量与风速不相关。同站点不同时间的大气水汽含量与气温、气压的相关系数的绝对值大于0.5,说明大气水汽含量与气温、气压显著相关,大气水汽含量与相对湿度的相关系数绝对值小于0.5大于0.3,说明大气水汽含量与相对湿度一般相关,大气水汽含量与风速的相关系数绝对值小于0.3,说明与风速不相关。对大气水汽含量与气温、气压、相对湿度进行多元回归分析,建立多元回归方程,根据回归方程就可实时的估算大气水汽,了解水汽的实时变化动态。
[硕士论文] 张雪婷
自然地理学 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:天山山区位于我国西北高寒地区,其固态降水在降水总量中占据重要的组成部分,降雪作为固态降水的主要形式,是山区水资源的重要来源之一。随着全球变暖的加剧,降水形态发生着相应的变化,表现为降雨增多,降雪或雨夹雪减少,由此可能会大大增加早春洪涝灾害、夏季水资源短缺和各种次生灾害等风险。本文基于天山山区1950s-1979年27个气象站点的日平均气温及标注的各类型降水资料,运用频率求交法和概率保证法并结合海拔高程,研究并分析了各站点降水形态转化的临界气温及固液态降水分离的阈值温度空间分布特征及原因,在此基础上利用此阈值温度分离天山山区1980-2015年的降雪量和降雨量,分析20世纪60年代以来天山山区不同降水形态的时空变化规律。最后运用各站点相关气象、地理和地形因子共八个自变量作为预测变量,采用传统的多元线性回归模型和非参数、非线性的随机森林模型模拟天山山区降雪量,探讨影响降雪量的主要因素,主要结论如下:
  (1)采用不同方法获取的天山山区1950s-1979年降水形态转化的临界气温(1.57-5.70℃)以及固液态降水分离的阈值温度(1.36-5.48℃),其统计结果的差值除库米什站外,其余各站相差不到1℃,通过比较分析临界气温与阈值温度的分布变化,可为不同降水形态的预报以及寒区水文构建与模拟中有关固液态降水分离的参数选取提供一定的参考价值。
  (2)临界气温和阈值温度均与海拔高程呈显著相关,整体上随着海拔高程的升高而增大,但并没有表现出一致性的变化。说明除了海拔之外,其他气象因素如大气压、大气湿度等可能对其也有一定影响。空间分布上,临界气温和阈值温度的变化均存在着异质性,呈现出北坡小于南坡的变化规律。
  (3)20世纪60年代以来天山山区降雪量和降雨量总体呈现显著增加趋势(P<0.01),线性增长率分别为0.35mm/a和0.59mm/a。空间分布上:天山山区全区降雪量和降雨量整体上呈增加态势,降雪量和降雨量各有55.6%和51.9%的站点通过0.05的显著性水平检验;降雪量和降雨量呈显著增加的站点基本上集中分布于北坡,南坡绝大多数地区其变化不显著。
  (4)分别运用多元线性回归模型和随机森林模型对山区降雪量进行模拟发现,随机森林模型精度指标R2、d及RSR值分别为0.74、0.93和0.51,对应线性回归模型的指标值分别为0.44、0.77和0.75,表明随机森林模型的模拟精度和模拟能力明显优于多元线性回归模型,回归模型仅仅能解释部分降雪的变化,降雪与各预测因子之间更倾向于一种非线性的关系。对比分析两模型的变量重要性发现,相对湿度、气温和经度对雪量的影响最大,海拔、坡向和纬度的影响次之,坡度和平均风速的影响最小。尽管两模型模拟结果存在差异,但影响降雪的主要因子基本一致。
[博士论文] 徐慧燕
地球探测与信息技术 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:本文针对菲特台风暴雨过程,围绕影响降水的主要物理因子,运用三维WRF模式中降水收支(大尺度地面降水收支、云微物理收支、雨滴微物理收支)与热量收支方程,定量分析各个物理过程对菲特台风暴雨的影响。具体研究成果主要涵盖以下几个方面:
  (1)基于大尺度地面降水方程的对流云-层状云降水分类方法下的对流云区盛行上升运动,水云微物理过程是主要的,层状云区的对流层中低层为下沉运动,冰云微物理过程是主要的,这表明基于地面降水方程的降水分类方法适用于三维WRF模式下的台风降水。
  (2)对流云区的水汽辐合产生凝结,通过雨滴碰并云滴产生对流云降水,将部分雨滴输送至层状云区;层状云区降水部分来自对流云区雨滴的输送,部分来自层状云区霰的融化;无论运用基于大尺度地面降水方程的降水分类方法还是运用基于降水率或者雷达反射率的降水分类方法,无论对于固定区域的台风降水还是风暴跟随坐标下的台风降水,上述结论成立。
  (3)降水效率主要取决于水汽辐合、凝结、雨滴碰并云滴、云凝物辐合,其中云凝物辐合至关重要,云凝物辐合主要由云凝物垂直平流增加所致,而云凝物垂直平流增加由垂直上升运动与云凝物在垂直方向上减小所致;云凝物辐散主要是由云凝物水平平流减小所致,而东风气流与云凝物在纬向方向上的减小或者南风气流与云凝物在经向方向上的增加可导致云凝物水平平流减小。
  (4)无论是否有冰云存在,水云的存在使得增强的辐射冷却从对流层高层向低层递减,促使抑制的层结稳定度从对流层高层向低层递增,减弱的垂直上升运动从高层向低层递增,使得垂直质量辐散作用增强,导致热通量辐散减弱,促使净凝结与降水减少;有水云存在时,冰云辐射作用对降水的反馈机制与上述机制恰好相反,最终导致降水增加;无水云存在时,冰云的存在会抑制辐射冷却,减少净凝结与降水。
  (5)分别用Hsie,Krueger,Zeng和Shen冰晶凝华增长方案对菲特台风进行模拟。结果表明,Shen方案模拟的台风强度以及降水与Hsie,Krueger方案接近,与实况接近。冰晶浓度较高时,Zeng方案会导致台风降水异常增大,登陆前台风强度异常减小,而Shen方案通过修正冰晶的凝华增长过程,使得降水接近实况,同时Shen方案通过消除由霰融化产生的强冷却作用,使得登陆前的台风强度增强且接近实况。
[硕士论文] 常明斌
电气工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:开展基于GIS及气象数据的电网灾害监测预警应用技术的研究,将电网GIS资源信息、专业气象信息进行数据关联分析,同时将分析结果扩展至移动端实现数据的集成及移动应用,可以大大提升电网灾害综合监测预警及应急处置效率,降低电网因灾损失。
  本文对基于GIS及气象数据的电网灾害监测预警应用技术研究,设计了专业气象数据采集、发送设备,并在全省1700多个气象及电网关键点部署气象数据采集终端,实现每10分钟将采集数据发送至气象数据采集服务器。在电网内网部署气象数据接收服务器通过防火墙、交换机等安全隔离装备,将专业气象数据接入电网GIS平台;在电网GIS平台实现将各类电网资源数据与专业气象数据进行坐标转换及位置匹配;同时采用大数据挖掘分析技术,开展专业气象数据、电网GIS数据、应急资源数据等数据集成,实现电网设备与气象、应急等数据的精确关联及定位影响分析;通过VPN等内网数据交互技术实现基于移动端的电网灾害监测预警移动应用。
  基于GIS及气象数据的电网灾害监测预警应用技术设计,有利于提高气象灾害预警与评估的精准度,更加精细地把握山东省气象灾害风险的空间分布格局,识别重点承灾体受灾的高风险区,为电网减灾防灾、综合监测预警、电力生产调度以及精益化应急管理提供可靠的信息保证和数据支撑,大大提高山东电网抵御各类自然灾害能力。
[硕士论文] 雷忠腾
摄影测量与遥感 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:大气水汽是地球大气的重要组成成分,其时空分布受到季节、地形、经纬度等多种参数影响,在天气系统以及地球能量循环的研究中具有重要价值。本文针对近红外波段水汽反演夜晚不适用的情况,在分析了热红外遥感对大气气体吸收特征的基础上,对MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer)的波段设置特点进行了深入研究,MODIS在热红外区3~14μm拥有多个水汽吸收波段,在考虑到传感器接受到的热辐射强度以及辐射穿透大气受到的衰减作用的基础上,选出了地表辐射最强位置且仅为水汽弱吸收波段的11μm、12μm两个波段,研究了两波段的水汽吸收特征。
  大气水汽反演以TIGR(Thermodynamic Initial Guess Retrieval)大气廓线集和MODIS31、32波段波谱响应函数为原始数据源,对大气辐射传输模型MODTRAN(MODerate resolution atmospheric TRANsmission)计算的大气水汽与大气透过率两个参数进行了回归分析,得出廓线集的大气水汽含量与两波段大气透过率比值二阶关系式模型。针对传统的分裂窗方法利用两波段亮度温度计算大气透过率比值时地表比辐射率比值默认为1导致水汽反演结果偏大的问题,本文引入NDVI(NormalizedDifference Vegetation Index)改进了地表比辐射率的估算模型,通过NDVI计算出混合像元构成,间接得到像元的地表比辐射率。研究选用北美地区2015年5~9月的MODIS影像为主要数据源,将传统方法与NDVI改进方法通过亮度温度计算得出的大气透过率分别代入二阶关系式中,对传统分裂窗方法水汽反演结果与MODIS近红外水汽产品以及地基GPS水汽数据分别进行比较分析,其二者均方根误差分别为0.766g/cm2和0.792g/cm2;改进方法与相同验证数据比较的均方根误差分别为0.641g/cm2和0.551g/cm2,可以看出改进方法明显优于传统分裂窗方法。另外,从水汽对比散点图同样可以看出传统分裂窗方法水汽反演偏高,NDVI改进方法有效的抑制了偏高的现象,在低水汽时尤为明显。
  本文针对上述两种方法在大气水汽反演过程没有考虑如地表温度、大气结构、原始数据TIGR廓线集以及传感器噪声等具有一定影响的因素进行了分析。分析表明水汽含量为4g/cm2时地表温度250K与330K可引起0.76g/cm2水汽反演误差;水汽含量为5g/cm2时,大气结构可引起0.90g/cm2水汽反演误差;传感器噪声每0.1K可引起0.1~0.2g/cm2水汽反演误差;通过选取不同海拔处的RAOB(RAwinsonde Observation)廓线比较了不同海拔廓线结构的变化,发现起始海拔对TIGR数据集分析结果没有明显影响。
[硕士论文] 孙旋
摄影测量与遥感 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:针对前人提出的全球气候变暖导致的高海拔地区升温快(即高海拔地区存在海拔依赖性升温)的问题,本文选择青藏高原地区作为研究区域进行了相关研究。考虑了青藏高原地区海拔高,对全球气候变暖响应明显的特点,研究了该地区的温度变化是否存在海拔依赖性,并分析其可能原因,以及对反照率是否为其影响因素做了进一步的探究。
  基于MODIS地表温度产品,结合数字高程模型,本文分析了青藏高原地区整体的地表温度变化趋势,研究了该地区温度变化与海拔的关系,以及不同地物、不同季节的温度随海拔变化趋势。研究发现青藏高原整体存在海拔依赖性升温,但各个季节的海拔依赖性不同,其中春、夏、冬季比较明显。草地、灌木和冰雪的海拔依赖性升温比较明显,具体表现为在海拔5000米以下表现出随着海拔的升高年际升温率增强的规律,在5000米以上则出现升温率下降的趋势,而裸地变化规律不明显。
  海拔依赖性升温受到多种因素的影响,本文着重分析了青藏高原地区海拔依赖性升温与地表反照率之间的关系。研究结果表明,青藏高原整体上升温率与反照率存在正相关关系,说明高海拔地区温度升温加快与反照率有关。另外,我们选择了具有代表性的两个区域(高原内流区和澜沧江流域),分析其温度变化是否存在海拔依赖性,及其与反照率的关系。研究发现不同区域不同海拔段的海拔依赖性趋势不同:海拔较高的高原内流区在3000-4800米海拔处表现出明显的海拔依赖性,升温率随海拔升高而增大;澜沧江流域在2000-3000米以及3600-4800米海拔段表现出明显的海拔依赖性升温;对比两个典型区的升温率发现,二者在5000米以上海拔升温率都有明显降低趋势。该结论与青藏高原整体的海拔依赖性趋势一致。
  通过分析两个典型区升温率与地表反照率之间的关系发现,高原内流区与澜沧江流域的反照率与升温率表现为显著的相关性,说明高原内流区与澜沧江流域是海拔依赖性升温的典型区域,但青藏高原整体的反照率与海拔依赖性升温的关系因研究地域地理特征不同而存在差异,因此探讨海拔依赖性问题还需对不同特征区域进行单独分析。
[博士论文] 柳锦宝
地球探测与信息技术 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:蒸散(ET)由土壤蒸发与植被蒸腾构成,是水汽传输与转移的重要组成部分。近几十年来,随着全球变暖、人口增长和经济的快速发展,全球很多地区都出现了干旱状况,地表蒸散也发生了较大变化。因此,正确的反演地表蒸散对了解和利用水资源,提高农业干旱和水文干旱监测水平等方面具有重要的研究意义,特别是对提高农业生产管理和全球气候变化方面有重大的评估意义。
  本文首先搜集整理了四川省的气象和遥感数据,并对数据进行了处理;其次,改进和优化了混合型线性双源遥感蒸散模型,应用此模型反演得到四川省的地表蒸散,并利用实际蒸散产品数据对该模型进行了精度验证和评价;再次,基于蒸散干旱指数研究了四川省的干旱发生及演进状况,同时,就其用于干旱监测的可行性进行了分析;然后,分析了四川省近15年的蒸散和干旱变化特征;最后,构建了四川省地表蒸散发布系统,为用户和管理部门提供服务。
  本文完成的研究内容及取得的研究成果如下:
  (1)通过对已有蒸散模型的总结分析,改进了混合型线性双源遥感蒸散模型,并利用模型反演得到四川省近15年的实际蒸散,就蒸散的变化趋势展开分析,研究表明:近15年来四川省实际蒸散呈现减少趋势,实际蒸散量最大值出现在夏季,其次分别是秋季、春季和冬季;并基于四川省区划以及地貌分区展开讨论,发现四川省川东盆地地区以及川南攀枝花等地的实际蒸散量要高于川西和川北地区。
  (2)利用四川省近15年的平均温度、最高温度以及最低温度数据,使用Hargreaves公式估算得到了四川省的潜在蒸散,进而对四川省潜在蒸散的变化特征进行了分析,研究表明:近15年来四川省潜在蒸散量升高或下降的变化趋势不明显,一直趋于平稳;在空间分布上,春季、秋季和冬季表现为由四川南部向北部递减的变化趋势,而夏季则表现为由四川东部向西部递减的分异规律。
  (3)计算了蒸散干旱指数(EDI),并分析了其用于干旱监测的可行性。利用前期得到的实际蒸散和潜在蒸散结果,计算得到四川省近15年的EDI值,并对EDI的时空动态变化特征进行分析;并进一步将EDI与PDSI和TVDI进行了对比分析,发现三种干旱指数在时空变化上具有一致性。研究表明:近15年来EDI呈现下降趋势;此外,各季度EDI均值都大于0.5,且最大值通常出现在春季和冬季,进而说明了研究区内极易发生冬春连旱;就空间分布而言,在干旱程度及干旱范围上EDI值具有明显的由四川东部或者东南地区向西部或西北地区递增的趋势。
  (4)基于互联网+和GIS技术实现了四川省地表蒸散数据的网络发布。相对于传统的文献资料管理,本系统在管理效率、互操作性和时效性上有很大突破。主要体现在将地表蒸散数据以图的形式直观地展示给用户,在一定程度上实现了四川省地表蒸散信息的可视化。另外本系统对于客户端几乎没有任何要求,方便用户操作。本系统以ESRI的ArcGIS Sever为开发平台,基于JavaScript和HTML语言实现。该系统除了常规的地图操作功能外,也具备地图打印和数据下载等功能,能够让用户快速且容易地获得四川省地表蒸散变化情况,为广大用户和管理部门提供服务。
[硕士论文] 刘方伟
摄影测量与遥感 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:Himawari-8卫星宽波段覆盖、高频次观测的特点可以在沙尘暴动态监测中发挥重要作用。而由于地表结构的复杂性以及云、气溶胶的影响,现有的方法在Himawari-8卫星沙尘暴监测中仍有较大的局限。为提高沙尘暴监测的精度和稳定性,本文提出综合使用Himawari-8卫星数据的时序信息和辐射信息监测沙尘暴的方法。最后将两种沙尘检测方法的监测结果分别与臭氧监测仪监测的紫外气溶胶指数产品和FY3B VIRR沙尘日监测产品对比分析,发现监测结果与两种沙尘监测产品空间分布基本一致,具有较高的精度。本文主要开展了以下几个方面的工作:
  (1)基于沙尘气溶胶的微观特性,探讨了沙尘气溶胶粒子的散射特性。并基于Himawari-8卫星的可见光红外辐射计(Advanced Himawari Image,AHI)的波段设计,对典型地物、云以及多类型沙尘光谱特性进行分析,实现了AHI数据的云检测,提出了中、热红外亮温差沙尘检测方法,构建了沙尘强度指数,以动态监测沙尘强度。
  (2)通过对中国区域几类典型下垫面的晴空表观反射率(亮度温度)的日变化分析,分时间段合成了各时刻晴空表观反射率数据集,基于晴空数据集设定动态阈值实现了云检测。利用BTD(11-12)沙尘检测、BTR(BTRC)(11/12)沙尘检测、BTR(BTRC)(11/8.6)沙尘检测和D*参数沙尘检测四个不同沙尘检测条件综合判断得到沙尘监测结果,并通过四个检测条件计算的沙尘浓度指数构建了总沙尘浓度指数,以此来判断沙尘强度。
  (3)运用Himawari-8卫星数据分别用两种沙尘检测方法开展沙尘监测试验,使用臭氧探测仪的监测结果和FY3B VIRR沙尘日监测产品进行了验证分析,结果表明,沙尘监测结果与臭氧监测仪监测的紫外气溶胶指数产品和FY3B VIRR沙尘日监测产品空间分布基本一致,可以达到较高的精度。
[硕士论文] 郎登潇
水土保持与荒漠化防治 四川农业大学 2018(学位年度)
摘要:干旱是全球最严重的自然灾害之一,因其持续时间长、影响范围广以及发生的普遍性,故而对社会经济发展、生态环境造成不可估量的损失,进而影响社会的可持续发展。本研究利用西南地区90个气象站1962-2013年的降雨、气温等气象资料,并将该地区分为四川盆地、云贵高原、青藏高原东缘、干旱河谷4个子区域,利用线性倾向率、Mann-Kendall非参数检验、反距离加权插值法分析该区降雨量和潜在蒸散发时空变化特征;通过一致性分析、干旱等级差异性分析等方法并结合各省市气象灾害大典及历史资料记载的干旱事实,分析了降水距平百分率(Pa)、相对湿润指数(M)、标准化降水指数(SPI)、综合气象干旱指数(CI)、Z指数等干旱指数在中国西南地区的区域适用性。对深入理解各干旱指数的区域适用性,提高干旱的评估与监测具有重要指导意义,也可为西南地区的水资源管理提供了一定的科学依据。研究结果如下:
  (1)西南地区近52年的平均降雨量为1198.1mm,以2.5mm/a的趋势在减少,且减少趋势非常显著(p<0.01)。四川盆地的降雨量最高1357.9mm,干旱河谷的降雨量最低为916.7mm,云贵高原和青藏高原东缘的降雨量分别为1342.2mm、948.1mm。
  (2)西南地区近52年的年均潜在蒸散发为3209.8mm,呈缓慢的增加趋势(0.9mm/10a)。其中云贵高原潜在蒸散发最高(3373.3mm),其次为干旱河谷(3341.4mm)、青藏高原东缘(2984.8mm)、四川盆地(2859.8mm)。
  (3)除M指数外,Pa、SPI、CI、Z指数两两间相互关系较好。
  (4)四川盆地、云贵高原、青藏高原东缘、干旱河谷适用性最好的指数均为Pa指数;四川盆地、云贵高原、干旱河谷适用性最差的指数为SPI指数,而青藏高原东缘适用性最差的指数为M指数。综合来看,Pa指数最适用于评价西南地区的干旱,而SPI指数适用性则最差。
  降雨量、潜在蒸散发存在明显的纬度差异,经度差异不明显,干旱情况在西南地区空间分布上也存在一定差异,这是由于西南地区独特的地形和气候条件造成的,体现出西南地区水文气象变化的独特性。
[硕士论文] 韩家琪
农业遥感 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:干旱是我国频繁发生的一种气象灾害,对我国社会、经济和环境带来了严重的影响。因此准确监测干旱的发生时间、发展程度和影响范围,对保障社会经济发展,促进生态环境恢复,维持区域和谐稳定具有重要意义。目前学者们建立了许多不同类型,不同特点的干旱监测指数,从早期的气象干旱监测方法到遥感干旱监测技术的应用再到近期综合干旱监测指数的提出,学者们一直致力于提出更加灵敏更加精确的干旱监测模型。随着大数据的发展,大数据的相关理念和技术为这一目标的实现提供了新的契机。本文在前人研究结果的基础上,将大数据思维应用到干旱监测中,创新了干旱监测方法,并据此进一步分析了我国干旱时空变化特征。主要的研究内容如下:
  (1)讨论分析了基于空间数据仓库的大数据干旱监测体系结构,从数据采集、数据集成处理、数据分析和数据应用四个方面,系统阐述了大数据干旱监测应用的完整流程。
  (2)利用降水、地表温度、植被信息、蒸散、土壤有效含水量、土壤质地类型、高程以及坡度等多源数据,构建了土壤水分估算模型,以满足全国干旱监测的需要。在研究过程中,针对多源数据的空间完整性不一致问题和模型训练空间与应用空间不匹配问题,本文提出了“金字塔”型多层级的土壤水分估算框架,实现了全国土壤水分的全覆盖监测。通过站点实测数据的交叉验证结果表明,该方法的估算精度良好且较稳定。相关系数值处于0.56到0.7之间,平均误差和相对误差也相对较低,分别在4.16到5.22和0.66到0.78之间。与TVDI的监测结果对比表明,多层级的土壤水分估算方法对土壤干湿情况的监测比TVDI更精确。通过多层级的土壤水分估算方法,建立了全国2000-2014年10cm深度层的1km分辨率的土壤水分信息数据集。
  (3)基于前文计算的1km分辨率的中国土壤水分信息数据集,引入了SMCI指数对于旱进行了监测。利用线性趋势分析法、频率分析法等分析了2000-2014年我国干旱发生的空间分布及时空变化特征。干旱的趋势分析结果表明,我国北方干旱程度大于南方;大部分地区的干旱发展趋势保持稳定,没有明显的加剧或者缓解的趋势,但是在夏季和冬季,分别表现出北方部分地区极显著缓解和中南部部分地区极显著加剧的趋势。干旱的发生频率分析表明,在月尺度上,北方的干旱发生频率整体上高于南方;在季节尺度上,北方一年四季的干旱发生频率都较高,而南方夏季和秋季的干旱发生频率则高于春季和冬季,整体上看,冬季的干旱发生频率为一年之中最高。
  (4)以2013年7月湖南特大干旱为例,探讨了微博数据在干旱监测中的应用前景。分析表明,微博数据对干旱事件的发展过程存在响应,但是这种响应特征只有在干旱发展到一定阶段后才逐渐凸显。通过将微博数据的干旱监测结果与国家气候中心的监测结果进行对比发现,基于微博数据的干旱监测结果存在一定的夸大情况,但是总体上反映的干旱空间分布特征和趋势与国家气候中心的监测结果是一致的。
[硕士论文] 周凌芸
公共管理 广西大学 2018(学位年度)
摘要:在自然灾害治理进程中,世界各国防灾减灾认识、能力都在不断改变和提升,灾害治理范式发生转变,即从对灾害的控制到与灾害共存,从临灾的抢险救灾转为灾前的风险防控,从以结构性措施为主逐渐走向非结构性措施为主的综合防灾减灾。在各项灾害治理得到长足进步的同时,山洪灾害由于分布广、突发性强的突出特点,结构性措施不足以很好的控制灾害风险,因此,以预警为核心的非结构性措施成为治理山洪灾害的主要方式,通过及时有效的预警可以促使人们在灾害来临前提前采取行动转移避险从而达到防灾减灾的目的。
  本文运用自然灾害风险管理等理论,对广西山洪灾害治理的现状和进程进行梳理分析,在借鉴国外尤其是在防灾减灾有着丰富经验和代表性的日本、欧盟、美国等国家在预警体系建设方面的做法,结合实现自然灾害统一管理、资源进一步整合等现实需要,重构了适用于广西并能在全国推广的山洪灾害预警体系,包括风险识别与评估、预警信息发布与传播、应急处置能力建设、保障体系等四个部分,并从制度化、专业化、社会化的角度提出进一步完善广西山洪灾害预警体系建设的对策和建议。
[博士论文] 左冬冬
复杂系统 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:气象灾害一直困扰着社会的健康发展,给全世界人民带来了巨大的经济损失。而受全球气候变暖影响,未来全球极端气象灾害可能出现多发、频发、重发趋势,给全球农业生产安全带来极大风险,同时伴随着经济发展带来的暴露度扩大,未来气象灾害造成经济损失的可能性将增加。而我国人口基数大,人均耕地面积少,水资源匮乏,同时又存在水污染严重,荒漠化和水土流失严重,草原生态、海洋生态严峻,大气环境恶化等一系列问题。因此,探讨灾害风险形成机制、评价灾害风险,进而对风险进行管理已成为经济可持续发展的重要科学基础。目前有关灾害风险的研究已有一定的基础,但此类研究多从风险要素即致灾因子、脆弱性、暴露度等角度出发进行风险评估,同时这些研究多是从风险厌恶的角度对气象风险进行审视,而忽略了风险承受体的差异,即无法区分风险厌恶和风险追逐群体的差异性。“风险”本源于经济学领域,经济中有关风险的研究已有数百年的发展历史,而目前气象灾害的评估工作从数理经济的角度开展相关灾害风险评估的研究却十分稀少。因此,本论文尝试从数理经济学的角度开展中长期气象灾害风险评估方法的研究。
  本文首先利用经济学中的效用定义,将以往评估的焦点由损失大小的评估转变为效用大小的评估,从而使模型体现出风险承受体的特征,同时也更能接近承受体的风险感知大小。在总结以往风险定义的基础上,本文从效用的角度重新给出了风险的定义,即未来某一时段内风险承受体对未来可能出现的损失表现出的担忧程度。进而利用效用的特性将中长期的风险过程视为效用围绕一线性增长趋势下的波动过程,波动的归因即为气象因子的变化。从而可利用随机数学方程对该波动过程进行描述。基于破产理论的知识给出了本文风险的数学表达,即求解该随机过程中效用低于给定效用阈值的概率大小。进而利用复合Poisson过程的假设,首先讨论风险三要素(致灾因子、脆弱性、暴露度)的风险模型,并推导出了该过程的风险概率表达式。另外在气象灾害风险评估中,防灾、减灾能力是风险评估中的重要因子,因此本文利用相依风险模型重新讨论了在复合Poisson过程假设下风险概率的解形式。但考虑到现实中的随机过程未必能很好地符合复合Poisson过程的假设,并且效用损失大小也难满足指数分布的要求,因此基于上述复合Poisson过程的假设给出的风险概率解形式很难直接用于实际问题的分析。为此,本文讨论利用最大熵原理给出的概率分布函数将一般过程转变为满足复合Poisson过程的可能性,并利用计算机模拟方法进行验证。最后论文以干旱为例,对比分析了常规的copula方法和本文提出的风险分析方法得到的干旱风险结果。本文的主要结果有:
  (1)对于中长期的风险过程可以利用随机方程进行描述,根据初始效用与效用阈值的大小差异,可将该风险过程划分为两类:一类为正风险过程,另一类为负风险过程。并得到了两类随机过程在复合Poisson过程假设下风险概率的一般表达式,同时给出了效用损失满足指数分布时的特解形式。
  (2)将防灾、减灾项视为效用损失的相依过程,得到了复合Poisson过程假设下两类风险过程的风险概率的一般表达式和Lundberg不等式。
  (3)基于最大熵原理给出的分布函数能很好的拟合干旱历时和干旱强度的分布,并且基于该分布建立的二维概率分析模型优于常规利用指数分布和Gamma分布分别拟合干旱历时和干旱强度得到的结果。
  (4)计算机模拟验证表明,基于最大熵原理给出的分布函数能将等待间隔符合Gamma分布的样本转变为符合指数分布的等待间隔,使得一般过程转变为满足复合Poisson过程成为可能,并且计算机模拟得到的风险概率与理论计算得到风险概率有很好的一致性。
  (5)利用月尺度的SPI数据和Copula方法分析显示我国的干旱中心有着明显的周期特征,从1961-2015年每隔10年,干旱中心的位置依次处于华北—东北—西南—华北—东北—西南。基于相同的SPI数据分离得到干旱等待间隔和各次干旱的强度大小,并将该强度视为每次干旱导致的效用损失大小,经验证:干旱等待间隔满足指数分布而效用损失也可用指数分布进行表达。利用复合Poisson过程的风险概率结论,计算了1961-2015年的整体干旱风险和每10年的干旱风险大小,结果显示,1961-2015年整体的干旱风险特征为我国南方尤其是长江以南地区,东北地区和新疆北部地区的风险高于其它地区的风险。而每10年的干旱风险概率计算表明,干旱风险的空间分布与利用Copula方法得到的风险结果有着高度的空间一致性。
[硕士论文] 魏瑞琪
地图学与地理信息系统 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:攀西地区是我国长江上游的生态屏障,对整个长江流域生态环境建设及其经济发展有着非常重大的影响,但近年的统计发现,随着气候干旱化趋势加重,攀西地区作物受灾和绝收的面积不断增大,旱情有逐年加重的趋势。在此情况下,将已在灾害学与生态学中运用较为成熟的“3S”技术引进到本次攀西地区干旱脆弱性评价研究中,通过对干旱脆弱性专题数据的收集、储存、管理、运算、显示、分析等处理,能够为研究区干旱脆弱性评价模型的建立提供数据支持与理论基础。
  在大量阅读分析相关领域研究成果基础上,选取多时相卫星遥感数据与气象数据,综合运用空间信息技术,对攀西地区干旱环境进行遥感调查与监测,在此基础上,结合该地区相关自然地理数据,根据科学评价原则,基于AHP-熵值法组合模型对该地区2008年至2012年干旱脆弱性进行评价,并对其时空变化特征进行分析。
  本论文的主要研究内容如下:
  (1)基于气象数据与遥感数据的干旱时空特征分析。基于攀西地区气象站点2008-2012年逐月降水数据,分析各个站点的降水变化特征及趋势;利用标准化降水指数(SPI)在干旱分析中的优势,并依据气象干旱等级国家标准将SPI划分为5个等级,对研究区整体及分站点的干旱情况进行分析;以2008-2012年攀西地区标准化的NDVI和LST遥感数据为基础,在ENVI环境下,使用IDL语言编程,输出逐月的NDVI-LST特征空间散点图,确定干、湿边方程参数,实现研究区基于像元的逐月温度植被干旱指数(TVDI)反演,并用土壤墒情数据进行验证,以得到攀西地区干旱分布的空间特征。
  (2)构建攀西地区干旱脆弱性评价模型。构建攀西地区干旱脆弱性评价模型从自然潜在脆弱和人为干扰脆弱两个方面,选取具有代表性的TVDI、SPI、土壤可蚀性(K值)、高程、河网密度、有效灌溉面积、植被覆盖、城市供水总量和土地利用共9个指标,构建研究区干旱脆弱性评价指标体系;利用AHP-熵值法组合模型得到指标主观与客观权重,结合博弈论法确定各指标的综合权重,计算得到研究区干旱脆弱性评价结果,并引入TOPSIS法对评价结果进行潜在、微度、轻度、中度、重度5个等级划分,最终得到攀西地区干旱脆弱性时空分布结果。
  (3)攀西地区干旱脆弱性时空变化及影响分析。通过对不同年份的干旱脆弱性评价结果进行空间动态变化分析,得到基于像元的干旱脆弱性相对变化。对评价结果和各指标进行空间位置相关性分析,明确影响研究区干旱脆弱性的主要因素;对评价结果与其他社会经济因素做相关性分析,得到两者之间的相互联系。并基于以上结果对研究区进行干旱脆弱性分区,针对性地提出相关治理建议,为研究区干旱环境的认识以及旱灾的预警和防治提供了理论依据。
[硕士论文] 张楠
环境工程 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:气象干旱事件是影响人类生活的重要事件之一,严重时可以发展为干旱灾害。在中国,气象干旱事件频繁发生,造成影响巨大,对人民生活与工农业生产发展极为不利,研究干旱事件的特征与发展趋势迫在眉睫。本文主要基于中国1961年1月到2016年11月的月尺度标准化降水指数,针对研究角度建立干旱事件模型,通过数字化与图像化手段对干旱事件的空间、时间以及强度属性进行定量化研究,探究其在季节性的特征下的频率特征以及在连续性长时间影响下的干旱事件面积占比特征。因此,将干旱事件的发生频率等强度属性与其影响范围等空间属性结合,从频率强度、波及范围、时间持续性三个角度对干旱事件进行分析,得到以下结论:
  (1)全国整体干旱事件发生趋势较明显,在胡焕庸线东南侧发生的干旱事件频数整体上高于在胡焕庸线西北侧的地区;频数变化较大地区在胡焕庸线两侧聚集。因此,干旱事件发展趋势与胡焕庸线的形成机理保持正相关性,从一定程度上证明中国干旱事件的发展与自然地理情况、社会发展与人口活动情况有极大的关系。
  (2)在地理空间上,特旱事件一般都是各干旱事件的核心区域。按季节划分统计干旱事件频率发现,所有地区夏季干旱事件发生频率最高;东北、西北、西南地区以春、夏、秋旱为主;华北地区以夏、秋旱为主;华东、中南地区以春、夏旱为主。
  (3)按年代划分统计干旱事件影响面积占比发现,面积占比最高的为中旱事件,华东地区受不同等级的干旱事件影响范围波动较大,其余地区较稳定;西北地区受干旱事件影响面积最大的是轻旱事件。
  (4)在进行干旱事件发生区域综合评价时,建立了以频率高低与面积占比大小两个维度为标准的评价体系,揭示了东北地区是最严重的干旱事件影响区域,西北地区是最轻微的干旱事件影响区域。这一结论与全国干旱事件频数分布趋势吻合,进一步验证了数据的可参考价值和模型的准确度。
[硕士论文] 马玉硕
建筑与土木工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:阵风、台风等作用下,风效应具有明显的非平稳特征。如何描述非平稳风速模型及风效应特性等,是当前研究的热点和难点问题。本文在已有非平稳风速评价方法的基础上,提出非平稳风速分解的三分量模型,分析了不同分量的特征,旨在揭示非平稳风的构造规律。此外,开展了膜结构风效应实测,分析了实测风效应非平稳特性并进行了结构模态参数的识别。主要工作包括以下内容:
  (1)将风速非平稳度定量评价方法拓展至风效应分析中,研究信号中不同周期分量对总体信号非平稳程度的贡献,并评价了不同平稳化处理方法的效果。结果表明,风效应信号的不同周期分量中,慢变趋势项的非平稳程度更明显。以时变标准差为调制函数进行平稳化处理时能更好的降低原始信号的非平稳程度。
  (2)以非平稳风效应评价方法为基础,提出了非平稳风速分解的三分量模型,明确了非平稳风速实现平稳化处理的分解原则及计算方法。采用该分解模型对实测风速进行了分析。结果表明,此分解模型中的平稳脉动风速具有较强的独立性,而时变标准差与缓变风速之间相关性较强,其比值关系接近平稳风速模型中湍流强度的含义。
  (3)进行了伞型膜结构风效应实测,采用三分量分解模型对获得的风致位移响应的非平稳特性进行了分析。此外,对强风作用下结构的位移响应进行识别,得到了膜结构的模态参数,分析了结构阻尼比的非线性效应。结果表明阻尼比与振幅有较好的相关性,随振幅增大而增大。
[博士论文] 周苏
空间物理 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:极光卵是分布在磁纬60°到80°之间的环绕着磁极的带电粒子沉降区域。该区域伴随显著的极光现象。引发极光的沉降粒子通常称为极光粒子。除了卵状极光带,还存在一些中尺度的局地极光,它们部分或者完全与极光卵分离而独立存在。伴随极光的粒子沉降是连接磁层和电离层的纽带,研究极光卵和局地极光的形态和变化对解释太阳风-磁层-电离层耦合过程有重要的意义。以往受地面观测有限和粒子在轨观测的时空覆盖不足的影响,人们对极区粒子沉降能量的变化特征和形成机制的研究尚不够深入,包括沉降能量在极光卵的分配随太阳风、行星际磁场和地理条件的变化情况,以及沉降能量受太阳辐射和地磁活动的相对影响。近年来随着TIMED和DMSP卫星的发射,它们搭载的远紫外成像仪器提供了大量的极光观测数据,为开展上述研究提供了良好的时空覆盖。这些全球性的极光成像观测同时也探测到了形态丰富的局地极光,包括位于极光卵外的孤立极光,可为研究具体的太阳风-磁层-电离层耦合方式提供线索。基于以上背景,我们融合多个成像观测仪数据,如TIMED/GUVI,DMSP F16/SSUSI、F17/S SUSI和F18/S SUSI,聚焦于粒子沉降能量在极光卵内外的分布与形成机制,开展了以下研究:
  (1)首次开展多星成像数据的融合,并定量区分了地磁活动和太阳辐射通量对夜侧粒子沉降总能量的相对影响。利用了TIMED/GUVI和多个DMSP/SSUSI仪器的多年的长期观测,获取了多个成像仪观测数据之间的相互校准系数,将这些观测数据融合在一起。在此基础上,按照不同的地磁活动水平(以Kp指数为代表)和太阳辐射水平(以F107指数为代表)将观测数据分类,以区分二者对半球沉降总能量的相对影响。结果表明,地磁活动宁静时期(Kp=1),夜侧的粒子沉降能量在太阳活动高年比太阳活动低年大幅减少,而随着地磁活动的增强(Kp=3),粒子沉降能量对太阳活动依赖性显著减弱。
  (2)获取了夜侧沉降能量在极光卵内的分配随季节、地磁活动和太阳活动的变化而演化的规律。通过分析DMSPF16/S SUSI卫星在2004-2015年期间对南半球极光能量通量的观测数据,发现在地磁宁静至小扰动条件下(Kp<=4),冬季极光卵能量的分布受地磁活动的影响更显著,随着Kp指数的增加,冬季强极光能量倾向于沉降到午夜后的区域。而夏季极光卵能量受太阳活动水平变化的影响更显著,其原因在于我们发现的一个新的现象,即夏季极光在午夜前和午夜后区域后对太阳活动水平响应不一致,即午夜前极光随太阳活动增加而显著减少,然而午夜后极光随太阳活动的变化不明显。这些能量的分布和变化预期会影响高纬地区的热层和电离层,并进一步影响中低纬区域。
  (3)联合极光与波动观测并结合理论模拟,发现磁暴恢复相期间孤立质子极光,并揭示了其可能的波粒相互作用过程。该孤立极光出现在增强的太阳风动压和北向行星际磁场条件下,处于一个中等磁暴的恢复相期间,并同时出现在南北半球磁纬60°到65°之间,位于极光卵外侧,在南北半球分别被POES19和DMSP F16卫星探测到。两颗卫星上的成像仪和粒子在轨探测器均捕捉到此次孤立极光事件。我们进一步的分析了同时期同地点的高能粒子在轨探测和地面EMIC波探测数据,并模拟了相同条件下等离子体层等离子体密度的变化。基于以上观测和模拟发现,该南北半球孤立质子极光很有可能是共轭的,且与以往大多数观测不同,主要由20keV到几百keV之间能量的高能质子沉降导致,未伴随明显的电子沉降。其形成原因可能是,增强的太阳风动压压缩环电流的高能离子,激发出EMIC波并与磁暴恢复相期间大量聚集的高能质子(20keV以上)相互作用,最终形成这一罕见的高能质子极光。
  本文的研究工作为人们理解粒子沉降能量分布提供了新的认识。极光粒子沉降能量的分布和变化,将显著改变极区焦耳加热能量的分布和变化。这些高纬能量的变化预期会显著影响电离层和热层。本文的研究为人们开展太阳风-磁层-电离层-热层耦合研究提供有利的基础,可为粒子沉降能量建模,以及强极光的探测和地基极光观测的选址等提供指导。我们在以后的工作中将会继续结合DMSP卫星和其他的卫星一起研究孤立极光事件,深入讨论这些事件涉及的太阳风-磁层-电离层耦合机制。结合电离层和热层观测,可进一步探讨极光能量分布的变化以及大尺度极光弧产生的电离层/热层效应,探讨具体的太阳风-磁层-电离层-热层耦合方式。
[博士论文] 唐超礼
光学 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:大气参数时空分布在大气辐射传输计算、光学工程大气影响评估和矫正等方面有着重要的应用价值,研究中高层大气参数的时空分布特性对于确定高空大气的动力学和能量收支以及低轨道卫星的空间环境评估等都具有重要意义。本文在总结了国内外中高层大气参数时空分布研究的基础上,开展了利用长期积累的探空数据集对全球对流层顶结构的时空变化研究,以及利用长期卫星观测数据对临近空间大气温度、臭氧的时空分布研究和热层一氧化氮红外辐射冷却率的全球分布研究。发现了中高层大气参数长期变化的一些新规律,主要研究成果如下:
  (1)通过对全球海量探空廓线数据的分析研究,我们获得了全球对流层顶高度和温度的时空分布特性和变化趋势。全球对流层顶高度整体抬升率是~220米/十年,而全球对流层顶温度的十年变化率是-0.60K/十年。全球各纬度带的对流层顶高度变化率在纬度分布上呈现“U”型分布。全球各纬度带对流层顶温度都呈现长期变冷的趋势,且对流层顶温度的十年变化率在高纬度比中纬度和低纬度小。研究结果表明高纬度和低纬度间的对流层顶高度之差逐年缩小;而高纬度和低(或中)纬度间的对流层顶温度之差逐年扩大。
  (2)通过对SABER数据集中温度廓线的分析研究,我们获得了临近空间大气温度在高度和纬度上的分布特性,以及太阳11年周期活动对临近空间各高度层大气温度长期变化趋势的影响情况。临近空间大气温度在南北半球纬度分布上基本是对称的。65km以上大气温度年际变化与太阳11年活动周期是显著相关,且大气温度对太阳活动的响应幅值基本上是随着高度的增加而逐渐递增。中间层顶温度以及对太阳活动的响应值在纬度分布上都呈现“V”型分布;响应值的标准差在纬度分布上呈现“W”型分布,而它们间的相关系数呈现“M”型分布;研究结果表明中间层顶各纬度带温度对太阳活动响应的波动大小取决于它们在该纬度带对应的相关系数大小,相关系数越小,波动幅度越大,反之亦然。
  (3)通过对SABER数据集中臭氧廓线数据的分析研究,结果显示中间层顶不仅是临近空间大气温度的极小值区域,也是臭氧混合比的极大值区域。SABER观测结果进一步验证了南北两极地区上空臭氧洞的存在,且南极地区臭氧空洞比北极上空的大。临近空间臭氧在纬度带分布上基本是南北半球对称,而其对太阳11年周期活动的响应是南北半球不对称的,尤其在中间层顶区域的响应值基本上从南极地区向北极地区递减。全球中间层项臭氧的年际变化与太阳辐射、氧原子、大气温度的长期变化是强相关的,而与氢原子的长期变化是不相关的。
  (4)通过对SABER数据集中NO红外辐射冷却率数据的分析处理,我们给出了NO辐射冷却率在热层(高度100km~280km,时间2002~2016)的时空变化过程。结果显示NO辐射冷却率以及对太阳和地磁活动的响应幅值在南北半球纬度分布上基本都是对称的,且热层NO冷却率的长期变化在100~225km高度间和太阳11年周期变化一致;地球的地磁活动对100~190km高度的NO冷却率年际变化有显著影响。太阳活动和地磁活动对NO红外辐射冷却率变化的影响不同之处主要体现在:在同一高度层太阳活动对NO冷却率的影响是随着纬度的增加而减少,而地磁活动对NO冷却率的影响是随着纬度的增加而增加。该研究首次获得了地球热层的NO冷却率对太阳活动以及地磁活动的响应系数及其随高度和纬度的空间分布规律。
[硕士论文] 齐麟
大气物理学与大气环境 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:在全球尺度明确云层的垂直分布对于理解云的宏观及微观物理性质、云辐射强迫以及对于检验气候模式模拟结果都有重要意义。本文利用中分辨成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)和云廓线雷达(Cloud Profile Radar,CPR)2008年全年的融合资料,针对具有多层结构的洋面暖云系统,研究了其在全球尺度的空间分布和垂直结构特征。得到如下结论:
  通过修正传统的基于云顶温度的暖云判据,对所有含有暖云单体的云层进行分类和统计,结果显示占据主导的l至4层云的样本占比分别为:68.43%、20.27%、7.8%和2.5%。在全球空间分布上,单层云(1层)与多层云(2至4层)差异明显,尤其是分布密集区的位置迥然不同。同样作为多层云,2层、3层和4层三类云的空间分布形式极为接近,云量分布密集区域和稀疏区域在这三类云中高度重合。考虑到单层云和双层云在发生频率上的绝对主导地位以及多层云本身在空间分布上的相似性,本文主要对单层暖云(Single Layer Warm Cloud)、双层半暖云(Double Layer Semi-warm Cloud,上层冷云下层暖云的双层构型)和双层纯暖云(Double Layer Warm Cloud,上下两层均为暖云的双层构型)进行了进一步的统计分析。结果表明,单层暖云、双层半暖云和双层纯暖云三种构型的占比分别为77.14%、19.15%和3.71%,并且三种构型暖云的全球分布形式差异明显。在云顶高度、云底高度及云层厚度等结构参数上,双层半暖云的下层暖云单体与单层暖云单体的统计特征极为接近,显示了两类暖云单体在几何结构上的相似性。这表明双层半暖云中上层冷云的存在并未对下层暖云在结构上造成显著影响,洋面上双层半暖云系统中的上层云和下层云可能多源于独立的成云过程,仅是不同高度云层在水平位置上的交叠导致了此类双层构型。双层纯暖云构型中上层暖云单体的结构特征明显异于单层暖云单体,下层暖云单体则与单层暖云单体较为接近,但其云顶高度和云层厚度相比于单层暖云单体显著偏小。另外,该双层构型中的下层暖云单体越薄,上层暖云单体越能向更高更厚发展。以上结果一致表明双层纯暖云系统中上层暖云与下层暖云的发展有一定的相互制约关系,两层单体暖云在生消变化中具有潜在的物理联系。针对以上三种典型构型暖云的云内反射率垂直结构的分析结果显示,单层暖云、双层半暖云下层暖云以及双层纯暖云下层暖云三类暖云单体的反射率垂直分布具有极高的相似度,其反射率廓线主导模态一致,最小值多出现于云顶,且在垂直方向上具有较高的不均一性。双层纯暖云上层暖云单体具有迥然不同的反射率垂直分布,这主要体现在主导反射率廓线模态的差异和垂直均匀程度的不同。以上表明双层纯暖云系统中的上层暖云,是一类独特的暖云单体,其发生发展机制以及微物理性质很可能与一般暖云单体存在较大差异。
[博士论文] 秦放
地球物理学 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:降水暖云是指云顶温度高于0℃并产生降水的云,它是广泛分布于热带及副热带洋面的重要云类型之一,对热带及副热带洋面的总降水量具有显著贡献。降水暖云的时空分布及变化对对流层的中低层中的水汽分布也起到重要作用,并且对地气辐射平衡有着显著的调节作用。由于在洋面受到观测条件的限制,我们对洋面降水暖云宏观参数的大范围时空分布、微物理参数结构特征及其辐射特征缺乏系统的认识,从而影响了气候模型模拟气候的不确定性。本论文利用热带测雨卫星TRMM上搭载的测雨雷达(PR)和可见光/红外扫描仪(VIRS)的探测结果和反演的云参数数据集,研究了热带及副热带太平洋降水暖云的降水和云参数的时空分布及垂直结构特征,并基于云参数特征,利用辐射传输模式计算评估了降水暖云的辐射强迫效应,并对比分析了极端强和极端弱的降水暖云的降水特征、云参数及辐射强迫特征的差异。
  1.降水暖云时空分布特征
  本研究揭示了降水暖云主要分布在热带及副热带太平洋的热带辐合带(ITCZ)及南太平洋辐合带(SPCZ)及西北太平洋区域,其中东南太平洋和夏威夷东侧洋面上的降水几乎为降水暖云。根据降水暖云在太平洋上的地域性特征差异,本文把降水暖云划分为三类:阶段性降水暖云、混合型降水暖云和纯降水暖云。(1)阶段性降水暖云属于降水系统发展过程中的一个阶段,它午夜多、白天少,降水频次可达2.2%,对总降水贡献小于40%,降水回波顶高度达5.5km;这类降水主要位于太平洋ITCZ及其两侧的偏东信风区,即副高南侧的赤道东风带上,大气中层为副热带低压槽和赤道槽,这里对应上升运动或弱下沉运动、不稳定大气或中性大气层结。(2)混合型降水暖云位于ITCZ中段至东段北侧的偏东北信风区,它午夜至凌晨出现、午后稀少,频次小于1.2%,对总降水贡献达80%,回波顶高度达4km。(3)纯降水暖云位于ITCZ中段至东段的南侧东南信风区,它们午夜至早晨出现、午后稀少,频次小于1.3%,对总降水贡献均达95%,回波顶高度可达4km。混合型降水暖云和纯降水暖云对应的海表温度为295~299K,低层大气风场为风向切变型,500hPa对应高压内的下沉运动,相对而言混合型降水暖云区域的大气相对稳定性差,故一些降水暖云能发展至较深厚的降水。
  2.降水暖云的云参数特征
  热带太平洋洋面的大部分降水暖云的云粒子有效半径多为15.6μm,对应云光学厚度和液态水路径约为16和140g/m2。在西太平洋暖池区云粒子较大(~16μm),对应光学厚度(~13)和液态水路径(~150g/m2)偏低。在夏秋季,高频次的暖池区云光学厚度明显低于冬春季,而东南太平洋云粒子和云光学厚度和液态水路径均高于冬春季。对于薄而高的降水暖云,云粒子较小,云光学厚度偏高,云亮温在273~283K,回波顶高度约在4~5km。厚而高的降水暖云,云粒子有效半径约为15.6μm,云液态水路径超过300g/m2,回波顶高度低于4km,亮温在273~283K。对于薄而低的降水暖云,回波顶高度高于3km,并且越高的回波顶高度云粒子显著偏大,特别是高于5km时,亮温约为283~293K。厚而低的暖云一般云粒子较大,亮温偏高并且回波顶高度多在3km以下。较小的降水暖云的云粒子多出现在0900~1000LST时和1200~1300LST时,大气累积太阳辐射热量增加洋面水汽,暖云粒子半径增大,云光学厚度和液态水路径也相应变大。并且云粒子上层偏小下层偏大,早至中午时云粒子下降过程碰并产生了更大云粒子在更低的高度上,产生的降水更强对应的雷达回波更大。而在1500~1600LST时云光学厚度和液态水路径明显大于其他时段,并且对应云粒子在上层偏大而下层偏小,云粒子在下降过程中衰减为更小粒子,降水强度弱回波强度低。
  3.极端弱和强降水暖云的降水、云及辐射强迫特征
  极端弱和强降水暖云发生高频次区域与总降水暖云分布基本一致,集中分布在西北太平洋、西太平洋暖池、ITCZ和SPCZ区域,并且极端强降水暖云频次略高于弱降水暖云。此外,西太平洋暖池区上的降水暖云多为极端弱降水暖云,区域上不稳定度较大,多伴随更强对流运动,与浓积云关系密切。而印度尼西亚群岛洋面、SPCZ和墨西哥西侧洋面的降水暖云多发生极端强降水暖云,占总降水暖云16%以上,多为阶段性降水暖云,并受到下垫面为大陆或者岛屿的影响,产生降水强度更强。极端弱降水暖云的云粒子有效半径略大于极端强降水暖云,云光学厚度和液态水路径集中分布于14和120g/m2,而极端强降水云分别为15.6μm、26和250g/m2。高亮温一般对应较低的回波项高度,在回波顶高度低于约3.5km时,极端强降水暖云的碰并凝结过程中增大的粒子有效半径产生更强的降水。但在极端弱降水暖云中,由于回波顶高度需要达到一定阈值高度满足降水形成,亮温的增大对应回波顶高度的减小不明显。弱降水暖云可产生约-0.5W/m2的负辐射强迫,这种负辐射强迫比极端强降水暖云的负辐射强迫小约-3W/m2,并且暖云辐射强迫受云量分布和云光学厚度的影响明显。早晨时段极端强降水暖云产生的负辐射强迫明显高于傍晚时段,约为-0.3W/m2。而极端弱降水暖云在产生较强的负辐射强迫多发生于1400~1500LST。
[硕士论文] 徐春燕
光学 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:大气光学湍流影响地基天文望远镜观测质量、破坏激光传输特性,制约光电工程的应用,因此能够模式估算和测量光学湍流意义重大。由于不同下垫面大气光学湍流的产生和发展存在较大差异性;近地面层湍流对整层湍流的贡献存在差异性。因此对不同下垫面大气光学湍流测量和模式估算进行研究具有很重要的实际应用价值。本论文由两部分工作组成,即对南极内陆天文选址而研制的一套多层大气参数测量系统进行调试和测试,和对成都、茂名以及南极泰山站的三个不同下垫面测量得到的常规气象参数进行模式估算C2n以及C2n的统计分析。本文主要工作归纳如下:
  (1)完成了南极近地面多层湍流与气象参数测量系统的测试。通过室内超声风速计和温度脉动仪的仪器噪声测试、室外的一致性测试和分层对比测试,结果表明:超声风速计仪器噪声等效的C2n为2×10-16m-2/3,温度脉动计系统噪声等效C2n不超过2×10-18m-2/3;白天利用超声风速计观测得到的C2n与用温度脉动仪观测值相近,夜晚前者观测得到的值比后者大2-10倍。
  (2)比较了成都、茂名、南极泰山站这三个下垫面的C2n测量结果。湍流强度大小由高到低分别为茂名、成都、泰山站。其中成都和茂名地区白天的C2n值大于夜晚的C2n值,峰值一般出现在中午时刻。而泰山站白天所测得的C2n值要比夜间的小,峰值一般出现在凌晨。三个地点的C2n值都呈现出日变化规律,日出后与日落前大约一小时,观测得到的大气折射率结构常数都会出现最小值,且该时刻与两层温差等于0的时间点一致。
  (3)在Monin-Obukhov相似理论基础之上,利用观测得到的两个高度层上的大气常规气象参数(温度、湿度、风速)估算了成都、茂名、南极泰山站这三个不同下垫面的近地面层折射率结构常数(C2n)。并采用了几种统计量(平均值绝对误差、均方根方差、偏差纠正均方根、相关系数),对这三地的近地面C2n模式估算结果进行了统计分析。结果表明:三地模式估算值与测量值的相关系数分别为0.87、0.92、0.72,利用气象参数进行模式估算C2n是可行的。
  (4)分析了C2n的模式估算和测量存在偏差的原因。相似理论适用条件受限、温度传感器测量精度有限、以及不同的下垫面选用相同的相似性函数等因素可能是C2n模式值被低估的主要原因,特别是在弱湍流情况下这一现象更为明显。
  (已选择0条) 清除
公   告

北京万方数据股份有限公司在天猫、京东开具唯一官方授权的直营店铺:

1、天猫--万方数据教育专营店

2、京东--万方数据官方旗舰店

敬请广大用户关注、支持!查看详情

手机版

万方数据知识服务平台 扫码关注微信公众号

万方选题

学术圈
实名学术社交
订阅
收藏
快速查看收藏过的文献
客服
服务
回到
顶部