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MGCPN:An Efficient Deep Learning Model for Tibetan Plateau Precipitation Nowcasting Based on the IMERG Data

Journal of Meteorological Research 2024年第4期38卷 693-707页

作者： Mingyue LU Zhiyu HUANG Manzhu YU Hui LIU caifen he Chuanwei JIN Jingke ZHANG Key Laboratory of Meteorological Disaster Ministry of Education(KLME)/Joint International Research Laboratory of Climate and Environment Change(ILCEC)/Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters(CIC-FEMD)Nanjing University of Information Science&TechnologyNanjing 210044China Department of Geography Pennsylvania State UniversityUniversity ParkPA 16802USA ZhenhaiDistrict Meteorological Bureau Ningbo315200China Geographic Science College Nanjing University of Information Science&TechnologyNanjing 210044China School of Remote Sensing&Geomatics Engineering Nanjing University of Information Science&TechnologyNanjing 210044China

The sparse and uneven placement of rain gauges across the Tibetan Plateau(TP) impedes the acquisition of precise,high-resolution precipitation measurements,thus challenging the reliability of forecast *** address such a challenge,we introduce a model called Multisource Generative Adversarial Network-Convolutional Long Short-Term Memory(GAN-ConvLSTM) for Precipitation Nowcasting(MGCPN),which utilizes data products from the Integrated Multi-satellite Retrievals for global precipitation measurement(IMERG) data,offering high spatiotemporal resolution precipitation forecasts for upcoming periods ranging from 30 to 300 *** results of our study confirm that the implementation of the MGCPN model successfully addresses the problem of underestimating and blurring precipitation results that often arise with increasing forecast *** issue is a common challenge in precipitation forecasting ***,we have used multisource spatiotemporal datasets with integrated geographic elements for training and prediction to improve model *** model demonstrates its competence in generating precise precipitation nowcasting with IMERG data,offering valuable support for precipitation research and forecasting in the TP *** metrics results obtained from our study further emphasize the notable advantages of the MGCPN model;it outperforms the other considered models in the probability of detection(POD),critical success index,heidke Skill Score,and mean absolute error,especially showing improvements in POD by approximately 33%,19%,and 8% compared to Convolutional Gated Recurrent Unit(ConvGRU),ConvLSTM,and small Attention-UNet(SmaAt-UNet) models.

关键词： precipitation nowcasting Generative Adversarial Network-Convolutional Long Short-Term Memory(GAN-ConvLSTM)for Precipitation Nowcasting(MGCPN) Integrated Multi-satellite Retrievals for globalprecipitation measurement(IMERG) deep learning Tibetan Plateau

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Convective clouds detection in satellite cloud image using fast fuzzy support vector machine

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光电工程 2017年第9期44卷 872-881页

作者： Fei Gong Wei Jin Wenzhe Tian Randi Fu caifen he Faculty of Electrical Engineering and Computer Science Ningbo University Zhenhai District Meteorological Bureau

Support vector machine(SVM)is easily affected by noises and outliers,and its training time dramatically increases with the growing in number of training *** cloud image may easily be deteriorated by noises and intensity non-uniformity with a huge amount of data needs to be processed regularly,so it is hard to detect convective clouds in satellite image using traditional *** deal with this problem,a novel method for detection of convective clouds was proposed based on fast fuzzy support vector machine(FFSVM).FFSVM was constructed by eliminating feeble samples and designing new membership function as two ***,according to the distribution characteristics of fuzzy inseparable sample set and the fact that the classification hyper-plane is only determined by support vectors,this paper uses SVDD,Gaussian model and border vector extraction model comprehensively to design a sample selection method in three steps,which can eliminate most of redundant samples and keep possible support ***,by defining adaptive parameters related to attenuation rate and critical membership on the basis of the distribution characteristics of training set,an adaptive membership function is ***,the FFSVM is trained by the remaining samples using adaptive membership function to detect convective *** experiments on FY-2D satellite images show that the proposed method,compared with traditional FSVM,not only remarkably reduces training time,but also further improves the accuracy of convective clouds detection.

关键词：《光电工程》英文摘要期刊编辑工作

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2005—2021年镇海区植被生态时空变化及其气象驱动力分析

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地理空间信息 2024年第7期22卷 80-83,96页

作者：申子彬方贺何彩芬郑艳王文典宁波市镇海区气象局浙江宁波315200 浙江省气候中心浙江杭州310000

基于MODIS-NDVI遥感植被指数和气象数据,利用像元二分模型、相关分析、多元回归等方法分析了2005—2021年镇海区植被生态时空变化特征,并通过碳通量模型计算得到植被生态质量指数和固碳释氧经济效益。以九龙湖生态保护区为例,研究了气... 详细信息

基于MODIS-NDVI遥感植被指数和气象数据,利用像元二分模型、相关分析、多元回归等方法分析了2005—2021年镇海区植被生态时空变化特征,并通过碳通量模型计算得到植被生态质量指数和固碳释氧经济效益。以九龙湖生态保护区为例,研究了气温、降水对植被生态的影响。结果表明:①镇海区植被覆盖度和生态质量指数显著提升;②镇海区森林吸收CO_(2)量平均每年增加18.2 g/m^(2),释放O_(2)量平均每年增加13.36 g/m^(2),生态经济效益显著;③降水对镇海区植被覆盖度影响不显著,气温与植被覆盖度呈显著正相关,且对植被覆盖度存在滞后影响特征。

关键词：植被覆盖度时空变化气象因子

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MODIS image super-resolution via learned topic dictionaries and regression matrices

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光电工程 2017年第10期44卷 957-965页

作者： Deng Zuo Faculty of Electrical Engineering and Computer Science Ningbo University

Moderate resolution imaging spectroradiometer(MODIS) imaging has various applications in the field of ground monitoring,cloud classification and meteorological ***,the limitations of the sensors and external disturbance make the resolution of image still limited in a certain *** goal of this paper is to use a single image super-resolution(SISR) method to predict a high-resolution(HR) MODIS image from a single low-resolution(LR) ***,although the method based on sparse representation has tackled the ill-posed problem effectively,two fatal issues have been ***,many methods ignore the relationships among patches,resulting in some unfaithful ***,the high computational complexity of sparse coding using l_1 norm is needed in reconstruction *** this work,we discover the semantic relationships among LR patches and the corresponding HR patches and group the documents with similar semantic into topics by probabilistic Latent Semantic Analysis(p LSA).Then,we can learn dual dictionaries for each topic in the low-resolution(LR) patch space and high-resolution(HR) patch space and also pre-compute corresponding regression matrices for dictionary ***,for the test image,we infer locally which topic it corresponds to and adaptive to select the regression matrix to reconstruct HR image by semantic *** method discovered the relationships among patches and pre-computed the regression matrices for ***,our method can greatly reduce the artifacts and get some speed-up in the reconstruction *** manifests that our method performs MODIS image super-resolution effectively,results in higher PSNR,reconstructs faster,and gets better visual quality than some current state-of-art methods.

关键词：成像光谱仪地面监测编码计算方法

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利用超构表面减少介子波导的串扰

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光电工程 2017年第9期44卷 850-850,941页

作者： Fei Gong Wei Jin Wenzhe Tian Randi Fu and caifen he

宽波段低损耗的单模传输方式使得介质型波导（dielectric waveguides,DWs）在上个世纪得到了广泛研究。传统的介质波导通常由低介电常数的轻量化材料组成,能量约束差,导致相邻波导间具有严重的串扰影响,阻碍了系统的集成化和微型化。

关键词：波导串扰介子表面利用低介电常数传输方式材料组成

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Electricity Carbon Quota Trading Scheme based on Certificateless Signature and Blockchain

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Computer Modeling in Engineering & Sciences 2024年第2期138卷 1695-1712页

作者： Xiaodong Yang Runze Diao Tao Liu Haoqi Wen caifen Wang College of Computer Science and Engineering Northwest Normal UniversityLanzhou730070China Institute of China TelecomWanwei China TelecomWanwei Information Technology Co.Ltd.Lanzhou730030China College of Big Data and Internet Shenzhen Technology UniversityShenzhen518118China Key Laboratory of Cryptography and Data Analytics Northwest Normal UniversityLanzhou730070China

The carbon tradingmarket can promote“carbon peaking”and“carbon neutrality”at low cost,but carbon emission quotas face attacks such as data forgery,tampering,counterfeiting,and replay in the electricity trading *** signatures are a new cryptographic technology that can address traditional cryptography’s general essential certificate requirements and avoid the problem of crucial escrowbased on identity ***,most certificateless signatures still suffer fromvarious security *** present a secure and efficient certificateless signing scheme by examining the security of existing certificateless signature *** ensure the integrity and verifiability of electricity carbon quota trading,we propose an electricity carbon quota trading scheme based on a certificateless signature and *** scheme utilizes certificateless signatures to ensure the validity and nonrepudiation of transactions and adopts blockchain technology to achieve immutability and traceability in electricity carbon quota *** addition,validating electricity carbon quota transactions does not require time-consuming bilinear pairing *** results of the analysis indicate that our scheme meets existential unforgeability under adaptive selective message attacks,offers conditional identity privacy protection,resists replay attacks,and demonstrates high computing and communication performance.

关键词： Electricity carbon trading certificateless signature blockchain forgery attack carbon quota

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0414号台风“云娜”多普勒雷达探测

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应用气象学报 2005年第4期16卷 500-508页

作者：朱龙彪郑铮何彩芬浙江省宁波市气象局宁波315012

通过宁波新一代天气雷达对0414号台风“云娜”的多普勒雷达探测资料及其所提供的产品进行个例分析,得出了一些初步的结果:该雷达对“云娜”的中心位置探测与舟山、温州雷达以及中央气象台综合定位基本一致;通过大陈站、石浦站出现的极... 详细信息

通过宁波新一代天气雷达对0414号台风“云娜”的多普勒雷达探测资料及其所提供的产品进行个例分析,得出了一些初步的结果:该雷达对“云娜”的中心位置探测与舟山、温州雷达以及中央气象台综合定位基本一致;通过大陈站、石浦站出现的极大风速与温州、宁波两部多普勒雷达测得的最大径向速度比较,发现其独特的径向速度产品能较好地显示台风的极大风速情况;探测到的反射率因子强度与雨强有较好的对应关系,并就此讨论了Z-I关系。文章还对总降水量产品和实况雨量进行比较,发现反演值只有实况过程雨量的50%左右。

关键词：台风中心定位回波强度雨强多普勒雷达雷达探测新一代天气雷达径向速度中央气象台反射率因子

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注意力机制下多尺度特征融合生成对抗网络的白天海雾监测

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遥感学报 2023年第12期27卷 2736-2747页

作者：方旭源金炜符冉迪李纲何彩芬尹曹谦宁波大学信息科学与工程学院宁波315211 宁波市镇海区气象局宁波315210

海雾是海上一种常见的天气现象,它使能见度降低,给海上交通和作业带来极大威胁。传统的卫星遥感海雾监测算法在准确率、可移植性及自动化程度等方面都有待改善。本文在注意力机制下,利用卫星遥感云图,提出一种多尺度特征融合生成对抗网... 详细信息

海雾是海上一种常见的天气现象,它使能见度降低,给海上交通和作业带来极大威胁。传统的卫星遥感海雾监测算法在准确率、可移植性及自动化程度等方面都有待改善。本文在注意力机制下,利用卫星遥感云图,提出一种多尺度特征融合生成对抗网络的白天海雾监测方法。该方法引入通道注意力机制,通过学习不同输入通道的权重,提升了网络对于重要通道云图的关注度;在此基础上,采用多尺度特征融合以获取海雾的多尺度信息,使提取的特征能兼顾海雾的整体及细节特性;为了进一步提高算法对于对海雾边缘的界定能力,本文引入对抗网络对海雾监测的生成网络进行监督,从而得到更精细的海雾区域。在测试云图的海雾监测实验中,命中率(POD)、临界成功指数(CSI)及误报率(FAR)分别为90.5%、81.28%和10.86%,均优于传统海雾监测方法以及其他基于深度学习的方法,这表明本文方法可以有效提升海雾监测的精度,研究成果对于海上船只航行、渔业生产、国防军事等具有重要意义。

关键词：海雾监测卫星遥感注意力机制生成对抗网络多尺度特征融合

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基于多普勒天气雷达产品的降雪及冻雨综合分析

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应用气象学报 2009年第6期20卷 767-771页

作者：何彩芬黄旋旋卢晶晶兰州大学大气科学院兰州730000 浙江省宁波市气象局宁波315012

利用常规观测资料、探空资料、多普勒雷达资料从天气背景、温度层结及雷达回波特征等方面对宁波2004—2008年的7次降雪过程进行综合分析。结果表明:中层西南气流、低层逆温、低层转偏北风及地面气温低于4℃是宁波降雪的必要条件,西南气... 详细信息

利用常规观测资料、探空资料、多普勒雷达资料从天气背景、温度层结及雷达回波特征等方面对宁波2004—2008年的7次降雪过程进行综合分析。结果表明:中层西南气流、低层逆温、低层转偏北风及地面气温低于4℃是宁波降雪的必要条件,西南气流的强弱与范围很大程度上决定降雪强度;冻雨要求中低空存在高于0℃的融化层,下垫面温度低于0℃,降雪则要求冻结层厚度远大于融化层或者没有融化层;降雪回波特征中,回波强度一般低于30 dBz,与降雪量对应关系不明显,水平和垂直反射率因子梯度小,结构均匀,一般谱宽小于4 m/s,回波顶高低于6000 m;零度层亮带所在高度的降低、消失与雨雪转换时间基本吻合,可以利用零度层亮带高度的变化来判断降水性质的转变;600 hPa以下零速度线随高度的变化,对雪止临近预报有一定的指示意义。

关键词：降雪冻雨温度层结回波特征零度层亮带

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宁波新一代天气雷达在人工增雨中的应用

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气象 2005年第7期31卷 59-62页

作者：朱龙彪何彩芬黄思源浙江省宁波市气象局 315012 浙江省宁波市人工影响天气办公室

用新一代天气雷达对2003年8月11日夜间一次雷雨过程进行跟踪观测,发现仰角为0.5°的平显图上强度为30dBz以上回波区的移向移速及其影响宽度与雷暴单体的雨量与雨强有较好的关系,OPH与VIL产品配合使用可定出雨量中心。

关键词：新一代天气雷达人工增雨 2003年8月应用宁波跟踪观测雷雨过程雷暴单体配合使用雨量移速移向

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