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基于专家PID控制的云水含量传感器设计

传感器与微系统 2024年第4期43卷 68-71页

作者：段然刘清惓杨杰汤鸿霄葛祥建恽雨涵南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏南京210044 南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室江苏南京210044

本文设计了一种基于热线法的便携式微型云水含量传感器。该传感器探头采用环形加热片和测温铂电阻的新结构,保证了加热的均匀性和测温的准确性。通过理论公式推导和流体仿真,传感器设计的可行性得到了进一步验证,并得出云水含量与加热... 详细信息

本文设计了一种基于热线法的便携式微型云水含量传感器。该传感器探头采用环形加热片和测温铂电阻的新结构,保证了加热的均匀性和测温的准确性。通过理论公式推导和流体仿真,传感器设计的可行性得到了进一步验证,并得出云水含量与加热片加热功率之间的函数关系。采用32位STM32F103C8T6芯片为核心,其性能保证了传感器系统的稳定性。通过专家PID控制算法实时控制传感器迎风面温度。仿真结果表明:专家PID系统的响应速度更快,适应性更强。为进行实验测试,搭建了风洞实验平台。通过实验测量,当测试云水含量值为0.5 g/m^(3)时,加热片加热功率为1.4 W,计算出实际值为0.58 g/m^(3),满足设计要求。

关键词：云水含量流体仿真专家PID算法风洞系统

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Prediction and predictability of a catastrophic local extreme precipitation event through cloud-resolving ensemble analysis and forecasting with Doppler radar observations

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Science China Earth Sciences 2016年第1期59卷 518-532页

作者： QIU Xue Xing ZHANG Fu Qing Anhui Meteorological Observatory Hefei 230031 China Department of Meteorology Pennsylvania State University University Park PA 16802 USA

Local extreme rain usually resulted in disasters such as flash floods and landslides. Upon today, it is still one of the most difficult tasks for operational weather forecast centers to predict those events accurately. In this paper, we simulate an extreme precipitation event with ensemble Kalman filter(En KF) assimilation of Doppler radial-velocity observations, and analyze the uncertainties of the assimilation. The results demonstrate that, without assimilation radar data, neither a single initialization of deterministic forecast nor an ensemble forecast with adding perturbations or multiple physical parameterizations can predict the location of strong precipitation. However, forecast was significantly improved with assimilation of radar data, especially the location of the precipitation. The direct cause of the improvement is the buildup of a deep mesoscale convection system with En KF assimilation of radar data. Under a large scale background favorable for mesoscale convection, efficient perturbations of upstream mid-low level meridional wind and moisture are key factors for the assimilation and forecast. Uncertainty still exists for the forecast of this case due to its limited predictability. Both the difference of large scale initial fields and the difference of analysis obtained from En KF assimilation due to small amplitude of initial perturbations could have critical influences to the event's prediction. Forecast could be improved through more cycles of En KF assimilation. Sensitivity tests also support that more accurate forecasts are expected through improving numerical models and observations.

关键词： En KF Doppler radar data Local extreme rain Predictability

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基于多时相RSEI的生态环境质量评价——以新民市为例

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湖北农业科学 2024年第4期63卷 56-60页

作者：王井利余鹏程蔡福刘慧楠高天娇沈阳建筑大学沈阳110168 中国气象局沈阳大气环境研究所沈阳110166

以辽宁省新民市作为研究对象,基于2014年、2017年、2020年的相近月份(5—6月)Landsat 8 OLI_TRIS数据,提取4个生态因子[绿度(NDVI)、湿度(WET)、干度(NDBSI)、热度(LST)],采用主成分分析法构建遥感生态指数(RSEI),对研究区域生态环境质... 详细信息

以辽宁省新民市作为研究对象,基于2014年、2017年、2020年的相近月份(5—6月)Landsat 8 OLI_TRIS数据,提取4个生态因子[绿度(NDVI)、湿度(WET)、干度(NDBSI)、热度(LST)],采用主成分分析法构建遥感生态指数(RSEI),对研究区域生态环境质量时空演变特征进行评价。结果表明,2014年、2017年、2020年新民市RSEI的均值分别为0.397、0.348、0.506,呈先降后升的趋势。2014—2020年,生态环境质量等级为差和较差的区域主要分布在西北区域,面积占比由62.5%降至33.2%;生态环境质量等级为较好和好的区域主要分布在东南区域,面积占比呈明显的先降低后升高趋势,由21.3%先下降到18.4%后上升到37.0%。4个因子中绿度和湿度对生态环境质量起到正面作用,其中湿度的正面影响较为显著;干度和热度起到负面作用,其中干度的负影响较为显著。

关键词：生态环境质量 Landsat8 OLI_TRIS 遥感生态指数(RSEI) 主成分分析新民市

基于滤波反投影算法的自旋式综合孔径辐射计分辨率与灵敏度分析

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电子与信息学报 2014年第6期36卷 1413-1418页

作者：孙逢林张升伟刘浩张成中国科学院微波遥感技术重点实验室北京100190 中国科学院空间科学与应用研究中心北京100190 中国科学院大学北京100190

针对自旋式稀疏阵列综合孔径微波辐射计近似于极坐标的采样方式下成像算法复杂、系统参数估计困难等问题,该文提出一种基于滤波反投影算法的系统参数估计方法。该方法通过对极坐标下狄拉克采样梳子函数进行1维傅里叶-汉克尔变换得到系... 详细信息

针对自旋式稀疏阵列综合孔径微波辐射计近似于极坐标的采样方式下成像算法复杂、系统参数估计困难等问题,该文提出一种基于滤波反投影算法的系统参数估计方法。该方法通过对极坐标下狄拉克采样梳子函数进行1维傅里叶-汉克尔变换得到系统的点扩散函数,并根据点扩散函数主副瓣分解,重点分析了径向与角度方向采样间隔对无混叠视场范围的影响以及主瓣宽度对应的分辨率。该文同时利用滤波反投影算法推导了自旋式稀疏阵列辐射灵敏度的估计方法。数值仿真与实测点源响应函数的一致性表明了该模型的精确性。

关键词：自旋式综合孔径成像辐射计滤波反投影算法傅里叶-汉克尔变换空间分辨率辐射灵敏度

自旋式综合孔径微波辐射计稀疏阵列布局优化设计

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电子与信息学报 2014年第10期36卷 2491-2496页

作者：孙逢林张升伟中国科学院微波遥感技术重点实验室中国科学院空间科学与应用研究中心北京100190 中国科学院大学北京100190

该文针对自旋式综合孔径微波辐射计非均匀采样问题,提出新的阵列优化目标函数与阵列优化算法。首先,针对Cornwell提出的基线距离乘积最大目标函数优化稀疏阵列会出现基线中心与边缘区域密集而过渡区域稀疏的问题,该文提出修正的电荷最... 详细信息

该文针对自旋式综合孔径微波辐射计非均匀采样问题,提出新的阵列优化目标函数与阵列优化算法。首先,针对Cornwell提出的基线距离乘积最大目标函数优化稀疏阵列会出现基线中心与边缘区域密集而过渡区域稀疏的问题,该文提出修正的电荷最小能量分布目标函数以及基于最小误差网格剖分的方法。针对标准的粒子群优化(PSO)算法历史最优个体位置更新速度慢,容易陷入局部极小值的缺点,提出具有量子体制的雁群粒子群优化算法。该算法具有速度快、收敛精度高的优点。数值分析结果表明利用该文引入的目标函数优化的基线比距离乘积最大目标均匀,并且基于最小误差网格剖分的方法对应的重构图像更精确。该方法为实际自旋式稀疏阵列的设计与应用提供依据。

关键词：干涉式被动成像系统自旋式稀疏阵列设计量子雁群粒子群优化算法

基于双光源图像特征的夜间能见度观测方法研究

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光谱学与光谱分析 2014年第1期34卷 1-5页

作者：戴庞达张玉钧鲁昌华周毅刘晶肖雪刘文清王京丽中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室安徽合肥230031 合肥工业大学安徽合肥230009 中国气象局北京城市气象研究所北京100089

以视觉方法观测能见度为研究核心,提出了基于双光源图像特征的夜间能见度观测方法,完成在各种不同天气情况下,对能见度的大范围、高精度、高鲁棒观测。首先分析多次散射条件下,光源图像亮度变化与大气消光之间的关系,得出反演能见度的... 详细信息

以视觉方法观测能见度为研究核心,提出了基于双光源图像特征的夜间能见度观测方法,完成在各种不同天气情况下,对能见度的大范围、高精度、高鲁棒观测。首先分析多次散射条件下,光源图像亮度变化与大气消光之间的关系,得出反演能见度的基本模型,接着,研究了准确获取与能见度相关的光源图像特征提取算法,并提出了一种能消除光源波动的双光源能见度计算方法。最后,使用基于双光源图像特征的能见度观测系统在不同气象条件下进行实验,结果表明,在采用35m基线长度,设定观测上限为15 000m时,观测误差均小于20%,能够满足气象与交通部门的要求。

关键词：夜间能见度消光系数双光源视觉方法光源图像特征

基于曲线演化的双光源夜间能见度反演算法研究

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光谱学与光谱分析 2014年第9期34卷 2351-2354页

作者：戴庞达张玉钧鲁昌华周毅王京丽肖雪中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室安徽合肥230031 合肥工业大学安徽合肥230009 中国气象局北京城市气象研究所北京100089

提出一种基于双光源方法和曲线演化理论的夜间能见度反演算法。首先从双光源夜间能见度观测的特点出发,分析了目标物亮度变化情况与特征演化曲线之间的相互关系。接着引入水平集方法同时定义多个目标物亮度特征,建立了水平集函数与能见... 详细信息

提出一种基于双光源方法和曲线演化理论的夜间能见度反演算法。首先从双光源夜间能见度观测的特点出发,分析了目标物亮度变化情况与特征演化曲线之间的相互关系。接着引入水平集方法同时定义多个目标物亮度特征,建立了水平集函数与能见度反演的关系模型,并给出了算法的具体表达式。实验结果表明,反演算法具有很强鲁棒性,在2 000~12 000m观测范围内能见度反演值与标准能见度值的相关性均大于0.98,可以用于对夜间能见度远距离、高精度的观测。

关键词：夜间能见度曲线演化双光源反演算法

中期模式扰动风在2010年区域暴雨预报中的天气学释用

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中国科学：地球科学 2013年第6期43卷 862-873页

作者：钱维宏李进单晓龙北京大学大气与海洋科学系北京100871

观测和中期模式预报的大气风场可以物理分解为气候风场、行星尺度瞬时扰动风场和天气尺度瞬时扰动风场.本文用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)模式和美国全球预报系统(GFS)模式输出的850hPa风场进行天气尺度瞬时扰动风的分解,发现中国大陆... 详细信息

观测和中期模式预报的大气风场可以物理分解为气候风场、行星尺度瞬时扰动风场和天气尺度瞬时扰动风场.本文用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)模式和美国全球预报系统(GFS)模式输出的850hPa风场进行天气尺度瞬时扰动风的分解,发现中国大陆暴雨带多位于扰动风的辐合线上.用2010年发生在中国大陆的主要区域性暴雨做分析,ECMWF预报产品分解的850hPa扰动风辐合线提前3,6和9天指示暴雨带的正确率分别是100%,85%和15%,而GFS预报产品分解的正确率分别为53%,15%和6%.欧洲模式直接预报区域暴雨的平均提前有效时间为3.1天,而模式预报产品分解的扰动风辐合系统指示区域暴雨的平均提前有效时间为6.7天.

关键词：物理分解数值天气预报模式扰动风场区域暴雨辐合线

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基于SMARTS模式的太阳能资源计算——以四川省为例

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太阳能学报 2016年第2期37卷 482-488页

作者：申彦波张顺谦郭鹏王香云中国气象局公共气象服务中心北京100081 中国气象局风能太阳能资源中心北京100081 四川省气候中心成都610072

利用SMARTS模式计算晴天总辐射,充分考虑海拔高度和大气对太阳辐射的削弱作用,建立基于日照百分率的太阳能资源计算方程。以四川省为例的计算结果表明,该方法不仅物理意义更明确,并且计算误差明显降低;与实测值相比,7个辐射台站年总辐... 详细信息

利用SMARTS模式计算晴天总辐射,充分考虑海拔高度和大气对太阳辐射的削弱作用,建立基于日照百分率的太阳能资源计算方程。以四川省为例的计算结果表明,该方法不仅物理意义更明确,并且计算误差明显降低;与实测值相比,7个辐射台站年总辐射曝辐量的相对误差低于7%,月总辐射曝辐量中有约67%的相对误差介于[-5%,5%]之间;与初始值采用天文辐射的方法相比,无论是相对误差的量值还是离散程度,均降低一半以上,有效降低了类似峨眉山站的"孤点"的相对误差。

关键词：太阳能资源晴天总辐射日照百分率四川省