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主成分累计影响系数法 ——一种用于高光谱资料的通道选择新技术

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主成分累计影响系数法 ——一种用于高光谱资料的通道选择新技术

作者：王根南京信息工程大学

学位级别：硕士

高光谱红外探测器(airs)亮温资料在数值预报中的作用越来越显著,然而airs有2378个通道(实际业务中只考虑其中的324个通道),考虑到通道之间的相关性、同化的时效性以及同化或反演效果,全部的实时资料进同化系统是不可能的,必须进行通道... 详细信息

高光谱红外探测器(airs)亮温资料在数值预报中的作用越来越显著,然而airs有2378个通道(实际业务中只考虑其中的324个通道),考虑到通道之间的相关性、同化的时效性以及同化或反演效果,全部的实时资料进同化系统是不可能的,必须进行通道选择。国外常用的方法是基于信息熵的分步迭代方法。由于基于信息熵的分步迭代法,每次都是选信息量较大的通道,并且前面选出的通道影响到后面的通道选择,其存在的缺陷主要有两个：在用迭代法进行通道选择时,依赖于背景场和观测误差协方差矩阵的给定,但往往我们对于背景场的具体信息缺乏;分步迭代法每次是从未被选的通道中选出一个,往往比较耗时,在业务中使用时效性不高。针对这两点,文中提出了基于主成分累计影响系数的通道选择方法。首先,进行通道的预处理。然后,考虑白天的通道组合,分别对温度和湿度雅可比矩阵进行主成分分析,得到每个通道对主成分的累计影响系数,根据累计影响系数的大小,进行通道排序。最后,考虑夜晚的通道组合,加入受太阳光影响的通道。最终得到白天和夜晚的入选通道子集。相对于分步迭代法,主成分累计影响系数法,既能保住最主要信息,得到影响及敏感性较大的通道,又能考虑各通道间的相关性。直接对雅可比矩阵的结构进行分析,不需要过多的先验知识,并且可以同时考虑多个通道。进行温度和湿度廓线反演的试验表明,该方法用于通道选择是可行的。

关键词：高光谱 airs 通道选择累计影响系数法黑名单

突发性大暴雨的甲烷排放机理及多源资料的大气结构分析

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突发性大暴雨的甲烷排放机理及多源资料的大气结构分析

作者：朱家杉南京信息工程大学

学位级别：硕士

我国是世界上气象灾害发生十分频繁、灾害种类甚多、造成损失十分严重的少数国家之一,以暴雨尤为频繁,大暴雨特别是突发性局地暴雨的预报是世界级难题,其形成机理依然有待探究。地球排气理论指出,地球上共有五个气圈,地内气圈含有数百... 详细信息

我国是世界上气象灾害发生十分频繁、灾害种类甚多、造成损失十分严重的少数国家之一,以暴雨尤为频繁,大暴雨特别是突发性局地暴雨的预报是世界级难题,其形成机理依然有待探究。地球排气理论指出,地球上共有五个气圈,地内气圈含有数百倍于地上气圈中气体总量的气体,且氢起决定性作用,其次为烃类;地球排气现象在地层断裂带、盆地、河谷等地带尤为明显,从地球内部喷发出的氢流及其他气体可以孕震、致旱、产生地磁异常、森林草原大火等各类自然灾害,也可以与大气环流相互作用,引发局地强对流天气和特大暴雨。但受目前的探测手段所限,直接进行大区域、大范围的大气内氢含量及分布的观测难以实现,因此可选取它的替代物即烃类气体进行讨论,将排放的烃类气体代表——甲烷作为主要研究对象。得益于遥感技术和各类气象探测手段的发展,利用Aqua极轨卫星上airs传感器反演的L3甲烷日产品,对大气中甲烷分布及其含量变化与突发性局地强降水天气之间的关系和影响机理进行了研究。初步研究发现,甲烷的辐射特性表现为它是一种热增量较高的温室气体,其化学活性表现在大气中易被OH自由基氧化而产生一系列HxOy和碳氢氧化合物,这些光化学反应为离化反应,在对流层高层或中层形成超低温,促使垂直方向上的对流运动发生发展,加剧上升水汽凝结,干扰水平环流,进而引起强对流天气;大气中的甲烷集中分布在对流层中,大气甲烷柱总量的分布受地形及地势影响较强,在复杂地形区,甲烷柱总量波动也较大,致使该地区大气热力不稳定增加,易发生强对流天气。通过分析河南新乡市2016年7月8日至10日、江苏南京市2017年6月9日至11日、广东广州市2017年5月6日至9日三次特大暴雨天气过程,结合天气分析数据、地面雨量站数据、空间气象数据、探空数据、气象卫星产品、多普勒天气雷达产品等多源气象资料,讨论大气中甲烷含量与大气物理结构及突发性局地强降水天气之间的关系,结论如下:(1).突发性局地强降水过程发生前均存在大气甲烷含量激增,这种爆发式的增长来源于地球排气活动,随后大气甲烷含量立即下降,这种快速的下跌原因在于CH4发生光化学反应被OH自由基氧化;大气甲烷柱总量的波动与降水量呈现相配合的反相关性,大气甲烷含量剧烈增加之后又突然减小的变化信息,是发生强降水的先兆信息。(2).研究表明,大气甲烷含量的剧烈变化是地球排气和甲烷的光化学反应共同作用的结果,这一变化可改变大气物理结构,使大气中、高层的温度降低,导致热力不稳定增加,从而触发热力对流机制;结合多源气象资料,分析大气动力、热力及水汽条件,可为突发性局地强对流及强降水天气发生的影响因素和触发机制提供新的分析视角和参考依据。

关键词：局地暴雨地球排气 airs 甲烷大气结构

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地震有关的卫星高光谱气体地球化学信息

地震有关的卫星高光谱气体地球化学信息

作者：崔月菊中国地震局地震预测研究所

学位级别：硕士

大地震常给人类带来巨大的灾难。监测、研究地震是减轻地质灾害的重要途径之一。卫星遥感监测技术在地震监测和研究中有重要作用。近年来高光谱分辨率卫星遥感技术的发展,使得我们可以获取更多、更新的地震气体地球化学信息,来探讨地震... 详细信息

大地震常给人类带来巨大的灾难。监测、研究地震是减轻地质灾害的重要途径之一。卫星遥感监测技术在地震监测和研究中有重要作用。近年来高光谱分辨率卫星遥感技术的发展,使得我们可以获取更多、更新的地震气体地球化学信息,来探讨地震活动和预测未来地震的空间位置。利用高分辨率卫星遥感数据(airs)提取了2008年5月12日汶川MS 8.0地震、2010年4月4日墨西哥下加利福尼亚MW 7.2和2010年4月14日青海玉树MS 7.1地震前后震中及其附近CO总量和CO体积混合比,CH4和CO2体积混合比,H2O和O3总量数据随时间的变化信息,并讨论了CO、H2O气体地球化学变化与地震活动的关系。针对在三个不同地理环境发生的大地震,通过处理高分辨率卫星遥感数据,获取了以下与地震相关的气体地球化学和温度异常: (1)汶川地震后震中区CO总量的峰值与主震和余震发生对应地较好。 (2)下加利福尼亚地震前约一个月CO总量升高,高出前两年同期平均值2×10mole/cm2,在地震发生前后CO总量和近地表CO体积混合比有波动现象,且8日平均数据的标准偏差增大,约为非地震时段的2倍。 (3)玉树地震主震后水汽总量明显高于前两年平均值,玉树地震前后CO总量在也有升高变化。利用MODIS L1B数据反演的玉树地震前后的温度数据表明,在主震前亮温和地表温度出现高值,高值异常高于震前几年的同期平均温度并沿NW向断裂带分布;这与测量的玉树地区气温在3月份高于震前10年的同期平均温度的现象一致。反演结果和地震地质资料表明在大地震前后的这些参数异常变化可能主要是地震孕育发生过程中地应力作用使岩石圈脱气增强,地下气体沿活动断裂带逸散引起的,也与地震活动引起的大气化学变化有关。研究结果表明利用高分辨率卫星遥感数据提取与地震有关的地表温度、湿度和大气微量组分(CO)含量的时空变化信息对地震监测预报有重要意义。

关键词：高光谱遥感地球化学地震 airs MODIS

利用人工神经网络方法反演晴空大气湿度廓线的研究

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利用人工神经网络方法反演晴空大气湿度廓线的研究

作者：刘旸南京信息工程大学

学位级别：硕士

本文是神经网络法应用于airs晴空大气湿度廓线反演的一次尝试。得出了在基于airs高光谱资料反演晴空大气湿度廓线上,神经网络法略优于特征向量统计法的结论,表现出了神经网络法很强的非线性问题处理能力。怎样构建一个泛化能力最高的网... 详细信息

本文是神经网络法应用于airs晴空大气湿度廓线反演的一次尝试。得出了在基于airs高光谱资料反演晴空大气湿度廓线上,神经网络法略优于特征向量统计法的结论,表现出了神经网络法很强的非线性问题处理能力。怎样构建一个泛化能力最高的网络来达到较高的反演精度是本文的重点、难点。选取了应用最为广泛的BP网络(Back propagation Neural Network),针对BP网络的过拟合问题及输入输出数据的强欠定问题提出了一种解决办法。经试验确定了隐节点数,采用共轭梯度学习算法和正切传递函数,确定了神经网络的结构。样本数据集采用CIMSS(Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies,University of Wisconsin-Madison)全球晴空反演训练廓线样本集和利用SARTA(Stand-Alone Radiative Transfer Algorithm)前向模式模拟的airs辐射亮温值组成样本对。首先用检验样本检验神经网络法和特征向量统计法反演大气湿度廓线的精度,发现神经网络法反演的结果在所有的气压层上都要优于特征向量统计法的结果。在模拟资料的反演试验取得了较好的结果之后,用airs实况观测资料检验神经网络法和特征向量统计法反演大气湿度廓线的精度。选取2002年9月6日针对覆盖中国区域的airs实况观测资料为例,将两种算法的反演结果与相应的airs Level 2大气产品和ECMWF客观分析场作进行比较。当训练样本使用全球范围样本进行反演系数确定时,从总的均方根误差曲线来看两种反演算法反演的大气湿度廓线精度相当,没有谁有明显优势。而当训练样本使用中国地区样本进行反演系数确定时神经网络法明显优于特征向量统计法,几乎在所有高度层上均方根误差均小于特征向量统计法。本文最后分析了神经网络算法不能明显提高反演精度的原因,提出了后续研究的方向。

关键词： airs 人工神经网络法特征向量统计法 BP网络

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降水特征信息的星载遥感和统计分析

降水特征信息的星载遥感和统计分析

作者：吴昊南京信息工程大学

学位级别：硕士

在大气遥感中,卫星在对灾害性天气的监测和研究方面发挥着得天独厚的优势,其探测通道丰富,可以反演获得多种天气要素的特征信息。特别是在地面气象资料缺乏、人烟稀少的地区以及广阔无垠的海洋上空,卫星资料是唯一能进行预报的依据。AIR... 详细信息

在大气遥感中,卫星在对灾害性天气的监测和研究方面发挥着得天独厚的优势,其探测通道丰富,可以反演获得多种天气要素的特征信息。特别是在地面气象资料缺乏、人烟稀少的地区以及广阔无垠的海洋上空,卫星资料是唯一能进行预报的依据。airs红外探测器,光谱覆盖2378个通道,它获得的多波段数据不仅反映了大气中的水汽廓线、地表温度、云顶高度及温度等特征信息,还提供了甲烷的特征信息。TRMM卫星上载有测雨雷达（PR）、微波成像仪（TMI）、可见光与红外扫描仪（VIRS）等探测器,它自发射以来为气象工作者提供了大量降水特征信息的气象数据。本文主要是利用星载遥感资料做了两方面的工作。第一方面,为了探讨大气中的甲烷信息是否影响大气的温度结构并进而影响降水,利用airs星载遥感资料获得的大气中的甲烷特征信息,并结合地面自动气象站的资料,探索性地研究了陆地上空大气中的甲烷含量与暴雨的关系,初步得出以下结论：1.四川地区,由于其地形的特殊性,造成了该地区甲烷值差异比较明显,经向上差异大,该地区大气结构在暴雨期间一直处于不稳定的状态,或与甲烷值的空间分布对大气要素的影响有一定相关性。这在一定程度上有助于理解四川暴雨频发的原因及其复杂的形成机理。2.在晴好天气,甲烷主要是累积的过程,但是这其中也会有消耗,所以其局地的含量基本是不会有太大变化,仅仅表现为是在一个正常值附近的较小范围内的波动。3.甲烷含量存在着显著变化的情况,与降水实况进行对比分析,发现其有显著相关性。为了研究海上对流性降水的特征信息,本文第二方面,首先利用了TRMM卫星获得的降水观测资料,对南海海域上空的四个不同季节发生的中尺度对流系统个例,进行了降雨谱分析、水平结构分析、垂直结构等特征信息的分析,得出以下结论：1.南海海域上空四个季节MCS系统的对流性降雨都要比层云降雨的雨强大得多,至少在3倍以上,且对流性降水平均降雨率都在6mm/h以上。***系统中的对流性降雨的雨谱较层云降水宽,对流性雨谱基本分布在1-40mm/h的范围内,而层云降水雨谱基本就是在1-20mm/h范围,并且,对流性降雨的贡献率要比层云降雨的贡献率大得多。3.强回波中心位于2-5km的高度处,均可达到35dBZ及以上,大部分回波顶高也基本就在8km左右。同时,还利用TRMM收集的2004-2013年这十年之间南海海域上空中尺度对流系统的降水观测资料,对其特征信息作了相关统计分析,得出以下结论：1.南海海上夏秋两季对流性系统旺盛,冬春两季较弱。2.中尺度对流系统的最小PCT85亮温基本分布在100-250K范围内。最小PCT85亮温累积概率达到50%时,对应的最小PCT85亮温阈值大致在194K附近,不同季节,差异不大。***系统中最小云顶亮温发生区间主要在180-210K范围内。最小云顶亮温值出现的最大概率在190K附近,MCS系统发生时,最小云顶亮温累积概率达到50%时,对应的阈值为196K附近。4.20dBZ的最大回波顶高出现概率较大的就分布在9-12km高度处。20dBZ回波最大高度的累积发生概率达到50%时,对应阈值为11km附近;30dBZ回波的最大高度概率峰值区分布在6-8km,其回波最大高度累积概率达到50%的阈值为7.8km附近;40dBZ回波最大高度累积概率达到50%时,对应的高度大约在5km。5.最小PCT85亮温和20dBZ的最大回波顶高（MaxHt20）、30dBZ的最大回波顶高（MaxHt30）、40dBZ的最大回波顶高（MaxHt40）之间存在较好的相关性。

关键词：降水 airs TRMM 特征信息 MCS

全球大气二氧化碳浓度2°×2.5°栅格模拟数据集(1992-2020)

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全球变化数据学报（中英文） 2022年第2期6卷 191-199,363-371页

作者：侯炜烨金佳鑫严涛刘颖河海大学水文水资源学院南京211100 国家科技基础条件平台-国家地球系统科学数据中心北京100101

二氧化碳(CO_(2))是大气中主要温室气体之一,对全球气候变化具有重要影响,其浓度变化以及时空分布受到广泛关注。本文以CO_(2)浓度作为研究对象,以2002-2012年全球对流层CO_(2)浓度产品(AIR×3C2M 005)为数据源,对改进的CO_(2)浓度正弦... 详细信息

二氧化碳(CO_(2))是大气中主要温室气体之一,对全球气候变化具有重要影响,其浓度变化以及时空分布受到广泛关注。本文以CO_(2)浓度作为研究对象,以2002-2012年全球对流层CO_(2)浓度产品(AIR×3C2M 005)为数据源,对改进的CO_(2)浓度正弦估算模型进行逐像元参数率定与模拟,得到1992-2020年全球2°×2.5°分辨率的CO_(2)浓度月均值数据集,并利用站点观测数据对产品精度进行验证与分析。研究表明:(1)本文数据集与站点观测的CO_(2)浓度数据一致性较高,在拟合(2002-2012:R^(2)=0.94,RMSE=1.34 ppm)、回溯(1992-2001:R^(2)=0.92,RMSE=1.50 ppm)以及预测(2013-2019:R^(2)=0.93,RMSE=1.58 ppm)方面表现良好。(2)本数据集显示全球大气CO_(2)浓度具有明显的空间异质性,CO_(2)浓度高值区域主要位于北美洲北部,低值区域主要位于南半球中纬度地区。该数据集具有全球尺度、时序长、精度高等优点,可在一定程度上改进全球变化模拟中使用单一站点数值表征全球CO_(2)浓度的不足,为地理学、生态学等学科相关研究提供数据支持。

关键词：二氧化碳遥感模拟 airs 全球

维普期刊数据库

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从“不可说”到“诗意之说”

外国哲学 2006年第8期 14-22页

作者：张祥龙

海德格尔与孔子都意识到终极真实无法被述谓式地表达，但他们都不认为这种“不可言”穷尽了语言的所有可能。对于他们，艺术、特别是诗，有一种原发的言说能力，或者说是开启真理和显示前述谓的含义的功能。本文先从分析哲学家对于海德... 详细信息

海德格尔与孔子都意识到终极真实无法被述谓式地表达，但他们都不认为这种“不可言”穷尽了语言的所有可能。对于他们，艺术、特别是诗，有一种原发的言说能力，或者说是开启真理和显示前述谓的含义的功能。本文先从分析哲学家对于海德格尔的看法讲起，以展示“语言的界限”在当代西方哲学中的不同含义。然后分别分析海德格尔与孔子如何从“终极不可被言”的认知进展到“诗为言之源头”的观点，其中特别着重“无”或“敞开处”对于海德格尔、“兴”对于孔子的关键意义。最后是两者的直接对比。

关键词：语言的界限无诗兴风 boundary of language nothing poetry affective image airs

来源：人大复印报刊资料评论

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人大复印报刊资料

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CRTM云模式的改进对台风数值模拟的影响

CRTM云模式的改进对台风数值模拟的影响

第33届中国气象学会年会

作者：钟波王云峰顾成明解放军理工大学气象海洋学院

＜正＞随着大气遥感理论技术的不断进步,卫星资料正发挥着不可替代的作用。但是由于卫星遥感受云和降水的影响严重,模拟的云区辐射与实测辐射之间的差值往往较大[1-2]。在云区卫星资料的同化方面,目前是通过云检测方法判断卫星视场是否... 详细信息

＜正＞随着大气遥感理论技术的不断进步,卫星资料正发挥着不可替代的作用。但是由于卫星遥感受云和降水的影响严重,模拟的云区辐射与实测辐射之间的差值往往较大[1-2]。在云区卫星资料的同化方面,目前是通过云检测方法判断卫星视场是否有云后直接去掉有云视场,只同化晴空资料,王云峰等[3]在研究airs资料质量控制对飓风路径模拟的影响试验时指出目前常用的WRFDA同化系统中通过云水路径检测、长波窗口通道亮温检测、海表面温度（SST）检测和云覆盖面积指数来判断某视场是否存在云,从而进行剔除。这样的剔除往往会

关键词： CRTM airs 亮温数值模拟

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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中国东部地区一氧化碳污染天气分型

中国东部地区一氧化碳污染天气分型