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水电能源科学 2022年第12期40卷 47-49,88页

作者：杜红娟王文种唐炜陈志峰陶然水利部南京水利水文自动化研究所江苏南京210012

针对平原河网区河道低流速条件下自动测流设备选型和应用难的问题,以平原河网低流速测流为目的,构建了基于稠密光流法的平原河网区视频测流技术方法,同时结合平原河网区水流流速缓慢、往复流及易受风扰动的特征,应用阈值分割技术改进稠... 详细信息

针对平原河网区河道低流速条件下自动测流设备选型和应用难的问题,以平原河网低流速测流为目的,构建了基于稠密光流法的平原河网区视频测流技术方法,同时结合平原河网区水流流速缓慢、往复流及易受风扰动的特征,应用阈值分割技术改进稠密光流视频测流方法,并应用于江苏宜兴试验站。结果表明,该视频测流方法一定程度上消除了风和倒影给河道表面测流带来的影响,河道表面粒子捕捉效率高,计算的河道流速流向合理,在一定程度上能够满足平原河网河道低流速测流的需求。

关键词：视频测流稠密光流平原河网 farneback

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静止卫星微波探测三维大气风场仿真模拟反演技术研究

静止卫星微波探测三维大气风场仿真模拟反演技术研究

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作者：张一甲中国气象科学研究院

学位级别：硕士

本文提出了适应于静止卫星微波高时空分辨率探测技术的水汽导风farneback稠密光流算法。为了探究farneback水汽导风算法对导风数据类型和时空分辨率的要求,使用WRF模式计算的2019年利奇马台风2500 km×2500km区域的仿真微波探测水汽数... 详细信息

本文提出了适应于静止卫星微波高时空分辨率探测技术的水汽导风farneback稠密光流算法。为了探究farneback水汽导风算法对导风数据类型和时空分辨率的要求,使用WRF模式计算的2019年利奇马台风2500 km×2500km区域的仿真微波探测水汽数据进行了导风试验。首先选取亮温、水汽混合比和相对湿度数据分别进行了试验;接着使用两个小时内、每隔5分钟的水汽混合比进行误差计算,分析了导风误差在不同高度上的异同,及其对水汽场数据时空分辨率的敏感性;同时探究了在不同风速条件下的研究区域内,是否应该选取时空分辨率不同的水汽场数据;最后对导风误差进行了归因分析,讨论了导风误差对水汽含量、水汽梯度、风向-水汽梯度角、风速大小的敏感性,将farneback导风算法与传统导风算法进行了对比。在探究出farneback水汽导风算法使用的条件后,需要进行更加真实的仿真静止微波探测数据反演试验。目前我国的静止微波探测技术处于研发阶段,初步提出的通道方案中包含93个通道。为了得到更加准确的探测数据,建立静止微波反演平台来进行通道组合筛选试验,将所选数值天气预报（Numerical Weather Prediction,NWP）模式温度、湿度廓线数据输入到快速辐射传输模式（Advanced Radiative Transfer Modeling System,ARMS）中进行亮温模拟,使用全球自适应一维变分反演系统（Global Scene-Dependent Atmospheric Retrieval Testbed,GSDART）进行温度、湿度变量的反演,通过比较不同通道组合反演温湿廓线的误差,优选出误差最小的通道组合方案。主要结论总结如下:（1）应使用水汽混合比作为示踪数据来进行导风。相比于相对湿度和亮温数据来说,水汽混合比受温度场的影响较小,能更加准确的表征水汽的变化和运动,追踪水汽混合比数据的特征可以获得更加准确的风场。（2）对于高风速研究区域,尤其是在台风中心区域,由于水汽场具有强烈的垂直辐合和辐散运动,farneback水汽导风算法需要更加短的卫星重访时间。对于水汽运动相对稳定的低风速地区,应该使用时间间隔至少为30分钟的水汽场进行风场追踪才能获得更加准确的风场结果。（3）相比于传统的导风算法来说,farneback水汽导风算法可以实现逐像素点的风场追踪;当水汽含量很低或风向平行于水汽梯度时,farneback导风算法可以打破传统算法受这些因素的限制,导风结果更加准确,适用性更广。（4）静止卫星微波大气探测仪52.7～57.3 GHz高光谱通道可以有效提升整层温度,尤其是对流层顶温度的反演精度,但需要删除其中权重函数峰值重复的和吸收系数较低的11个冗余通道,因为冗余通道和高频通道组合会增加水汽的反演误差,并导致误差随高度抖动变化较大。（5）静止卫星微波大气探测仪10个高频通道和高光谱通道组合后有利于提升中高层温度和低层湿度的反演精度,但也会增加误差随高度变化范围,使用时需要将这些因素加以考虑。

关键词： farneback 水汽导风算法静止微波探测通道选择一维变分

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