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雾滴谱仪的标准粒子计数校准测量与反演

激光技术 2024年第2期48卷 255-260页

作者：何香君李鲁峣唐成昊唐程鑫伍波成都信息工程大学光电工程学院成都610225 中国气象局大气探测重点开放实验室成都610225

为了提高国产雾滴谱仪的雾滴粒子粒径测量准确性,采用标准粒子进行雾滴谱的散射响应测试,并用最小均方算法对实际测量的雾滴谱的散射响应信号进行了反演,通过理论分析与实验验证,取得了最小均方算法在不同标准粒子响应信号下的粒径反演... 详细信息

为了提高国产雾滴谱仪的雾滴粒子粒径测量准确性,采用标准粒子进行雾滴谱的散射响应测试,并用最小均方算法对实际测量的雾滴谱的散射响应信号进行了反演,通过理论分析与实验验证,取得了最小均方算法在不同标准粒子响应信号下的粒径反演数据。结果表明,最小均方算法对标准粒子分布的反演能够减小粒径的分布误差,使不同尺寸的粒子得到准确区分,尺寸区分精度可以达到1μm。该研究为雾滴谱仪的精度提升提供了参考。

关键词：散射雾滴谱仪粒径反演算法光学粒子计数器

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基于矢量光束偏振特性的薄膜参数表征

光学学报 2024年第14期44卷 112-118页

作者：李金花曹兆楼郑改革南京信息工程大学物理与光电工程学院江苏省气象光子学与光电探测国际合作联合实验室江苏南京210044 南京信息工程大学物理与光电工程学院江苏省大气海洋光电探测重点实验室江苏南京210044 南京信息工程大学物理与光电工程学院江苏南京210044

传统椭偏仪表征薄膜参数时存在光斑尺寸较大、空间分辨率较低且基底透明时易受背面反射光干扰等问题。针对这些问题,提出采用高数值孔径显微物镜聚焦线偏振光的方法,以形成矢量光束照明薄膜。紧聚焦光束由不同角度入射光线组成,受到薄... 详细信息

传统椭偏仪表征薄膜参数时存在光斑尺寸较大、空间分辨率较低且基底透明时易受背面反射光干扰等问题。针对这些问题,提出采用高数值孔径显微物镜聚焦线偏振光的方法,以形成矢量光束照明薄膜。紧聚焦光束由不同角度入射光线组成,受到薄膜反射系数的影响,光束反射时形成结构化图案,且图案细节与薄膜参数密切相关,通过对反射光束进行成像即可反演薄膜参数。基于电磁理论数值模拟了薄膜不同参数对反射光场的影响,并进行了实验验证。结果表明,反射光场对薄膜参数的变化较为敏感,硅表面二氧化硅薄膜厚度的反演误差低于2 nm,重复测量误差低于0.3 nm。该方法得到的光斑尺寸接近衍射极限,显著提高了空间分辨率,在纳米结构表征领域的应用前景广阔。

关键词：偏振矢量光束薄膜参数反射逆问题

基于ConvLSTM融合RMAPS-NOW数据的雷达回波外推研究

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气象学报 2024年第4期82卷 554-567页

作者：王善昊胡志群王福增陈杰鑫成都信息工程大学电子工程学院成都610225 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国气象局大气探测重点开放实验室成都610225 成都信息工程大学大气科学学院成都610225

雷达回波外推是临近预报、人工影响天气作业及效果评估的主要参考依据之一,快速准确的回波外推技术一直是雷达气象领域的研究热点。近年来,基于深度学习的时空序列预测模型在雷达回波外推中得到了广泛应用。然而,这些外推网络架构的输... 详细信息

雷达回波外推是临近预报、人工影响天气作业及效果评估的主要参考依据之一,快速准确的回波外推技术一直是雷达气象领域的研究热点。近年来,基于深度学习的时空序列预测模型在雷达回波外推中得到了广泛应用。然而,这些外推网络架构的输入大多用16级伪彩色雷达回波强度产品转化而来的灰度图,丢失了许多回波细节,并且随着外推时间延长,误差不可避免地增大。回波的生消、移动、演变与天气背景紧密相关,因此,将北京城市气象研究院研发的新一代快速更新多尺度资料分析和预报系统的临近数值预报子系统(RMAPS-NOW)初始零场的部分物理量产品融入华北雷达拼图原始数据,构建多个雷达单元(Radar cells),并将这些雷达单元作为输入,基于卷积长短期记忆网络(ConvLSTM),设计了一个多通道雷达回波外推网络架构(MR-ConvLSTM)。另外,考虑到卷积算法的平滑性,构建了自定义损失函数,增加回波强度的时空权重进行时空衰减订正。选取(40.65°—41.65°N,114°—115.4°E)内2018—2021年的6—9月共13000组华北雷达组合反射率因子拼图及RMAPS-NOW初始零场数据,其中的80%共10400组为训练集,20%共2600组为测试集。引入的物理量包括多个高度层的u、v风(1350 m),相对湿度(RH,150 m),水平散度(1350 m)等,基于ConvLSTM及MR-ConvLSTM加自定义损失函数,分别训练得到5个雷达回波外推模型。采用临界成功指数(CSI)、命中率(POD)、虚警率(FAR)作为评价指标,利用测试集对所有模型进行评估。基于引入物理量的MR-ConvLSTM训练得到的模型在20、30、35 dBz反射率阈值下,比未引入物理量的基于ConvLSTM的外推模型CSI值平均高4.67%、13.8%、5.98%,POD值平均高3.1%、7.68%、8.38%,FAR值平均低6.37%、8.54%、10.17%,同时引入3种物理量(RH、u、v)的外推模型在不同阈值的各项指标中综合表现最好,其CSI、 POD值在3种不同阈值下比未引入物理量模型平均高16.01%、13.38%,FAR值平均低14.88%。从模型应用的个例可视化也可以看出,引入物理量后有效提升了雷达回波外推的准确度,证明基于MR-ConvLSTM架构训练的雷达回波外推模型有较强的泛化能力。

关键词：雷达回波外推深度学习 RMAPS-NOW MR-ConvLSTM网络架构自定义损失函数

基于CMIP6模式评估结果对未来青藏高原降水多情景预估

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高原气象 2024年第1期43卷 59-72页

作者：李博渊胡芩成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610225

青藏高原作为气候敏感区域,其降水对东亚水文循环和气候有着巨大的影响,因此对于其变化的研究十分重要。降水是全球水文循环的重要变量,是受气候变化影响的重要气候系统之一,为了探究全球气候模式对青藏高原降水的模拟能力以及探究在新... 详细信息

青藏高原作为气候敏感区域,其降水对东亚水文循环和气候有着巨大的影响,因此对于其变化的研究十分重要。降水是全球水文循环的重要变量,是受气候变化影响的重要气候系统之一,为了探究全球气候模式对青藏高原降水的模拟能力以及探究在新模式、新情景下未来降水可能变化,本文使用耦合模式比较计划第6阶段(CMIP6)最新的31个气候模式逐月降水资料,以及国家气候中心所提供的CN05.1降水观测数据集,评估CMIP6模式对青藏高原降水的模拟能力,并择优选择模式在不同共享社会经济路径情景下(SharedSocioeconomicPathway,SSP)进行高原未来降水预估。结果表明:1995-2014年青藏高原观测降水分布模态特征为自东南向西北递减并且降水集中在夏季,大部分模式可以模拟出降水分布和季节性趋势但几乎都有高估降水的现象,多模式平均降水高出观测102%;总体上CMIP6最新模式对于青藏高原降水模拟能力较差,模式相对于观测的平均相对偏差指数为102%,说明大部分模式表现不理想,定量分析所有模式后选出EC-Earth3-Veg-LR, MPI-ESM1-2-LR, EC-Earth3-Veg, MRI-ESM2-0为模拟较优模式,可大致反映出青藏高原的降水特性;气候模式在SSP1-2.6情景下青藏高原降水增长最慢,SSP5-8.5增长最快;从辐射强迫较弱情景SSP1-2.6到较强情景SSP5-8.5,近期(2021-2040年)高原降水增幅在各情景下难发现较大差别,但中期(2041-2060年)和末期(2081-2100年)有明显增长,说明碳排放强度对近期影响较小而对长期影响大;未来降水增幅主要发生在念青唐古拉山以南地区,从季节性来看夏季增幅最大,其次是春季、秋季,增幅最小的是冬季,因此应当注重青藏高原未来夏季和春季的降水变化,做好应对措施。

关键词：青藏高原 CMIP6模式评估未来预估

西南地区2000-2020年植被覆盖度时空变化与影响因素分析

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高原气象 2024年第1期43卷 264-276页

作者：刘雨亭王磊李谢辉郭蕾成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610225

西南地区是我国重要的生态安全屏障区,也是生态脆弱和气候敏感区。本文基于MOD13A3的NDVI数据集,利用像元二分模型首先计算了西南五省市区2000-2020年西南整体和分省市区年、生长季和四季的平均植被覆盖度FVC(Fractional Vegetation Cov... 详细信息

西南地区是我国重要的生态安全屏障区,也是生态脆弱和气候敏感区。本文基于MOD13A3的NDVI数据集,利用像元二分模型首先计算了西南五省市区2000-2020年西南整体和分省市区年、生长季和四季的平均植被覆盖度FVC(Fractional Vegetation Cover),并对不同时间尺度的FVC进行了时空变化特征分析,然后利用ERA5的气温、 GPCP卫星降水和DEM等资料,对过去21年影响西南地区FVC变化的主要影响因素进行了讨论,最后利用Hurst指数对FVC的未来变化趋势进行了预测。结果表明:(1)2000-2020年以来,西南地区东部FVC整体呈增加趋势,尤其在重庆和贵州增加最快,西藏地区总体呈下降趋势。(2)西南地区FVC在空间上总体呈现东高西低的特点,2000-2020年平均FVC为0.46,在年际空间变化上FVC的上升区域占西南地区总面积的43.9%,下降区域占53.5%。(3)降水对FVC起促进作用,气温在不同地区则表现出不同的影响。(4)人类活动对FVC的影响很大,对植被的促进、抑制和无影响区域分别占栅格百分比的40.4%、 47.6%和12.0%。(5)高程和不同时间尺度的FVC都显著相关,但都呈现出极显著的下降趋势;不同时间尺度的FVC随坡度增加都显著增加,但当坡度大于25°后FVC会逐渐减小;坡向对西南地区FVC的影响相较于坡度、高程和气候因子的影响并不显著。(6)未来西藏、西南地区东部的四川、云南和贵州交界处的FVC整体将呈增加趋势,而四川西部和横断山脉的大部分地区将呈减少趋势。研究结果能为西南地区生态保护方案的制定提供数据支撑和科学指导。

关键词：植被覆盖度气候因子地形因子人类活动 Hurst指数西南地区

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基于随机森林模型的四川盆地臭氧污染预测

环境科学 2024年第5期45卷 2507-2515页

作者：杨晓彤康平王安怡臧增亮刘浪国防科技大学气象海洋学院中国气象局高影响天气重点开放实验室长沙410000 成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室成都610225

为研究四川盆地臭氧(O_(3))污染长期变化,使用四川盆地18个城市的地面O_(3)浓度数据和气象观测数据,首先分析了2017~2020年间四川盆地O_(3)浓度的时空分布特征,再利用随机森林模型,筛选出影响O_(3)浓度变化的主导气象因子,构建了气象因... 详细信息

为研究四川盆地臭氧(O_(3))污染长期变化,使用四川盆地18个城市的地面O_(3)浓度数据和气象观测数据,首先分析了2017~2020年间四川盆地O_(3)浓度的时空分布特征,再利用随机森林模型,筛选出影响O_(3)浓度变化的主导气象因子,构建了气象因子和O_(3)浓度之间的统计预测模型,并对2020年四川盆地城市群的O_(3)污染状况进行预测分析.结果表明:①2017~2020年间O_(3)浓度呈现波动变化趋势,2019年出现一个低值,2020年O_(3)浓度又有所回升.②气象影响因子中相对湿度、日最高温度和日照时数对O_(3)浓度变化具有重要意义,而风速、气压和降水量的重要性较低;同时,气象因子之间也存在着不同的线性关系,气压与其他气象要素呈现负相关性,而剩余气象要素之间正相关关系较为明显.③基于随机森林构建的O_(3)预测模型的拟合优度(R^(2))较高,展示出较好的预测性能,能够较好地预测O_(3)浓度的长时间逐日变化,具有良好的稳定性和泛化能力.④通过对四川盆地18城市的O_(3)浓度变化进行预测分析,结果表明除雅安外,所有城市预测模型的变量解释率均达到80%以上,说明随机森林模型能够较为准确地预测O_(3)浓度的变化趋势.

关键词：随机森林臭氧污染预测四川盆地气象因子

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观察机制对囚徒困境博弈合作水平的影响

控制与决策 2024年第1期39卷 311-318页

作者：蒋贤惠蒋玉莲黄勤珍西南民族大学电气工程学院成都610041 西南民族大学国家民委电子信息重点实验室成都610041

在演化博弈论中,合作有利于增加群体收益.目前,大量的研究工作都在关注合作水平的提高,但忽视了理论与实际的相关性,同时策略更新时间仅限于一个点上的收益.为此,引入完全同步、相对同步、高斯异步、指数异步4种观察机制模型,考虑智能... 详细信息

在演化博弈论中,合作有利于增加群体收益.目前,大量的研究工作都在关注合作水平的提高,但忽视了理论与实际的相关性,同时策略更新时间仅限于一个点上的收益.为此,引入完全同步、相对同步、高斯异步、指数异步4种观察机制模型,考虑智能体观察期内所获得的平均收益.随后,采用蒙特卡洛方法进行实验仿真,并分析各观察机制对囚徒困境博弈合作水平的影响.结果表明:在4种模型中都存在观察时间阈值,此时合作水平将达到峰值;最高合作水平在指数异步模型中实现;高斯异步模型中,合作水平与方差成正相关;智能体间的异质性也对合作产生积极影响.这项研究有助于打破传统研究收益的局限,促进合作水平的提高.仿真实验结果为支持社会群体合作提供了一定的理论依据.

关键词：观察机制囚徒困境博弈异质性合作水平平均收益蒙特卡洛方法

大气湍流对空间相干光通信的相干探测性能影响

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物理学报 2024年第10期73卷 203-211页

作者：刘宇韬徐苗付兴虎付广伟燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室秦皇岛066004 自然资源部海洋观测技术重点实验室天津300112

空间相干光通信被认为是突破现有高速空间通信瓶颈的重要手段,但其应用受到大气湍流的极大限制.为此,本文首先基于Huygens-Fresnel原理和低频补偿功率谱反演法,研究了高斯光束经大气湍流传输后振幅和相位的随机分布特性;然后,利用相干... 详细信息

空间相干光通信被认为是突破现有高速空间通信瓶颈的重要手段,但其应用受到大气湍流的极大限制.为此,本文首先基于Huygens-Fresnel原理和低频补偿功率谱反演法,研究了高斯光束经大气湍流传输后振幅和相位的随机分布特性;然后,利用相干混频效率及通信误码率模型,获得大气湍流对空间相干光通信系统性能的影响规律;最后,搭建激光外差探测实验系统,定量研究了大气湍流对空间相干光通信相干探测性能的影响.结果表明:弱湍流条件下,空间相干光通信性能几乎不受大气湍流的影响;中等强度湍流影响下,相干混频效率会随着湍流强度的增大而迅速下降,但通过提高单比特光子数可以有效抑制湍流对通信性能的负面影响;强湍流会显著破坏光束相干性,使得相干混频效率趋近于零,即使提高单比特光子数也无法有效改善通信性能.大气湍流是空间相干光通信发展的重要限制因素,该研究可为空间相干光通信系统性能评估提供有益参考.

关键词：空间相干光通信大气湍流混频效率误码率

SAR ATR中标签噪声不确定性建模与纠正

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雷达学报（中英文） 2024年第5期13卷 974-984页

作者：于跃王琛师君陶重犇李良唐欣欣周黎明韦顺军张晓玲苏州科技大学电子与信息工程学院苏州215000 电子科技大学信息与通信工程学院成都611731 四川航天系统工程研究所成都610100 重庆交通大学信息科学与工程学院重庆400074 电磁空间安全全国重点实验室成都610036

深度监督学习在合成孔径雷达自动目标识别任务中的成功依赖于大量标签样本。但是,在大规模数据集中经常存在错误(噪声)标签,很大程度降低网络训练效果。该文提出一种基于损失曲线拟合的标签噪声不确定性建模和基于噪声不确定度的纠正方... 详细信息

深度监督学习在合成孔径雷达自动目标识别任务中的成功依赖于大量标签样本。但是,在大规模数据集中经常存在错误(噪声)标签,很大程度降低网络训练效果。该文提出一种基于损失曲线拟合的标签噪声不确定性建模和基于噪声不确定度的纠正方法:以损失曲线作为判别特征,应用无监督模糊聚类算法获得聚类中心和类别隶属度以建模各样本标签噪声不确定度;根据样本标签噪声不确定度将样本集划分为噪声标签样本集、正确标签样本集和模糊标签样本集,以加权训练损失方法分组处理训练集,指导分类网络训练实现纠正噪声标签。在MSTAR数据集上的实验证明,该文所提方法可处理数据集中混有不同比例标签噪声情况下的网络训练问题,有效纠正标签噪声。当训练数据集中标签噪声比例较小(40%)时,该文所提方法可纠正98.6%的标签噪声,并训练网络达到98.7%的分类精度。即使标签噪声比例很大(80%)时,该文方法仍可纠正87.8%的标签噪声,并训练网络达到82.3%的分类精度。

关键词：合成孔径雷达标签噪声标签噪声纠正标签噪声不确定性建模模糊聚类算法

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