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基于Attention-Unet网络的FY-4A卫星降水估计

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气象学报 2024年第3期82卷 398-410页

作者：关吉平高延波黄从雷李济张立凤国防科技大学气象海洋学院长沙410073 95019部队气象台襄阳441100

准确的卫星降水估计是开展天气、气候、水文、生态等研究的重要基础,并且可以降低由降水直接导致的洪水等自然灾害造成的损失。目前业务运行的卫星降水产品主要使用物理反演方法,存在反演过程中降水特征信息较为片面等缺点。近年来随着... 详细信息

准确的卫星降水估计是开展天气、气候、水文、生态等研究的重要基础,并且可以降低由降水直接导致的洪水等自然灾害造成的损失。目前业务运行的卫星降水产品主要使用物理反演方法,存在反演过程中降水特征信息较为片面等缺点。近年来随着深度学习技术不断发展,其挖掘隐藏特征信息的能力也逐渐被引入到各种非线性过程研究。以Attention-Unet为核心搭建具备处理卫星多通道数据能力的卫星降水估计网络框架,利用风云4A卫星(FY-4A)多通道扫描辐射计9—14通道数据构建数据集进行降水估计模型训练。为评估该模型的效果,将Attention-Unet模型的降水估计结果与业务运行的卫星降水产品以及其他成熟深度学习网络模型进行对比。结果表明,Attention-Unet模型的降水估计效果优于使用传统物理反演方法的卫星降水产品FY4A-QPE和CMORPH,也优于作为对比的Unet模型和PERSIANN-CNN模型。在FY-4A多通道数据基础上,在模型训练中加入与降水有较大相关的地形数据,结果表明模型在保持降水区域识别能力的基础上降水量估计误差更小。

关键词：风云 4A 卫星 Attention-Unet 卫星降水估计地形

2021年辽宁西部两次暴雨过程典型特征对比

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沙漠与绿洲气象 2024年第2期18卷 52-60页

作者：常姝婷苏亚乔汪兵张放王淼锦州市气象局辽宁锦州121000 新疆气象台新疆乌鲁木齐830002 95021部队气象台湖北宜昌441000

基于常规气象观测资料和ERA5再分析数据,利用Barnes带通滤波法,借鉴计算地形阻挡气流上升高度的方法,对辽宁西部地区2021年6月下旬到7月中旬发生的两次暴雨过程(简称“6·27”暴雨“、7·13”暴雨)进行分析。结果表明:两次暴雨过程降水... 详细信息

基于常规气象观测资料和ERA5再分析数据,利用Barnes带通滤波法,借鉴计算地形阻挡气流上升高度的方法,对辽宁西部地区2021年6月下旬到7月中旬发生的两次暴雨过程(简称“6·27”暴雨“、7·13”暴雨)进行分析。结果表明:两次暴雨过程降水中心均位于北镇市,高空均有冷涡生成,下游高压脊阻挡冷涡东移,低空急流带来的暖湿水汽通过南边界流入暴雨区,975 h Pa均存在风速辐合线和中尺度气旋式辐合中心。由于高空冷涡、下游高压脊、低空急流、对流不稳定强弱不同,以及975 hPa风速辐合线、中尺度气旋式辐合中心、850 hPa低空急流和地面中尺度辐合线的配置不同,导致“6·27”暴雨局地性强,降水时段集中,雨强偏大,而“7·13”暴雨影响范围较大,降水时段较分散,强降水维持时间长,雨强偏小。从雷达特征上看,降水最强时,“6·27”暴雨影响北镇的是低质心高效率降水回波,对流云区维持时间较长“;7·13”暴雨是高质心降水回波,对流云区维持时间较短,因此“6·27”暴雨雨强较大,北镇最大小时雨强达68 mm。

关键词：暴雨 Barnes带通滤波中尺度地形增幅

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一次华北极端降雪天气过程的中尺度涡旋特征

气象 2024年第9期50卷 1120-1128页

作者：翟亮邢楠郝翠王颖刘文军仲跻芹北京市气象台北京100097 中国人民解放军61741部队北京100094 海淀区气象局北京100080 北京城市气象研究院北京100089

利用ERA5逐小时再分析数据和实况观测资料,对2020年2月13—14日华北极端雨雪天气过程中的中尺度涡旋进行特征分析,并采用相对涡度的环流积分变化方程对中尺度涡旋的发展机制进行诊断。结果表明:中尺度涡旋活动区域(简称涡旋区)的平均涡... 详细信息

利用ERA5逐小时再分析数据和实况观测资料,对2020年2月13—14日华北极端雨雪天气过程中的中尺度涡旋进行特征分析,并采用相对涡度的环流积分变化方程对中尺度涡旋的发展机制进行诊断。结果表明:中尺度涡旋活动区域(简称涡旋区)的平均涡度垂直廓线呈“S”型分布,正负涡度极值分别位于800 hPa及400 hPa。涡旋区内800 hPa正涡度强度与上升运动大值区一致。900~700 hPa平均涡度强度与平原地区降水强度同相位变化,涡旋强度的峰值较降水强度峰值早约2 h,二者相关系数为0.76,说明低层涡度强度对降雪预报具有指示性。从涡旋发展的动力机制来看,涡旋区800 hPa以下正涡度主要源自水平风辐合;800~700 hPa上升运动与风随高度顺转对涡度的贡献更大。对比无中尺度涡旋的降雪过程(2019年2月14日),涡旋区内垂直方向涡度无“S”型结构,且中低层涡度较弱,北京降雪量明显偏小。涡旋区是否存在中尺度涡旋发展,对北京冬季降雪量级和极端性的预报有指示意义。

关键词：降雪低涡中尺度涡旋涡度收支

面向多源异质遥感影像地物分类的自监督预训练方法

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测绘学报 2024年第3期53卷 512-525页

作者：薛志祥余旭初刘景正杨国鹏刘冰余岸竹周嘉男金上鸿信息工程大学河南郑州450001 北京航空气象研究所北京100085 华北水利水电大学河南郑州450046 93110部队北京100843 93116部队辽宁沈阳110000

近年来,深度学习改变了遥感图像处理的方法。由于标注高质量样本费时费力,标签样本数量不足的现实问题会严重影响深层神经网络模型的性能。为解决这一突出矛盾,本文提出了用于多源异质遥感影像地物分类的自监督预训练和微调分类方案,旨... 详细信息

近年来,深度学习改变了遥感图像处理的方法。由于标注高质量样本费时费力,标签样本数量不足的现实问题会严重影响深层神经网络模型的性能。为解决这一突出矛盾,本文提出了用于多源异质遥感影像地物分类的自监督预训练和微调分类方案,旨在缓解模型对于标签样本的严重依赖。具体来讲,生成式自监督学习模型由非对称的编码器-解码器结构组成,其中深度编码器从多源遥感数据中学习高阶关键特征,任务特定的解码器用于重建原始遥感影像。为提升特性表示能力,交叉注意力机制模型用于融合异源特征中的信息,进而从多源异质遥感影像中学习更多的互补信息。在微调分类阶段,预训练好的编码器作为无监督特征提取器,基于Transformer结构的轻量级分类器将学习到的特征与光谱信息结合并用于地物分类。这种自监督预训练方案能够从多源异质遥感影像中学习到刻画原始数据的高级关键特征,并且此过程不需要任何人工标注信息,从而缓解了对标签样本的依赖。与现有的分类范式相比,本文提出的自监督预训练和微调方案在多源遥感影像地物分类中能够取得更优的分类结果。

关键词：遥感多源异质数据预训练自监督学习土地覆盖分类

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基于度量学习的半监督空中目标作战意图识别

现代防御技术 2024年

作者：张晨浩周焰梁复台周通宋子豪袁凯 93950部队 31121部队空军预警学院

空中战场态势是对空中战场中所有参与方行动和状态的总体描述，而目标作战意图识别则为空中战场态势评估提供重要依据。为了解决在激烈对抗、快速演化的空中战场态势背景下，大量已标记的空中目标战场态势数据获取难度大的问题，本文提... 详细信息

空中战场态势是对空中战场中所有参与方行动和状态的总体描述，而目标作战意图识别则为空中战场态势评估提供重要依据。为了解决在激烈对抗、快速演化的空中战场态势背景下，大量已标记的空中目标战场态势数据获取难度大的问题，本文提出了一种基于度量学习的半监督空中目标作战意图识别模型。该模型提供了一种从无标签样本中发掘潜在模式的方法，缓解了对大量标记数据的需求。模型通过目标时序数据编码器对目标序列数据进行降维并得到其嵌入表示。在此基础上，通过分别度量已标记的目标序列与意图类型、未标记的目标序列之间的相似度，计算对应的损失值。实验结果表明，在有标签样本不同占比为30%、40%和50%的情况下，该模型识别空中目标作战意图的准确率分别为86%、89%和91%。

关键词：空中目标战场态势作战意图意图识别度量学习半监督学习

基于一维变分法的微波辐射计反演边界层温湿廓线

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1699-1708页

作者：黄威李宛桐胡帅脱宇峰鱼艇倪祥龙中国人民解放军63898部队河南济源459000 天津气象雷达研究试验中心天津300061 中国人民解放军国防科技大学气象海洋学院长沙410073 中国人民解放军63891部队河南洛阳471000

地基微波辐射计能够克服星载遥感对低层大气不敏感的缺点,在边界层大气探测方面更具优势.一维变分反演算法考虑了辐射传输过程等物理机制,在应用于微波辐射计的反演时具有很高的可信度.针对微波辐射计信息含量较低以及一维变分算法收敛... 详细信息

地基微波辐射计能够克服星载遥感对低层大气不敏感的缺点,在边界层大气探测方面更具优势.一维变分反演算法考虑了辐射传输过程等物理机制,在应用于微波辐射计的反演时具有很高的可信度.针对微波辐射计信息含量较低以及一维变分算法收敛率不高等问题,提出利用地面气象要素改进算法在近地面层的反演精度和引入正则化算子提升算法的收敛特性.利用探空数据对上述改进方法的提升效果进行验证,结果表明:地面气象要素的引入使得反演算法在地表温湿度的均方根误差分别降低了78.2%和55.5%,对于上层大气温湿廓线也有小幅提升;正则化算子对算法的反演时间和反演精度影响很小,但是可以显著地减少未收敛样本个数和提升反演廓线的质量.

关键词：一维变分温湿廓线微波辐射计正则化算子

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驻波型相位调控声镊操控稳定性研究

声学学报 2024年第3期49卷 449-457页

作者：朱纪霖高东宝曾新吾许章林谢翰祥中国人民解放军92682部队湛江524002 国防科技大学气象海洋学院长沙410073

为研究驻波型声镊的聚焦声场特征及其操控微粒的稳定性,使用有限元方法建立了相位调控聚焦声场控制模型并搭建了声镊实验系统,测量了系统中微粒多方向移动的位置精度,并分析了聚焦声场的分布规律及其影响。理论与实验结果表明,所设计声... 详细信息

为研究驻波型声镊的聚焦声场特征及其操控微粒的稳定性,使用有限元方法建立了相位调控聚焦声场控制模型并搭建了声镊实验系统,测量了系统中微粒多方向移动的位置精度,并分析了聚焦声场的分布规律及其影响。理论与实验结果表明,所设计声镊系统能够在平面内完成微粒操控。相位调控声镊在微粒操控稳定性方面存在区域差异性,越靠近中心区域的声场操控稳定性越强,越靠近边界区域的声场操控稳定性越差。通过细化移动步长可一定程度上提高微粒操控的稳定性。

关键词：声镊声辐射力微粒操控相位调控

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压电加速度传感器电激励自校准方法研究

计量学报 2024年第1期45卷 52-56页

作者：陈乐 92493部队60分队辽宁葫芦岛125000

为解决加速度计难以实现定期校准、校准成本高、难以满足长期工作需求等问题,对带有驱动端口的压电加速度传感器的自校准方法进行了研究。利用振动台校准方法以及基于驱动压电元件的逆压电效应,通过对传感器驱动端口电激励可实现驱动压... 详细信息

为解决加速度计难以实现定期校准、校准成本高、难以满足长期工作需求等问题,对带有驱动端口的压电加速度传感器的自校准方法进行了研究。利用振动台校准方法以及基于驱动压电元件的逆压电效应,通过对传感器驱动端口电激励可实现驱动压电元件的转换灵敏度测试,并实现加速度计的现场原位校准。将校准结果与振动台校准方法的校准结果进行对比,实验结果表明,在频率范围5~10000 Hz,自校准灵敏度结果与振动台灵敏度校准结果一致,误差在±2%以内,验证了该方法的有效性。

关键词：计量学压电加速度传感器自校准电激励现场原位校准

西太平洋台风活动对中国西北地区东部夏季降水的影响

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大气科学 2024年第2期48卷 507-520页

作者：王顼张立凤王羱刘洋谢勇国防科技大学气象海洋学院长沙410005 解放军75839部队广州510000 江西省气象局南昌330006

基于1979~2020年(42年)降水及台风资料,利用常用的统计方法和随机森林方法,研究了西太平洋台风对我国西北地区东部(33°N~45°N,93°E~110°E,ENWC)降水的影响。结果发现,在台风频数和降水量都出现峰值的7、8、9月,出现在西北太平洋的... 详细信息

基于1979~2020年(42年)降水及台风资料,利用常用的统计方法和随机森林方法,研究了西太平洋台风对我国西北地区东部(33°N~45°N,93°E~110°E,ENWC)降水的影响。结果发现,在台风频数和降水量都出现峰值的7、8、9月,出现在西北太平洋的台风对台风期间的ENWC平均日降水(TP)有影响。7月份台风的位置和强度对降水影响显著,8月份台风的位置、强度和频数对降水都有影响,9月份影响较小。台风的影响具有地域选择性,不同的月份这种选择性不同,对不同等级降水的影响也不同。其影响主要表现在EOF分解的第二模态以及强降水和极强降水等级上,这说明了台风不是影响TP的主要因素,这种影响是间接的和非线性的,台风的出现是通过影响东亚地区中高纬度的槽脊系统、西太平洋副热带高压以及低纬度低涡的强度和位置来形成有利于降水的条件,从而影响降水的分布和强度。相对于多元线性回归方法,基于随机森林方法建立的降水模型能更好地拟合出降水分布和强度,这说明台风对TP的影响主要是非线性的,且降水强度越强,非线性作用越明显。同时,随机森林模型也显示出台风的位置是影响ENWC降水的最关键因素。

关键词：中国西北地区东部降水西太平洋台风随机森林方法