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[硕士论文] 申建华
测绘工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:地基GPS水汽反演过程中利用加权平均温度以及最终精密星历解算得到的数据精度,已经可以在数值气象预报中应用,但是最终精密星历的时延无法满足气象预报的实时性要求。基于通用大气加权平均温度模型获取大气加权平均温度不能在每个地区获得相同精度,会对水汽反演精度产生影响。中国水汽解算网络已经初步建立,但是基于历史原因很多站点无法获取站点地面气象要素,如若使用GPS定位中的温压模型,虽能获得相同的水汽变化趋势但是精度差异较大。本文将基于香港卫星参考站网、国家气象局布设的全国水汽站网及探空观测数据,对地基GPS水汽反演方法及影响的相关因素进行研究分析。主要研究内容如下:
  对GPS气象学的研究背景以及发展现状进行了阐述,对GPS系统应用于水汽探测原理进行了介绍,重点对利用水汽反演数据精度的可靠性进行论证分析。
  基于实时水汽反演的现实需求,利用超快速预报星历,实现了水汽反演,并对其可靠性进行了研究,结果说明利用超快速预报星历反演到的水汽反演精度与精密星历得到的结果精度相当。
  分析大气加权平均温度对水汽反演结果的影响,利用香港探空站10年探空数据资料,建立了香港地区加权平均温度模型,同常用的Bevis模型以及王晓英回归得到的经验模型进行比较分析,证明本文拟合的模型精度要明显优于上述两种模型精度,并结合GPS实测数据验证了该模型可提高香港地区的水汽反演精度。
  基于全国气象观测站网数据,建立了增加高度订正的反距离加权法内插获得实验站点的气象观测数据的方法,对分布在全国的25个内插区域中实验站点气象数据进行内插处理,并与实验站点的实测值进行比较,验证了此种方法可用水气数据反演。将本文建立的气象数据内插方法应用于香港地区,分析论证了该方法得到的气象数据参与解算的水汽值反演精度优于GPT2模型。
[硕士论文] 韩家琪
农业遥感 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:干旱是我国频繁发生的一种气象灾害,对我国社会、经济和环境带来了严重的影响。因此准确监测干旱的发生时间、发展程度和影响范围,对保障社会经济发展,促进生态环境恢复,维持区域和谐稳定具有重要意义。目前学者们建立了许多不同类型,不同特点的干旱监测指数,从早期的气象干旱监测方法到遥感干旱监测技术的应用再到近期综合干旱监测指数的提出,学者们一直致力于提出更加灵敏更加精确的干旱监测模型。随着大数据的发展,大数据的相关理念和技术为这一目标的实现提供了新的契机。本文在前人研究结果的基础上,将大数据思维应用到干旱监测中,创新了干旱监测方法,并据此进一步分析了我国干旱时空变化特征。主要的研究内容如下:
  (1)讨论分析了基于空间数据仓库的大数据干旱监测体系结构,从数据采集、数据集成处理、数据分析和数据应用四个方面,系统阐述了大数据干旱监测应用的完整流程。
  (2)利用降水、地表温度、植被信息、蒸散、土壤有效含水量、土壤质地类型、高程以及坡度等多源数据,构建了土壤水分估算模型,以满足全国干旱监测的需要。在研究过程中,针对多源数据的空间完整性不一致问题和模型训练空间与应用空间不匹配问题,本文提出了“金字塔”型多层级的土壤水分估算框架,实现了全国土壤水分的全覆盖监测。通过站点实测数据的交叉验证结果表明,该方法的估算精度良好且较稳定。相关系数值处于0.56到0.7之间,平均误差和相对误差也相对较低,分别在4.16到5.22和0.66到0.78之间。与TVDI的监测结果对比表明,多层级的土壤水分估算方法对土壤干湿情况的监测比TVDI更精确。通过多层级的土壤水分估算方法,建立了全国2000-2014年10cm深度层的1km分辨率的土壤水分信息数据集。
  (3)基于前文计算的1km分辨率的中国土壤水分信息数据集,引入了SMCI指数对于旱进行了监测。利用线性趋势分析法、频率分析法等分析了2000-2014年我国干旱发生的空间分布及时空变化特征。干旱的趋势分析结果表明,我国北方干旱程度大于南方;大部分地区的干旱发展趋势保持稳定,没有明显的加剧或者缓解的趋势,但是在夏季和冬季,分别表现出北方部分地区极显著缓解和中南部部分地区极显著加剧的趋势。干旱的发生频率分析表明,在月尺度上,北方的干旱发生频率整体上高于南方;在季节尺度上,北方一年四季的干旱发生频率都较高,而南方夏季和秋季的干旱发生频率则高于春季和冬季,整体上看,冬季的干旱发生频率为一年之中最高。
  (4)以2013年7月湖南特大干旱为例,探讨了微博数据在干旱监测中的应用前景。分析表明,微博数据对干旱事件的发展过程存在响应,但是这种响应特征只有在干旱发展到一定阶段后才逐渐凸显。通过将微博数据的干旱监测结果与国家气候中心的监测结果进行对比发现,基于微博数据的干旱监测结果存在一定的夸大情况,但是总体上反映的干旱空间分布特征和趋势与国家气候中心的监测结果是一致的。
[硕士论文] 张自航
水利工程;水文学及水资源 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:英国山洪发生频繁,山洪的特点是流量大,历时短,破坏力强。山洪灾害在英国西南半岛每年都有发生;威尼斯(Valency)流域位于英格兰西南半岛,三面环海,出口断面为博斯卡斯尔(Boscastle)渔港,夏季多有特大暴雨,多发山洪灾害。山洪灾害的发生受水文和气象综合因素影响,成因较复杂,难以精确预报。采用陆气耦合模型进行山洪预报对山洪灾害防治与水资源合理调配均有非常重要的价值与意义。
  本文总结了威尼斯流域的洪灾成因及灾后防洪工程措施;从陆气耦合的角度构建了威尼斯流域WRF-PDM耦合模型,再现了威尼斯流域Boscastle山洪过程;为威尼斯流域的山洪预警提供了依据,也为其它无资料小流域的山洪预报奠定了重要的理论与实践基础。获得的研究成果主要如下:
  (1)威尼斯流域山洪灾害成因主要有:1)气候变化(海平面上升);2)天气(中尺度对流系统)和暴雨(强对流降雨,暴雨频率高,强度大);3)陆面条件(植被多为草本植物,截留能力低,土壤多为耕作土,自然肥力低,透水性差);4)流域特性(狭长型流域,流域面积小,河网密度大,河道比降大,地势变化快,产汇流迅速);5)人为因素(防洪工程措施不完善等)。
  (2)在威尼斯流域Boscastle山洪爆发后,水沙流体大量倾泻,伴随有滑坡和泥石流,原有的河道和坡面遭到毁坏,下垫面的地质地貌发生了很大的变化。主要干支流受到的影响是河岸的侵蚀,河床的切割,横向运动和撕裂。灾后该流域具体的防洪工程措施有:加宽加深河道,边坡加固,增加防洪涵洞数量,安装地下排水管道,增高路基等。
  (3)在降雨模拟方面,WRF对威尼斯流域暴雨的时空分布有较好的模拟能力,模拟结果与观测值一致性较好,峰值有一定差异,总量略有偏小,总体上Grell-Freitas方案不管是在降雨的时间分布上还是累积雨量上都要比Zhang-McFarlane方案模拟效果好,Grell-Freitas方案比Zhang-McFarlane方案更适合威尼斯流域的降雨模拟。
  (4)在PDM模型参数率定和参数验证方面,参数率定纳什效率高达0.88,参数验证的纳什效率系数高达0.9。表明参数率定和参数验证的结果比较理想,邻站肯恩流域的流域特性参数可移用于无资料的威尼斯流域。
  (5)使用WRF的模拟结果输入PDM进行单向耦合;不同积云对流方案中,Grell-Freitas参数化方案能很好模拟洪峰流量。利用WRF-PDM耦合模型可以实现威尼斯流域的山洪预报。
[博士论文] 韩晓静
农业遥感 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:地表温度(Land Surface Temperature,LST)是地球表面能量平衡的重要指示因子,也是研究区域以及全球尺度陆地表面物理过程的关键参数。遥感技术的兴起和发展使得地表温度信息的获取从“点”过渡到“面”,目前遥感手段获取地表温度信息主要是基于热红外数据和被动微波数据。与热红外信号相比,微波信号对云、雾、雨、雪、植被以及一些干燥地物具有一定的穿透能力,具有全天候获取地表温度信息的特性,从而弥补了热红外地表温度监测中的不足。
  本文旨在提供一种简单易行且具有一定物理意义的云下地表温度反演算法。文中回顾了基于被动微波地表温度反演的国内外研究现状,给出了被动微波遥感的基本概念与理论,详细介绍了本研究中用到的模型和数据。在此基础上设定了两个研究目标:(1)定量分析大气对常用被动微波通道星上亮温的影响并提出相应的大气校正方法;(2)通过不同通道比辐射率间的关系发展具有一定物理意义的云下地表温度反演算法。主要研究内容包括以下几个方面:
  (1)大气对常用被动微波通道作用的研究以及大气校正方法的发展。本论文是针对云下地表温度反演方法的研究,有云情况下,大气对微波通道的影响相对较大。因此本文首先利用模拟数据库定量分析了大气对常用被动微波通道亮温的影响,结果显示,在1.4GHz通道,当比辐射率大于0.7时大气影响可以忽略;在6.93GHz通道,当比辐射率大于0.8时大气影响可以忽略;在10.65GHz通道,当比辐射率大于0.9时大气影响可以忽略;其他通道(18.7、23.8、36.5、89.0GHz)一般情况大气影响不可忽略。然后根据大气校正精度的要求以及输入数据的可获取性,分别提出通用的大气校正方法、简单的大气校正方法和基于比辐射率的大气校正方法,为后续研究工作的开展奠定了基础。
  (2)地表温度被动微波反演方法的发展。本文首先建立了18.7、36.5和89.0GHz三个通道垂直极化比辐射率的关系,并对其进行近似和简化,在此基础上,假设辐射传输方程中的大气和植被影响可以忽略,利用简化的辐射传输方程发展了用于地表温度反演的三通道算法。当干土比辐射率已知时,其算法误差为0.83K;当干土比辐射率近似为常数时,该方法仅需要输入18.7、36.5和89.0GHz三个通道的亮温数据即可估算地表温度,其算法误差为2.37K。利用AMSR-E星上亮温数据和地表亮温数据估算地表温度,精度分别为4.0~5.0K和3.0~4.0K。
  (3)云下地表温度反演与验证。本文通过两步法反演中国区域的地表温度,即首先通过通用的大气校正方法将AMSR-E卫星数据的星上亮温转换为地表亮温,然后通过三通道算法利用地表亮温估算中国区域的地表温度。与有云条件下的地面空气温度对比,结果显示,该方法精度约为4.0K。
[硕士论文] 刘锦晨
机械设计及理论 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:采用碘化银地面发生器播撒碘化银颗粒的方式进行人工增雨时,需将多个烟炉布置于高山迎风坡,以便在可控的时间内使燃烧后的碘化银颗粒具有一定的浓度,并随着上升气流顺利进入云层作为催化剂增加雨滴数量,从而起到人工增雨的效果。为增加人工增雨的效果,在不同的区域布置多套碘化银地面发生器系统,每个碘化银地面发生器系统中布置多个烟炉,每个烟炉中布置多个通道装载多根碘化银烟条,安装在烟炉内的点火控制器控制烟条的点燃、检测烟炉内烟条的剩余状态。安装在烟炉外部的多点控制器控制多个烟炉中的点火控制器,并通过GPRS和北斗卫星通信与远程监控中心进行数据交互,从而实现人工增雨或人工增雪。
  本文研究内容主要包括以下几个方面:
  (1)总体方案的设计。根据系统的功能需求,确定系统的总体方案、系统组成、中央处理器的型号,确定远程通信方案,完成系统子站点供电方案的设计。
  (2)遥控终端软硬件系统的设计。完成电源模块、点火模块、CAN通信模块、状态采集模块、SD卡数据存储模块的软硬件设计。
  (3)远程通信模块的设计。完成GPRS远程通信模块的硬件电路与软件设计流程。确定北斗卫星通信终端的型号,完成北斗通信协议的制定。
  (4)远程监控管理平台的建立。使用C#开发工具,在WPF应用程序中编写上位机界面,完成数据收发的软件流程设计。
  (5)碘化银地面发生器远程遥控系统的在线测试。对远程遥控点火功能、烟炉内剩余烟条状态信息的采集与监测、通信状态的查询进行测试,用测试结果证明系统的有效性和可靠性。
[硕士论文] 孙镆涵
公共管理 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:目前,极端天气事件逐年增多,全球气候变化的影响也在加剧,农业、生态资源由于气候变化也产生了系列连锁的反映,农业和生态资源对气象服务的需求也更加迫切。黑龙江省是农业、林业、畜牧业大省,地处中国最北部,占地辽阔地势复杂,是中国东北方乃至整个东北亚地区的生态屏障。随现代社会对气象服务的新需求,对人工影响天气服务提出了更高的要求。本文从公共管理的角度,对人工影响天气发展的历史脉络和意义进行了梳理,介绍了国内外人工影响天气研究现状,阐述了人工影响天气的相关概念,探索研究黑龙江省人工影响天气管理业务和存在的问题及成因分析,对提升黑龙江省人工影响天气管理水平提出发展建议和实施策略。
[硕士论文] 王兆萍
工程管理 山东大学 2017(学位年度)
摘要:关键链法是一种基于约束理论的较新的进度管理方法。关键链法对项目整体性更为关注,尤其注重考虑分析人的行为学、项目资源约束状况等,并通过缓冲区来监控项目进度。利用关键链法可以吸收项目实施过程中存在着的不确定性因素的影响,并消除帕金森定律、学生综合症等人为因素的影响。运用关键链技术可使得传统项目进度管理方法的一些欠缺得以弥补,所以针对此开展理论探究、实际运用等,其意义极为重大。
  本论文在查阅了大量相关文献资料的基础上,对传统的项目进度管理方法与目前项目进度管理中较前沿的关键链管理方法进行了详细的比较分析,指出了他们的优点和存在的一些不足,并最终选定结合计划评审技术的关键链法来开展项目进度控制。
  本论文针对Q公司承担的项目“X市山洪灾害预警系统”项目的建设过程进行研究,通过梳理目前主流的多种项目进度管理技术方法,在项目内将包括计划评审、网络计划技术、工作分解结构法等在内的诸多方法与关键链法互为结合,依据项目状况,将理论结合实际,总结出与项目使用相适应的一套项目进度管理方法,希望为Q公司、相关行业的相关项目提供参考。
[硕士论文] 贾斌
软件工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:人民群众对气象数据越来越重视,对气象服务的要求也慢慢变得更细致、更个性化,公共气象服务需求和公共气象服务的质量严重影响着城市的稳定与持续发展。聊城市气象局为逐步改善气象服务与公众需求的差距问题,及时为公众传递气象服务信息,由传统向现代,由粗放走向精细的转型是贯穿聊城市智慧气象发展始终的理念。因此,有必要建设一套基于移动应用的聊城市公共气象服务平台。
  公共气象服务平台主要选用Java开发语言,MVC思想、HTML技术、SSH框架进行开发,Web端与Android端使用Restful技术,均通过JSON数据进行展现,使用MYSQL数据库存储公共气象服务数据。在公共气象服务平台的业务展现页面,主要利用Struts框架的标签库提供数据支持,内部服务处理利用Restful Client、Restful Endpoint、WebService Endpoint提供技术支撑,具体业务处理则需要调用业务逻辑组件、平台标准逻辑组件、平台Spring服务,利用Hibernate框架完成对MYSQL内数据的持久化。
  公共气象服务平台将主要分为公共气象服务与后台管理,公共气象服务则由Web端与Android端构成。公共气象服务功能主要完成地面资料查看、卫星云图资料查看、雷达资料查看、精细化预报查看、天气指数查看、闪电资料查看、空气质量查看、气候服务产品查看、预警信号查看、常规预报产品查看、地面统计查看、城镇报产品查看、气候产品查看、实况、预报预警、Android端主页。后台管理主要用于进行用户管理、访问统计、文件管理、统计图表、消息推送。
  公共气象服务平台运行后,使聊城市能够合理梳理气象灾害警报发布阶段内出现的各类情况,改善了聊城市公共气象服务的办事速度及工作质量,促进了聊城市气象台业务维护能力的提升,解决了聊城市气象服务尤其是决策气象服务的显示预警及传输问题。
[硕士论文] 王雨婷
气象学 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:一直以来,大气边界层作为地球与大气之间物质能量交换的桥梁,人类生产生活的主要产所,与人类发展有着密不可分的关系。中国幅员辽阔,气候特征复杂多变,各个区域受气象因子以及下垫面条件等多种要素影响,不同区域站点存在着自身特点。
  本研究利用欧洲中心大气边界层高度的再分析资料对中国边界层高度进行了长期的气候特征分析,主要包括边界层高度的以月为尺度的季度变化、极值变化,每天两个常规观测时次的边界层高度的季节变化,并对中国大陆地区进行分区来研究边界层高度的变化情况。在此基础上,利用2010-2015年L波段探空资料对全国120个站点的边界层高度进行了统计分析。发现(1)季节变化上,春夏的振幅大于秋冬。除个别地区外,再分析资料与L波段探空资料的趋势总体类似。(2)大气边界层作为响应下垫面作用的时间尺度为一小时或者更短的大气的最低部分,其内部结构的变化或者发展受到了包括天气因子、下垫面条件、气候类型等等要素的影响,通过相关分析研究,认为边界层高度在20BJT与10m风和地表温度都呈现了较好的正相关性。(3)不同的下垫面条件以及气候类型都会对边界层高度以及状态造成影响。就日变化而言,边界层高度的高峰多出现在午后,西北地区及高原边界层高度的日振幅相较其他地区更大。
  此外,分辨率的提高一直是改进数值天气模式大气模拟能力的重要途径,研究分辨率提高有助于解决目前模式的不足,对进一步提高模式的模拟能力也具有着十分重要的意义。而通过大涡模拟更真实地分析边界层内部结构,包括滚动涡的产生机制也是很多学者关心的问题。本文除了通过再分析资料以及长期观测资料对中国边界层观测特征进行研究之外,进行了一次飓风大涡模拟试验。模拟旨在探讨由热带气旋风暴所引起的下方海温冷却对热带气旋边界层(TCBL)内涡产生机制造成的可能影响,并在此基础上分析边界层内滚轴涡旋在水平和垂直输送等方面所起到的作用。模拟试验分别采用Unified Wave INterface-Coupled Model中的海表面温度(SST)场以及NCEP-FNL全球再分析资料中的SST场进行强迫。结果表明,(1)滚轴涡旋在飓风ISAAC中是普遍存在的;且在模拟中考虑由风暴所引起的海温冷却会影响边界层稳定度参数,即当考虑SST随热带气旋发展而冷却时,边界层滚轴涡旋的产生主要由动力不稳定所引起,而反之边界层滚轴涡旋的生成主要是因为对流不稳定。(2)TCBL中的滚轴涡旋呈偏态,随着对流不稳定的增强这种偏态将随之增大。(3)强的对流不稳定会促进热量和水汽的垂直传输,而强的动力不稳定则会增加湍流动能,减弱热量和水汽的垂直输送。
[硕士论文] 甄少婕
地图学与地理信息系统 青海师范大学 2017(学位年度)
摘要:蒸散(ET)是生态过程中一个重要的地表参数,在水循环研究和水资源管理中起着举足轻重的作用。地表蒸散是陆面生态系统与水文过程的重要纽带,而且也会影响区域气候和水资源总量分配,进而影响区域经济的发展。因此,基于遥感技术进行地表蒸散量研究具有十分重要的理论意义和研究价值。
  本文基于SEBS陆面能量平衡模型,结合祁连山南坡2000年、2005年、2010年、2015年的MODIS遥感数据与研究区内部及周边气象站的实测气象资料,估算了研究区地表物理参数和地表能量通量,进而估算出研究区的地表蒸散量,同时采用FAO Penman-Monteith模型计算结果与SEBS模型的计算结果加以对比分析,最后分析了研究区地表蒸散量的时空分布特征及其影响因素。
  (1)研究区年内地表蒸散量的时空分布:从时间分布来看,研究区的地表蒸散量每年年内都大致呈倒“V”型分布,即夏季研究区地表蒸散量最大,春季、秋季次之,冬季最低。从空间分布来看,研究区地表蒸散量年内空间分布特征大致相同,整体表现为研究区西北部低东南部高,由冬季到春季再到夏季的半年,低值区域向西北方向稍有退缩,由夏季到秋季再到冬季的半年,低值区域逐渐向东南方向扩大。
  (2)研究区年际地表蒸散量的时空分布:从时间分布来看,研究区年地表蒸散量2005年最高,2010年次之,2015年最低,整体呈下降趋势。从空间分布来看,研究区地表蒸散量年际空间分布均为东南部高西北部低。
  (3)研究区地表蒸散量空间分布特征的影响因素:一定时期内,研究区地表蒸散量与降水量大体呈正相关关系;高程在2200m~2500m时随着高程增加而急剧增大,2500m以上地表蒸散量总体上随高程呈平缓下降趋势,同时间有小范围的波动;坡度在0~45度之间,地表蒸散量随着坡度增大而增大,大于45度,地表蒸散量随着坡度增大而减小;研究区山体东南坡向和西北坡向为地表蒸散量高值区,山体东北坡向和西南坡向为地表蒸散量低值区。
  (4)本文采用 FAO Penman-Monteith模型对研究区气象站点的计算结果与利用SEBS模型计算结果进行对比分析,相对误差整体上在20%左右,由此表明, SEBS模型用于本研究区地表蒸散量的反演具有一定的可行性。
[硕士论文] 杨一博
计算机科学与技术 山东大学 2017(学位年度)
摘要:随着高性能计算的发展,计算能力得到大幅度的提升,然而受限于投资和复杂度,I/O性能则相对发展缓慢。基于此,I/O性能已经成为众多HPC应用程序的性能瓶颈,提升应用程序的I/O性能就显得格外重要。然而I/O系统具有高延迟、深共享、访问模式多变和成本问题,高端应用无一例外地受到I/O的困扰,其表现为很强的不确定性和振动性。同时,高性能应用程序的I/O行为大多是复杂的,分析和理解高性能计算机上应用程序的I/O行为是提升性能的关键。
  首先,本论文首先设计和实现了一个轻量级的I/O框架,支持灵活的I/O配置,自适应I/O调优,同时也支持同步和异步模式。该框架不同于ADIOS,它是一个轻量级的框架,主要解决计算和I/O的性能可扩展性不一致的问题,从而释放计算的可扩展性。也不同与PIO,该框架支持自动I/O调优以及灵活配置。我们在IBMP460系统上以GRAPES为例,证明了该框架的有效性。
  其次,为了进一步的分析应用程序的I/O行为,本文还实现了一个面向HPC应用程序的I/O trace采集和分析工具。该工具通过采集和高效存储前端计算节点上的I/O日志,统计各个计算节点上的读写行为数据,用IOPS(I/O operations persecond)、I/O带宽、数据大小分布和各个节点的I/O活跃情况等指标来量化反映应用程序的I/O特征和性能问题,并进一步分析应用程序以及系统可能存在的瓶颈。在神威太湖之光超级计算机上,我们以NPB-IO、MPI-IO测试程序和真实应用程序验证了I/O trace采集和分析工具的有效性。
[硕士论文] 邵俊
计算机技术 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:由于气候条件的复杂性、多样性和变异性,使得天气预测的过程中存在着大量的模糊性和不确定性,从而导致中长期降雨量的预测成为了计算机预测和气象科学中的一个难点问题。虽然我国幅员辽阔,地形复杂,但降雨量的空间分布仍有一定规律。随着我国经济的快速发展,气象信息越来越受到广泛的关注,无论是人民的生活,还是经济的发展都与气象息息相关。天气预报基于卫星观测,可以较为精确地预测未来数天的风力、湿度、温度等天气状况,但是如何能够知道未来几个月甚至未来几年大概的降雨量变化状况,将是本文研究的重点。
  马尔可夫链适用于随机波动性大的预测问题,但它要求状态无后效性,对极值的预测不太理想,而组合模型可以通过结合其他算法来优化其缺陷,所以本文基于马尔可夫链的组合模型对降雨量进行预测,并提出了相应的两种预测方式,然后利用Arcgis组件设计与实现了城市降雨分布系统,主要研究工作如下:
  (1)本文提出了基于马尔可夫链和模糊集组合模型的预测算法。先将降雨量有序聚类,计算出状态转移矩阵,然后引入隶属度概念,求出每个状态对其他状态的影响值,再通过加权的方式算出预测的状态区间,最后通过模糊集公式算出具体的降雨预测值。算法取缔了传统上用的较多的平均分类,然后引入隶属度更详细的描述随机变量序列值分别属于所有状态的隶属程度,较好的减小了原来“非此即彼”思想带来的误差。
  (2)本文也提出了基于马尔可夫链和灰色理论组合模型的预测算法。该方法引入了滑动GM(1,1)模型,先通过最小二乘法求出预测函数,然后代入具体时间求出第一次预测值及其与实际值的误差,再通过误差进行分类,最后通过加权马尔科夫模型完成预测。该算法主要采用二次预测的方式,降低了偶然因素的影响,简化了建模的步骤,提高了预测的精度和速度。
  (3)本文查阅并参考国内外关于降雨分布图制作和降雨预测的研究技术,利用插值算法和ArcToolbox构建了等值模型。然后我们通过ArcGIS服务器发布地理信息服务,实现了城市降雨分布图制作的功能。最后通过加权马尔可夫算法,在系统中实现年降雨量预测并制图的功能,为人们的生产生活和有关部门的防灾减灾都提供了便利。
  通过以上研究,我们论文实现了对马尔可夫组合预测算法的优化,提高了预测的速度和精度,为长期降雨量的预测打下了坚实的基础。
[硕士论文] 齐丽军
地质工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:蒸发蒸腾是干旱和半干旱地区浅埋藏地下水最主要的排泄方式,而降雨是地下水的主要补给方式。两者均是地下水系统中最重要的均衡项,这两项的精确估算在地下水资源评价、地下水的合理开发和植被保护等方面起着重要作用。
  本文以陕西宝鸡渭河南岸黄土区为研究区,选取了7个具有代表性的观测井,获得了为时一年的高频率地下水水位监测数据。在此基础上,分析了地下水位的变化规律,利用地下水水位波动法逐一分离净补给和气压效应引起的水位变化量,消除利斯效应,分别获取了蒸发蒸腾强度和降雨入渗补给强度的估算方法。并利用水量均衡法验证了这两种估算方法是准确可靠的。
  研究取得了以下主要成果:(1)地下水的侧向净补给引起的地下水位的变化整体呈现出“夏季多,冬季少”的趋势,最大值出现在9月为4.96 cm/d,最小值出现在1月为1.41 cm/d,春季补给平稳。(2)气压效应在研究区显著,是影响地下水水位波动的重要因素。水位对气压响应的滞后特征,观测井水位滞后时间在0~80分钟不等。气压效应系数的可信区间为(-0.558,-0.442)。在本研究区内,气压效应引起的水位变化量在浅水位区比较大,深埋深区比较小,也可以初步的判定该区域水位能受到气压效应影响的深度约小于3.5 m。(3)蒸发蒸腾强度的年内变化由7个观测井的数据来体现,可以简单描述为“夏高春低,秋高冬低”,5、6、7、8月份最高。(4)地下水水位对降雨事件存在响应延迟效应。地下水水位对降雨事件的响应延迟时间与降雨事件的发生情况、降雨强度的大小、水位埋深等因素有关。长时间未降雨后的第一次降雨,水位的响应延迟时间较长。水位埋深越大,水位的响应延迟时间越长。降雨强度越大,水位的响应时间越短。(5)6个有效观测井的年均降雨入渗补给系数分别为0.37、0.29、0.64、0.39、0.43、0.23。整体表现为,久旱后的首场雨的补给系数很小或为0,随着降雨陆续的发生降雨入渗补给系数增大。降雨入渗补给地下水存在持续效应,在研究时段内,降雨的持续时间在5-40天不等。
[硕士论文] 冯春燕
地理学 曲阜师范大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,由全球变暖导致的气候和环境变化,使得自然灾害发生的频率增大,影响也日益增强,严重威胁到人类社会经济的可持续发展。受地理位置及气候的影响,加之土地类型复杂多样,山东省自然灾害发生普遍且类型多样,尤其是旱灾最为严重。山东省是农业大省、人口大省和经济大省,干旱灾害给山东农业及社会经济可持续发展造成了巨大影响。因此,把握山东省旱灾发生的时空变化规律,研究其在旱灾影响下的社会脆弱性程度、区域差异及影响因素,对于各地区有针对性地采取措施增强旱灾防御能力,降低旱灾影响,减小旱灾社会脆弱性具有重要意义。
  通过广泛阅读参考文献,收集和整理山东省旱灾的有关数据、资料,分析了山东省旱灾发生的时空规律及影响因素,基于此,选取指标构建山东省旱灾社会脆弱性评价的指标体系,借助SPSS、ArcGIS等软件,采用主成分分析法、熵值法,对山东省17地市及各县区旱灾社会脆弱性进行了评价和分析。主要结论如下:
  (1)新中国成立以来,山东省干旱灾害发生频率高、时间持续长、波及的范围较广,易发生春秋连旱。发生频率,春旱>秋旱;空间上,鲁西北>鲁西南和鲁东南地区>半岛地区。
  (2)利用主成分分析方法对山东省17地市的旱灾社会脆弱性进行分析和区划,发现:处于高脆弱度的地区有:菏泽、聊城、德州;处于较高脆弱度的地区有:临沂、莱芜、枣庄;处于中等脆弱度的地区有:泰安、日照、济宁;处于较低脆弱度的地区有:滨州、潍坊、烟台、威海、东营;处于低脆弱度的地区有:淄博、济南、青岛。其空间分布格局除受到年降水量多少的影响外,与社会经济发展水平之间的关系也十分密切。
  (3)根据主成分分析重构指标体系,并以旱灾较为严重的2010年为例,对山东省各县区旱灾的社会脆弱性进行分析,发现:各县(区)脆弱度分布基本与其所处地市脆弱度分布基本一致;但个别县区与其所处地市脆弱性水平差异较大,这主要是受到人口、农业占GDP比重等因素影响的结果。
  综上所述:山东省旱灾社会脆弱性的强弱与当地社会经济发展水平有着密不可分的联系,脆弱度的形成并不是由某一个因素决定的,而是社会经济系统的各个因素相互作用的结果。因此,可以从社会经济系统维度来减少旱灾的影响,以降低旱灾社会脆弱性。
[硕士论文] 戴凯阳
测绘工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:GNSS测站周围的环境会对其观测值产生多路径效应影响,如何消除或削弱多路径效应一直受到广大学者的关注。与此相反,随着全球卫星导航系统研究与应用的不断深入,以GNSS-MR技术为代表的基于多路径效应影响的信噪比信息反演测站周围环境参数的课题成为一个新的研究热点,使得GNSS在地表遥感领域崭露头角。本文在国内外学者研究的基础上,从GNSS-MR技术基本原理出发,将其应用到雪深测量,并结合美国板块监测网络原始观测数据与SNOTEL雪深实测数据,重点对GNSS-MR用于雪深测量的可行性与精度进行研究分析。本文的主要研究内容和成果如下:
  1、对多路径效应与信噪比特征进行概述,讨论了多路径效应与信噪比之间的关系。低高度角信噪比数据受多路径效应影响较大,通过多项式拟合的方法可以实现直射信号与多路径反射信号的分离,进而利用多路径影响的信噪比信息实现地表环境参数的反演。
  2、对GNSS-MR技术的基本原理和计算流程进行阐述,对雪深探测范围与信号反射点轨迹进行讨论。GNSS-MR雪深探测范围大约是1000m2;GNSS信号反射点轨迹一方面可以实现GNSS-MR雪深监测的选星,一方面可以获取到积雪的空间分布信息。
  3、证明了信噪比残差序列的变化频率与降雪厚度成负相关关系。并从单颗卫星,多颗卫星,长时间序列3方面,层层递进,验证了GPS-MR雪深监测算法的可行性,其测量精度可以达到0.1m。
  4、对 GPS-MR雪深测量技术精度影响因素进行分析,验证了合理的设置高度角范围,采用具有较高接收功率的信噪比数据以及高采样的数据都会对反演结果做出有益的贡献,其反演精度相对较高,反演结果也更加稳定。
  5、介绍了Rinex3.X格式的新变化,利用MATLAB语言设计GNSS-MR雪深测量数据处理系统,结合实测数据验证其正确性,并根据数据处理需求,输出相应的图表文档文件。
  当前,多频多模卫星导航系统发展迅猛,世界各地的GNSS跟踪站(如IGS,PBO,陆态网络等)也如雨后春笋般建成,GNSS-MR技术的研究具备得天独厚的资源与发展空间。随着研究与技术不断进步与成熟,GNSS-MR这种全新的遥感手段在实时地表环境监测(降雪、土壤湿度、海平面等)方面的应用让人期待!
[硕士论文] 庄述鹏
数学 青岛科技大学 2017(学位年度)
摘要:人工神经网络模型技术综合了数理统计、神经计算、符号逻辑等人工智能理论技术,是一种非线性动力学系统,不需要建立复杂的数学模型且具有非线性映射能力强等优点。太阳辐射资源作为一种绿色资源,其开发利用对经济社会的发展有着重要意义。影响太阳辐射的因素有很多,其中经纬度和海拔等具有一定的确定性;而日照时数、大气含水量等影响因素则具有一定的随机性,导致总辐射序列既有确定性又包含随机性,因此,自20世纪90年代以来,人工神经网络模型已成为估算、预测太阳辐射资源的重要方法。然而,选用的神经网络模型不同及处理模型输入和输出数据的算法不同,直接关乎着预估精确度的高低。
  本文分别采用广义回归神经网络(GRNN,Generalized Regression Neural Network)模型和Elman神经网络模型对山东烟台福山的日总辐射曝辐量进行了预估,并讨论了小波分析对广义回归神经网络模型预估结果的影响,结果如下:
  (1)采用广义回归神经网络模型对山东烟台市福山气象站2000-2003年日总辐射曝辐量进行预估。模型通过交叉验证方法确定其关键参数(光滑因子),以日照时数、平均气压、平均气温、日最高气温、相对湿度、气溶胶光学厚度六个变量作为输入量。结果显示:广义回归神经网络的平均百分比误差为15.8%,均方根误差为2.18 MJ·m-2,拟合优度为0.906,且模型的预估精度和拟合优度均明显优于LM-BP网络。气溶胶光学厚度对广义回归神经网络预估结果的准确度及拟合优度影响不大。对于无太阳辐射观测的地区,广义回归神经网络模型是预估当地日总辐射曝辐量的一种有效方法。
  (2)采用基于小波分析的日总辐射曝辐量的广义回归神经网络模型,以日照时数、平均气压、平均气温、日最高气温、相对湿度、气溶胶光学厚度六个变量作为输入量,以太阳日曝辐量作为输出量,对山东烟台市福山气象站2000-2003年日总辐射曝辐量进行预估。最优结果出现在基于3层小波分解的广义回归神经网络预测中,当输入量分量和输出量分量都选择低频分量时,平均百分比误差为1.72%,均方根误差为0.38 MJ·m-2,拟合优度R2=0.998。基于小波分析的广义回归神经网络,整体提高了未使用小波分析的广义回归神经网络的预估精度和拟合优度。
  (3)采用Elman神经网络模型,同样以日照时数、平均气压、平均气温、日最高气温、相对湿度、气溶胶光学厚度六个变量作为输入向量,以太阳日曝辐量为输出向量,对山东省烟台市福山气象站2000-2003年日总辐射曝辐量进行预估。结果显示:平均百分比误差为22.3%,均方根误差为1.82 MJ·m-2,拟合优度R2=0.867。Elman网络模型与广义回归神经网络相比,优点是缩小了网络预估值与真值间的差值,降低了均方根误差,不足之处是拟合优度略低于广义回归神经网络,平均百分比误差高于广义回归神经网络,这可能是由Elman网络的局部递归结构造成的。
[硕士论文] 戴李杰
物理电子学 浙江师范大学 2017(学位年度)
摘要:热带气旋(Tropical Cyclone,TC)是全球影响最严重的自然灾害之一。TC强度和路径的准确预报,对于减轻其带来的灾害影响至关重要。近年来,遥感卫星云图已逐渐成为监测TC的主要手段。本文基于静止卫星云图结合内核尺度和中心纬度等特征因子,利用相关向量机(Relevance Vector Machine,RVM)构建TC客观定强模型,并与传统线性回归(Linear Regress,LR)模型作对比。本文主要完成了以下三方面的研究工作:
  (1)基于静止红外卫星云图和RVM构建有眼TC客观定强模型。首先,利用高斯平滑对红外卫星云图进行去噪,然后利用基于测地活动轮廓(Geodesic Active Contour,GAC)模型的偏微分方程(Partial Differential Equation,PDE)法对有眼TC的眼壁进行分割,提取眼壁的亮温梯度信息,计算眼壁亮温梯度的最大值及梯度数据不同概率时的均值。利用RVM分别构建单特征因子、多特征因子与近地面最大中心风速的客观定强模型。实验结果表明,无论对于单特征因子还是多特征因子定强模型,RVM模型的定强误差均比LR模型小。随着特征因子维数的增加,两个模型的定强误差都降低,但RVM模型的定强误差降得更多。
  (2)以TC中心作为参考点,基于融合卫星云图和RVM构造TC客观定强模型。首先,利用拉普拉斯金字塔融合算法对红外和水汽通道的云图进行融合,从而获得融合卫星云图。然后以TC中心作为参考点,构造偏差角-梯度共生矩阵。本文利用共生矩阵中的多个统计参数结合TC内核尺度和中心纬度等信息构造与TC强度密切相关的特征因子,利用RVM建立TC客观定强模型。实验结果表明,对比各个尺度的定强误差,最优定强径向尺度距离为200km。当利用共生矩阵的9个最佳统计参数构建定强模型时,RVM模型的定强误差比LR模型小。当加入TC中心纬度特征因子后,两个模型的定强误差都降低,其中,RVM模型降低的误差比LR模型多。
  (3)以每一点依次作为参考点,基于融合卫星云图和RVM构造TC客观定强模型。基于融合卫星云图,以每一点依次作为参考点,构造偏差角-梯度共生矩阵,计算共生矩阵的统计参数阵的最小值、中值和均值。本文利用共生矩阵参数阵中的多个统计参数(最小值、中值和均值)并结合TC内核和中心纬度等信息构造与TC强度密切相关的特征因子,利用RVM建立TC客观定强模型。实验结果表明,对比各个尺度的定强误差,最优定强径向尺度距离为200km。统计参数阵的均值更适用于TC强度估计。当以每一点依次作为参考点时,定强模型的误差都小于当以TC中心作为参考点时的模型。当利用共生矩阵的9个最佳统计参数构建定强模型时,RVM模型的定强误差比LR模型小。当加入中心纬度特征因子后,两个模型的定强误差都降低,其中,RVM模型降低的误差比LR模型多。
  纵观所提出的三种基于RVM的TC客观定强方法,与LR相比,RVM模型具有更好的高维非线性处理能力和强度估计能力,并具有较强的稳定性,能对TC强度进行有效估计。
[硕士论文] 刘维
气象学 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:自工业革命以来,人类活动(化石燃料燃烧、土地利用等)不断排放CO2等温室气体,造成全球气候变化。大气CO2增加产生的辐射强迫是造成全球变暖的主要原因。除了CO2,太阳辐射、气溶胶等也是造成全球气候变化的重要外部强迫。本文以CO2强迫和太阳辐射强迫为例,利用HadCM3L气候系统模式,开展了一系列的模拟试验:(1)大气CO2浓度突然增加4倍(4×CO2试验),这个试验中既考虑CO2通过吸收长波辐射对气候的影响(CO2的辐射效应),又考虑CO2通过影响植被气孔性质产生的气候效应(CO2的气孔效应);(2)大气CO2浓度突然增加4倍,但仅考虑CO2对长波辐射的吸收作用,而不考虑CO2对植被的作用(4×CO2atm试验);(3)模式太阳常数突然增加4%,由1365.0Wm-2增加到1419.6W m-2(4%Solar试验)。
  CO2和太阳辐射等外源强迫发生后,气候系统的不同组成部分响应时间不同。大气和陆地地表具有较低的热容量,响应较快,而海洋热容量较大,温度变化较慢。近年来一些气候变化研究将气候系统对外源强迫的响应区分为“快响应”和“渐进反馈”。快响应是指全球平均温度,主要是海表温度发生明显变化之前气候系统的响应;渐进反馈是指随着时间推移,海表温度显著上升后引发的气候系统变化。本文从快响应和渐进反馈的角度出发,根据HadCM3L模拟结果,系统研究了气候系统在从外源强迫发生后的第1天到1000年后的连续演变过程,揭示CO2强迫和太阳辐射强迫对气候系统快响应和渐进反馈的影响异同。
  根据模拟结果,在强迫发生后的第1天,4×CO2试验和4%Solar试验中大气层顶向下的净辐射通量(即外源强迫对气候系统的辐射强迫)分别为9.69 W m-2和6.30Wm-2,而在1000年后,气候系统达到准平衡状态时,全球表面平均温度升高了5.71 K和5.70 K,这说明对于同样的平均地表温度变化,所需的太阳辐射强迫要大于所需的CO2辐射强迫,即CO2辐射强迫的效率高于太阳辐射强迫的效率。通过对模拟结果的分析,发现辐射强迫效率的差异主要与地气系统快速调整过程中晴空长波辐射的变化有关。这主要是由于CO2的辐射效应使得气候系统中更多的长波辐射被吸收,因此,第1年4%Solar试验中大气层顶更多的晴空长波逃逸到外太空。
  通过比较不同时间尺度上4×CO2试验和4×CO2 atm试验中全球表面温度的变化,发现在强迫发生后的第1天,4×CO2试验中陆地表面增温0.67 K,而4×CO2 atm试验增温0.25 K,在强迫发生后1个月后,4×CO2试验中陆地表面增温比4×CO2 atm试验高将近1倍,说明强迫发生后的短时间尺度(大约1个月)上,CO2的气孔效应对地面增温有着重要作用。大气CO2浓度增加,使得植物叶片导度降低,植被蒸腾减少,潜热释放减少。同时,陆地上空低云云量减少,到达地面的太阳辐射增加,引起地表增温。在数年以上的时间尺度上,4×CO2试验和4×CO2 atm试验温度变化差距随时间减小,模式达到准平衡状态时,4×CO2试验和4×CO2 atm试验的地表平均温度为5.71 K和5.22 K,表明随着时间的推移,4×CO2试验中CO2的辐射效应对气候系统中全球表面温度的变化起主导作用。
  4×CO2试验和4%Solar试验达到准平衡状态时全球平均地表平均温度变化基本相同,但二者造成降水的变化差异很大,相对于参照试验,4×CO2试验和4%Solar试验,降水分别增加了5.41%和10.81%。利用线性回归的方法,将平衡态降水的变化表示为降水对外源强迫的快响应和降水对温度变化渐进反馈的线性叠加。模拟结果表明,对于CO2强迫和太阳辐射强迫,由于温度变化造成的降水变化基本相同。CO2强迫和太阳辐射强迫造成的降水差异主要体现在海表温度发生显著变化前的快响应阶段,在快响应阶段,就陆地而言,大气CO2浓度增加,植被气孔导度降低,减少植被气孔向大气蒸腾的水汽,从而减少降水;就海洋而言,大气CO2增加,CO2的辐射效应导致大气增温,而海洋的比热较大,海表温度变化落后于低层大气,低层大气垂直稳定度增加,抑制蒸发和降水。
  本研究有助于理解CO2和太阳辐射强迫对气候系统的影响机制,为预测未来气候变化提供理论基础。另一方面,研究气候系统对CO2强迫和太阳辐射强迫的响应也有助于理解以减少太阳辐射为基础的地球工程产生的气候效应,为认知地球工程对气候系统的可能影响提供理论基础。
[硕士论文] 范悦敏
地质工程(气象学) 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:本文以1984年-2013年秋冬季在西北太平洋上形成的热带气旋作为研究对象,利用NCEP/NCAR全球逐日再分析资料、OLR逐日分析资料和RMM指数以及JTWC最佳路径资料,通过滤波技术及合成分析等方法,探讨了MJO(Madden-Julian Oscillation)活动对西北太平洋秋冬季热带气旋形成发展的影响。
  秋冬季MJO在第五位相活跃的时间占不到总时间的十分之一,但与之有关的热带气旋接近半数,其中超过半数的超强台风都与之有关。滤波及合成分析的结果表明MJO为西北太平洋热带气旋形成发展提供了更有利的大尺度环境条件。受MJO的影响,热带气旋形成发展区域的大尺度环境低层气旋性辐合和上层反气旋性辐散都更显著。进一步的分析表明热带气旋相对于MJO活跃中心的位置可近可远。东移的MJO不仅通过自身的有利条件直接对热带气旋的形成发展起作用,也通过触发向西传播的双周期振荡及由东向西传播的天气尺度波列,影响热带气旋的形成发展。
[硕士论文] 张超
气象学 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:在地气相互作用时,能量、物质和动量交换对全球大气环流及气候波动产生深远影响。其中,在近地层,感热通量通过湍流形式与大气发生地气相互作用。由于青藏高原平均海拔大于4000米以上被称为地球的“第三极”,其矗立在高空中强大的感热加热称为感热驱动泵。高原的热力作用是亚洲季风更替的重要因子,它对东亚地区降水的重要性毋庸置疑。同时,在季风转变期间,高原感热通量作为加热高原及周边地区大气最重要的因子之一,对我国夏季降水的预测有重要意义。
  根据高原下垫面植被覆盖率差异,我们将海拨大于3000m青藏高原划分为7个子区域(A区—G区)。同时,利用青藏高原地区78个站点的观测资料、全国830个站点的观测资料,及NCEP提供的全球17层的资料,计算了高原和各分区感热通量。通过小波分析、相关分析、合成分析、EOF等分析方法,研究了高原感热通量的时空分布特征及变化规律,高原4月感热通量与我国夏季降水的关系,以及高原4月感热通量与我国长江以南夏季降水的关系。
  高原感热通量的时空变化特征。高原年平均、春季和夏季感热通量的变化周期均为3到4年,秋季、冬季为2到3年;高原最强感热加热位于在喜马拉雅地区,最弱加热区域位于高原西北部A区;高原春秋季节感热通量的空间分布均匀,冬夏季节有明显的梯度分布,夏季呈现自东向西的梯度,而冬季方向相反。高原10m风速的极值中心随季节北上南撤变化与地气温差的强弱变化共同决定了感热通量的季节变化。
  高原4月感热通量与我国长江以南夏季降水的关系。4月喜马拉雅地区(高原E区)是影响长江以南夏季降水的关键区,4月关键区感热通量和长江以南地区夏季降水具有相反的变化趋势,即负相关关系,且均有4年主周期和8年副周期,在1998、2011年前后分别出现转折。分析其降水异常的机理发现,高原关键区4月感热通量偏弱时,长江以南地区处于深槽槽前,配合有切变线系统,斜压性很强,空气相对湿度很大,有利于长江以南地区降水。反之,不利于降水。
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