熱帶氣旋是通常發(fā)源于熱帶或副熱帶地區(qū)洋面上的一種劇烈的天氣現(xiàn)象,是我國重要的自然災(zāi)害之一。為了研究熱帶氣旋的發(fā)生機(jī)理、生命周期甚至是發(fā)展趨勢(shì),首先要對(duì)其進(jìn)行有效的識(shí)別。借助衛(wèi)星得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)往往不夠精確,而熱帶氣旋本身破壞力強(qiáng)大,近距離的觀測(cè)難度很大。因此,氣候?qū)W家通常借助超級(jí)計(jì)算機(jī)上的氣候模擬軟件進(jìn)行模擬,再根據(jù)多個(gè)變量的閾值條件對(duì)其進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)性的判定,不同氣候?qū)W家的判定標(biāo)準(zhǔn)往往不一致,這不利于成果的客觀化。目前,氣候研究領(lǐng)域已經(jīng)有一些借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的先例。本課題利用深度學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模、像素級(jí)別的氣候模式分割,嘗試從復(fù)雜的氣候科學(xué)數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)一種普適的模式,避免主觀閾值帶來的影響�；凇疤旌佣�(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī),我們利用CESM中的CAM5模塊生成了 0.5度空間分辨率的5年氣候模擬數(shù)據(jù)集。進(jìn)而,提出了將傳統(tǒng)的氣候模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的一套完整的方案。通過利用TECA工具對(duì)氣旋中心的標(biāo)定、數(shù)據(jù)標(biāo)簽的預(yù)處理和其他一系列的標(biāo)簽生成算法,以及一系列的數(shù)據(jù)后處理與規(guī)整策略,可以有效、批量的將科學(xué)模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為訓(xùn)練數(shù)據(jù)文件。最后,本課題立足于科學(xué)數(shù)據(jù)集的整體規(guī)模較大... 

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 本文選題及研究背景
    1.2 傳統(tǒng)的氣旋識(shí)別研究方法
    1.3 研究動(dòng)機(jī)與主要工作
    1.4 本文組織結(jié)構(gòu)
第2章 相關(guān)背景介紹
    2.1 CESM與CAM5模塊簡介
        2.1.1 CESM
        2.1.2 CAM5模塊介紹
        2.1.3 課題所用數(shù)據(jù)通道及其物理意義
    2.2 TECA工具包簡介
    2.3 “天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)簡介
    2.4 本章小結(jié)
第3章 數(shù)據(jù)生成與標(biāo)簽構(gòu)造
    3.1 CESM系統(tǒng)部署與原始數(shù)據(jù)生成
        3.1.1 CAM5的Case配置與數(shù)據(jù)生成
        3.1.2 氣旋中心的標(biāo)定與風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)的添加
    3.2 數(shù)據(jù)標(biāo)簽的構(gòu)造
        3.2.1 數(shù)據(jù)標(biāo)簽的形式
        3.2.2 數(shù)據(jù)標(biāo)簽的預(yù)處理
        3.2.3 數(shù)據(jù)標(biāo)簽的生成算法
    3.3 數(shù)據(jù)集的后處理與規(guī)整
    3.4 本章小結(jié)
第4章 網(wǎng)絡(luò)模型的設(shè)計(jì)與優(yōu)化
    4.1 研究特點(diǎn)分析
    4.2 深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
    4.3 損失函數(shù)與學(xué)習(xí)率
        4.3.1 損失函數(shù)設(shè)計(jì)
        4.3.2 優(yōu)化器與學(xué)習(xí)率調(diào)節(jié)
    4.4 網(wǎng)絡(luò)的搭建與優(yōu)化
    4.5 本章小結(jié)
第5章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與性能評(píng)估
    5.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境介紹
    5.2 數(shù)據(jù)生成與標(biāo)簽構(gòu)造
    5.3 網(wǎng)絡(luò)性能與效果分析
        5.3.1 語義分割的評(píng)估指標(biāo)mIOU
        5.3.2 訓(xùn)練與效果分析
        5.3.3 對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
        5.3.4 消融實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 課題總結(jié)
    6.2 課題展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加項(xiàng)目科研情況
學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)的氣旋和反氣旋自動(dòng)識(shí)別算法[J]. 莊碩,王萍,侯潔.  天津大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)版). 2017(12)
[2]CAM5模式中兩氣溶膠模塊的評(píng)估[J]. 李鑫,劉煜.  應(yīng)用氣象學(xué)報(bào). 2013(01)
[3]一種識(shí)別熱帶氣旋降水的數(shù)值方法[J]. 任福民,Byron Gleason,David Easterling.  熱帶氣象學(xué)報(bào). 2001(03)
[4]我國熱帶氣旋研究十年進(jìn)展[J]. 陳聯(lián)壽,孟智勇.  大氣科學(xué). 2001(03)



本文編號(hào)：3708670