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害之一。為了研究熱帶氣旋的發(fā)生機理、生命周期甚至是發(fā)展趨勢,首先要對其進行有效的識別。借助衛(wèi)星得到的觀測數(shù)據(jù)往往不夠精確,而熱帶氣旋本身破壞力強大,近距離的觀測難度很大。因此,氣候學家通常借助超級計算機上的氣候模擬軟件進行模擬,再根據(jù)多個變量的閾值條件對其進行經(jīng)驗性的判定,不同氣候學家的判定標準往往不一致,這不利于成果的客觀化。目前,氣候研究領域已經(jīng)有一些借助神經(jīng)網(wǎng)絡對科學數(shù)據(jù)進行分析處理的先例。本課題利用深度學習方法實現(xiàn)了大規(guī)模、像素級別的氣候模式分割,嘗試從復雜的氣候科學數(shù)據(jù)中學習一種普適的模式,避免主觀閾值帶來的影響�；凇疤旌佣枴背売嬎銠C,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。進而,提出了將傳統(tǒng)的氣候模擬數(shù)據(jù)轉換為神經(jīng)網(wǎng)絡訓練數(shù)據(jù)的一套完整的方案。通過利用TECA工具對氣旋中心的標定、數(shù)據(jù)標簽的預處理和其他一系列的標簽生成算法,以及一系列的數(shù)據(jù)后處理與規(guī)整策略,可以有效、批量的將科學模擬數(shù)據(jù)轉換為訓練數(shù)據(jù)文件。最后,本課題立足于科學數(shù)據(jù)集的整體規(guī)模較大... 

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學位級別】：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)的氣旋識別研究方法
    1.3 研究動機與主要工作
    1.4 本文組織結構
第2章 相關背景介紹
    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”超級計算機簡介
    2.4 本章小結
第3章 數(shù)據(jù)生成與標簽構造
    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 氣旋中心的標定與風場數(shù)據(jù)的添加
    3.2 數(shù)據(jù)標簽的構造
        3.2.1 數(shù)據(jù)標簽的形式
        3.2.2 數(shù)據(jù)標簽的預處理
        3.2.3 數(shù)據(jù)標簽的生成算法
    3.3 數(shù)據(jù)集的后處理與規(guī)整
    3.4 本章小結
第4章 網(wǎng)絡模型的設計與優(yōu)化
    4.1 研究特點分析
    4.2 深度神經(jīng)網(wǎng)絡結構
    4.3 損失函數(shù)與學習率
        4.3.1 損失函數(shù)設計
        4.3.2 優(yōu)化器與學習率調(diào)節(jié)
    4.4 網(wǎng)絡的搭建與優(yōu)化
    4.5 本章小結
第5章 實驗結果與性能評估
    5.1 實驗環(huán)境介紹
    5.2 數(shù)據(jù)生成與標簽構造
    5.3 網(wǎng)絡性能與效果分析
        5.3.1 語義分割的評估指標mIOU
        5.3.2 訓練與效果分析
        5.3.3 對比實驗結果與分析
        5.3.4 消融實驗結果與分析
    5.4 本章小結
第6章 總結與展望
    6.1 課題總結
    6.2 課題展望
參考文獻
致謝
攻讀學位期間發(fā)表的學術論文和參加項目科研情況
學位論文評閱及答辯情況表


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于風場數(shù)據(jù)的氣旋和反氣旋自動識別算法[J]. 莊碩,王萍,侯潔.  天津大學學報(自然科學與工程技術版). 2017(12)
[2]CAM5模式中兩氣溶膠模塊的評估[J]. 李鑫,劉煜.  應用氣象學報. 2013(01)
[3]一種識別熱帶氣旋降水的數(shù)值方法[J]. 任福民,Byron Gleason,David Easterling.  熱帶氣象學報. 2001(03)
[4]我國熱帶氣旋研究十年進展[J]. 陳聯(lián)壽,孟智勇.  大氣科學. 2001(03)



本文編號：3708670