綜合利用天氣雷達(dá)、氣象衛(wèi)星、地面自動站等大氣觀測資料,在統(tǒng)計(jì)多年樣本的基礎(chǔ)上,總結(jié)對流云合并的規(guī)律特征,揭示對流云合并的條件、物理過程和主要影響。研究內(nèi)容包括技術(shù)方法、統(tǒng)計(jì)規(guī)律、宏微觀特征以及合并對系統(tǒng)發(fā)展的影響等。在觀測技術(shù)方法上,將數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法(膨脹、腐蝕、開運(yùn)算和閉運(yùn)算)引入到雷達(dá)圖像噪聲處理中,提升噪聲濾除效果。同時(shí),為有效監(jiān)測對流云,在統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上,確定三個(gè)不同級別的亮溫閾值,以此來識別對流云,并進(jìn)行分類。從應(yīng)用結(jié)果來看,該方法不僅能夠有效地從梅雨鋒、臺風(fēng)等大尺度云系中的對流系統(tǒng),而且還能在大范圍的片狀云系中檢測出中小尺度的對流系統(tǒng)通過對2001-2006年江淮流域夏季衛(wèi)星云圖上對流云合并的普查,得到合并的基本特征和規(guī)律。結(jié)果表明：對流云合并具有明顯的時(shí)空分布規(guī)律；80%以上的合并過程會使得云體發(fā)展,生命史延長。對比雷達(dá)回波和衛(wèi)星云圖的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,兩者總體相似,但是也存在一些差異。觀測原理的不同、時(shí)空分辨率的差異、探測能力不同以及對流系統(tǒng)中存在的多個(gè)對流中心等,是造成差異的主要原因。統(tǒng)計(jì)結(jié)果還顯示,只有65%的冰雹過程中出現(xiàn)對流云合并,平均每個(gè)過程出現(xiàn)1.9次合并；對于暴雨而言不僅有94%的過程出現(xiàn)了合并,而且平均每個(gè)過程發(fā)生合并的頻次也高達(dá)11.6次。通過歸納暴雨和冰雹過程中合并的差異,也得到了區(qū)分暴雨云和冰雹云的線索。宏微觀特征方面,通過綜合觀測分析建立對流云合并的概念模型。大尺度環(huán)境場中垂直運(yùn)動存在的水平不均勻性,：是促成對流云團(tuán)合并的環(huán)境因素；顯著的地面氣壓梯度及其產(chǎn)生的氣壓梯度力,是對流系統(tǒng)間構(gòu)成云橋,并最終合為一體的主要原因；云核合并的動力學(xué)原因是一個(gè)云核下沉氣流加強(qiáng)了另一個(gè)云核的上升氣流。在微物理方面,合并開始時(shí),在連接處出現(xiàn)雨水區(qū)。只有從中下部開始的合并過程中,會出現(xiàn)冰相粒子面積顯著增多的現(xiàn)象；而從上部開始的合并過程則不會出現(xiàn)云中冰相粒子面積顯著增加。在中尺度對流系統(tǒng)形成發(fā)生過程中,合并過程不僅促成中尺度對流系統(tǒng)的生成,使得云體增強(qiáng)發(fā)展,而且為對流系統(tǒng)的維持補(bǔ)充了能量,使得系統(tǒng)生命史得到延長。合并機(jī)制可以歸結(jié)為內(nèi)部動力結(jié)構(gòu)變化和外致碰撞合并這兩大類。其中,在系統(tǒng)形成階段,外致碰撞合并是主要的機(jī)制。而在發(fā)展維持階段,包括氣壓梯度力、輻合抬升、下沉-上升環(huán)流等在內(nèi)的內(nèi)部動力結(jié)構(gòu)及其變化,是發(fā)生合并的主要原因。
【學(xué)位單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：P412.25
【部分圖文】：

邐／逡逑ｄ邐Ｌ邐直接法逡逑圖２．１直接法和間接法示意圖逡逑坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；由于雷達(dá)探測的回波信息是建立在雷達(dá)站為極點(diǎn)的極坐標(biāo)系下的數(shù)逡逑據(jù)，為了方便與氣象衛(wèi)星和地面觀測數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析，需要將數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系由極坐標(biāo)系逡逑轉(zhuǎn)換為一定空間分辨率的經(jīng)綿度網(wǎng)格坐標(biāo)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換采用信息的重采樣來進(jìn)行。重采樣逡逑的方法有直接法和間接法，如圖２．１所示。由于直接法中，計(jì)算原始圖像上每個(gè)像元點(diǎn)逡逑在經(jīng)過重采樣Ｗ后的圖像下簡稱采樣后圖像）上像元點(diǎn)坐標(biāo)（Ｘ，Ｙ）可能不是整數(shù)逡逑值，因此采樣后圖像上整數(shù)像元點(diǎn)位置的數(shù)值必須通過內(nèi)插的方法獲得。而間接法可逡逑避免送種內(nèi)插。因此，選用間接法來進(jìn)行重采樣。重采樣坐標(biāo)變換畫數(shù)如下：逡逑Ｌ邋＝邋ｘａｒｃｃｏｓ［ｃｏｓＷ0邋ｘｃｏｓＷ；．邋ＸＣＯＳ（馬－Ｇ0）邋＋邋ｓｉｎＷ0邋ｘｓｉｎＷｊ］邐（式邋２．邋５）逡逑１５逡逑

逑像上，會經(jīng)常出現(xiàn)一種不服從任何分布的塊狀噪聲，這種噪聲由實(shí)際需求確定，噪聲區(qū)逡逑域是Ｗ小塊形式覆蓋在原始圖像。圖２．４是一張?jiān)嫉睦走_(dá)回波圖，從圖中可Ｗ看出，逡逑ｌＯＯＫｍｉ＾內(nèi)（第二個(gè)圈レッ內(nèi)）的雷達(dá)信息中噪聲（主要指藍(lán)紫色的顆粒）明顯。這些噪逡逑聲表現(xiàn)出來的主要特征是數(shù)值的上不連續(xù)和離散。逡逑噪聲帷紫色ｗ逡逑圖２．４含有噪聲信號的雷達(dá)回波圖逡逑這些噪聲對于利用雷達(dá)回波來識別對流和強(qiáng)降水帶來了較大的障礙。因此，有必要逡逑在保留有效回波的基礎(chǔ)上，進(jìn)行這些噪聲的濾除，并盡可能地恢復(fù)出受噪聲影響的回波逡逑信息（被噪聲遮擋的區(qū)域）。逡逑傳統(tǒng)方法主要根據(jù)一定的迭代計(jì)算，將噪聲進(jìn)行模糊。但是，這種方法會X椉泳植垮義锨蚰諳袼氐闃淶南喙匭�，使图像睖Z媚：椅薹ɑ指幢輝肷跋觳糠值男畔ⅰＡ硪誨義現(xiàn)殖Ｓ玫姆椒ㄎ搗椒�，通过提取噪声区域的特征阀值来去除噪声。但薁楷阔謸vㄔ阱義先コ肷耐笨贍芑崧順粢恍┯杏玫男畔ⅰＨ繽跡玻粗械幕夭ǎ�，数譁祀噪声皆侟（接辶x轄鼌妥仙�，抠犥杯h(huán)е搗ǖ背稍肷順ｅ義銜

本文編號：2814031