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基于射线光学原理,本文提出了处理弯曲表面大粒子散射问题的一种数值方法;计算了空间随机取向的旋转椭球形和有限长圆柱形大粒子的散射相矩阵。该计算结果可用于大气辐射传输和大气遥感。 相似文献
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机载云降水粒子成像仪所测数据中伪粒子的识别 总被引：2，自引：0，他引：2
机载云粒子成像仪(Cloud Imaging Probe,简称CIP)和降水粒子成像仪(Precipitation Imaging Probe简称PIP)所测数据中伪粒子的存在会直接导致仪器所测数据质量下降。利用山西Y-12探测飞机在太原地区的三次航测资料对飞机采样期间伪粒子图像的特点及其成因进行了分析和归类,并在此基础上提出了综合利用到达时间间隔阈值和图像处理识别技术的伪粒子识别方法。利用所提的方法对航测的粒子图像资料进行处理、统计和分析,统计结果表明,在一次测量过程中伪粒子的出现概率最高可达45.2%,其平均出现概率分别是36.01%(CIP)和8.64%(PIP);在所有伪粒子成分中,破碎形成的伪粒子的出现概率是最高的,它可以占到伪粒子总数的95%以上;其次是条纹状粒子和并存粒子,相对来说,空白粒子和线状粒子出现的概率是比较低的。研究还发现,机载平台的飞行状态对伪粒子各成分的出现概率也会造成影响。利用所提方法对仪器测量的粒子谱、粒子数浓度和冰水含量值进行订正,订正结果表明伪粒子对仪器量程内的粒子谱、粒子数浓度和冰水含量值均有影响,其中在云粒子谱影响上,伪粒子对粒子谱两端的影响较大,其中对小云粒子谱的影响主要是在400 μm以下,对大云粒子端的影响主要是在1000 μm(CIP)和2000 μm(PIP)以上。所提方法和阈值对于以Y-12飞机为机载探测平台,以CIP和PIP为探测仪器所获取的其它航次云微物理图像资料处理也是有一定的参考使用价值。 相似文献
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本文利用射线跟踪法对冰晶粒子散射、吸收进行了研究。从理论上对一些常见的近似处理方法进行了讨论，计算了长为300μm，半径为30μm的六棱柱状冰晶粒子在不同波段的光散射相函数以及在波长2.2μm时，五种不同大小冰晶粒子的单次散射反照率。结果表明，即使在有吸收情况下，Snell公式和Lambert公式仍是近似成立的，而吸收效应对散射相函数有明显影响。 相似文献
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非球形轴对称粒子光散射的散射矩阵元素展开系数的数值计算 总被引：1，自引：0，他引：1
扼要地介绍了非球 普子光散射的散射矩阵元素按广义球函数展开的基本理论,以及球形粒子散射矩阵元素间的关系。在此基础上较详细地阐述了计算展开的方法以及在程序研制中的所遇到的一些问题。最后,对非球形的Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ粒子光射散射的散射矩阵元素的展开系数进行了计算,结果表明数值技术和计算的正确性。 相似文献
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本文将有限区域求解流函数和速度势的Endlich迭代调整方法(E-T方法)推广至全球区域,并与常用Guass-Seidel迭代求解Poisson方程方法(G-P方法)进行了比较。结果表明:E-T方法适应于全球流函数和速度势的计算,其由内向外调整,不需严格考虑边界条件,可消除边界对计算结果的影响;E-T方法能准确分解和重建原始风场,而由于极地边界和差分格式影响,G-P方法求得的旋转风和辐散风之和不能准确重建原始风场,尤其是经向为固定边界时,两极地附近重建风场误差非常明显;E-T方法与G-P方法另一重要差异是前者利用流函数和速度势与风场偏微分关系直接进行迭代求解,不需计算涡度和散度,不但保证了重建风场的准确性,还防止了涡度和散度计算误差带来的二次污染。 相似文献
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在Endlich提出求解旋转风和辐散风基础上,本文给出了直接利用风场迭代计算流函数和速度势的方法,该方法不但能求解流函数和速度势,还可将原始风场直接分解为旋转风和辐散风。此方法在有限区域中,能大大降低边界条件对计算结果的影响,不仅能计算准确的涡度和散度,还能很好的重建原始风场。采用此方法,对"0808"号台风"凤凰"进行了诊断分析,得到了台风不同时期的流函数和速度势、旋转风和辐散风。结果发现在台风的不同时期,流函数与高度场相似,可用其低值中心来分析台风移动路径和强度的变化,速度势存在高值区,其中心与高度场低值中心不吻合;旋转风的涡旋中心也可用来反映台风中心,台风南侧辐散风较大,故可用来反映南方水汽供应对台风发展、成熟、衰退的影响。 相似文献
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用T矩阵方法计算超椭球粒子的电磁散射特性 总被引：3，自引：0，他引：3
利用超椭球体方程描述粒子形状，用Matlab实现粒子形状的的绘制并离散粒子表面。用T矩阵方法计算了粒子的一些散射性质，并与其他算法做了对比。 相似文献
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风暴尺度集合预报中的混合初始扰动方法及其在北京2012年“7.21”暴雨预报中的应用 总被引：5，自引：1，他引：4
风暴尺度集合预报系统（Storm-Scale Ensemble Forecast system,简称SSEFs）中集合成员之间发散度不足一直都是研究的难点。本文尝试了将Barnes空间滤波融入到集合转换卡尔曼滤波（ETKF）更新预报系统中的混合初值扰动法。该方案将ETKF方法的小尺度信息与来自于侧边界条件扰动的大尺度信息相结合,缓解了扰动在侧边界不匹配的问题。通过2012年北京“7.21”暴雨并使用邻位方法对比分析了不同初值扰动方案在不同时间尺度与空间尺度上的特征,在此基础上进一步探讨了构造混合初始扰动法的可行性。结果表明:ETKF试验所构造的初始扰动无法与侧边界条件扰动相匹配,混合后的初始扰动可以有效缓解SSEFs中由于初始扰动与侧边界扰动不匹配产生的虚假波动,其中大尺度信息保留较多的混合试验（ETKF80）和动力降尺度方案（Down）在减少虚假波动方面的效果最优;从集合离散度来看,在前期暖区降水阶段ETKF的离散度在小尺度上最大,随着锋面降水的开始,Down的离散度逐渐超过ETKF,而使用各滤波波段构造的混合试验同时具备ETKF与Down二者的特征。选择合理的滤波波段可以获得最为合理的离散度表现（ETKF180）,说明仅考虑侧边界匹配（Down和ETKF80）并不能获得最合理的集合离散度,应综合考虑其他因素。从降水概率预报结果来看,选取合适的滤波波段所构造的混合扰动试验同样获得了较好的效果。 相似文献
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Formulating model uncertainties for a convection-allowing ensemble prediction system(CAEPS) is a much more challenging problem compared to well-utilized approaches in synoptic weather forecasting. A new approach is proposed and tested through assuming that the model uncertainty should reasonably describe the fast nonlinear error growth of the convection-allowing model, due to the fast developing character and strong nonlinearity of convective events. The Conditional Nonlinear Optimal Perturbation related to Parameters(CNOP-P) is applied in this study. Also, an ensemble approach is adopted to solve the CNOP-P problem. By using five locally developed strong convective events that occurred in pre-rainy season of South China, the most sensitive parameters were detected based on CNOP-P, which resulted in the maximum variations in precipitation. A formulation of model uncertainty is designed by adding stochastic perturbations into these sensitive parameters. Through comparison ensemble experiments by using all the 13 heavy rainfall cases that occurred in the flood season of South China in 2017, the advantages of the CNOP-P-based method are examined and verified by comparing with the well-utilized stochastically perturbed physics tendencies(SPPT) scheme. The results indicate that the CNOP-P-based method has potential in improving the under-dispersive problem of the current CAEPS. 相似文献
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The concept of optimal sensitivity perturbation (OSP) is developed based on adjoint sensitivity analysis theory. The persistent anomalous features in East Asian summer monsoon system, including the Ural blocking, the Okhotsk Sea dipole blocking and the variations of subtropical high are analyzed and the OSP for each of them evaluated. The results provide us with some new insight into the most significant influential factors for these features. It also demon-strates the great potential for further applications of this method in diagnostics of atmospheric processes 相似文献
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用有限区域风速场准确求解流函数和速度势场的方法 总被引：4，自引：1，他引：3
流函数和速度势是气象业务和研究中常用于表述风速的一组变量。用有限区域风速场, 使用有限差分方法求解得到的流函数和速度势场重建初始风速场, 由于受区域边界的限制往往有明显的偏差。虽然有许多求解方法的研究, 但是, 至今仍尚未见到一种真正准确的求解计算方案。首先, 介绍用Arakawa A网格和D网格分布的有限区域风速场求解流函数和速度势场的一般有限差分计算方法, 探讨用它们的解重建风速场产生误差的原因。然后, 针对这些原因, 对给定的有限区域, 通过线性外推初始风速场, 扩展求解计算区域, 使用协调、一致的有限差分格式方案, 准确计算求解区域的边界有旋风速、散度风速和速度势的定解边界条件, 以及恰当选择流函数、速度势、涡度和散度等变量的分布网格, 设计了用上述两种网格分布的风速场准确求解流函数、速度势场的方案, 并对其正确性加以证明, 它们可以推广应用于其他Arakawa网格。用实际资料试验同样显示, 方案避免了重建风速场误差的出现, 与初始风速场相比, 全场风速最大偏差精度达到10-12m/s或以上, 在计算机精度造成的计算误差影响范围内。本文的研究很好解决了长期以来用有限区域风速场、 使用有限差分方法无法准确求解流函数和速度势场的问题。 相似文献
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A steady-state, one-dimensional, mesoscale, non-linear problem of the airflow over a mountain ridge is considered in the framework of the bulk theory in an attempt to develop a meteorological generalisation of the hydraulic problem formulated and solved previously by Houghton and Kasahara. In essence, only three modifications of their formulation are made in the present paper: (a) inversion strength is introduced and considered as an additional dependent variable; (b) the atmosphere above the flow is assumed to be stably stratified with a constant vertical potential temperature gradient; and (c) the condition requiring the flow to return to its initial state after descending and moving away from the ridge is removed.The problem is reduced to a transcendental algebraic equation, the solution of which describes all the possible types of flow, including a discontinuous one. A classification and meteorological criterion graphically presented in the form of a map is proposed for the realisation of each type of flow.If the ridge is higher than some threshold, a jump arises above the windward slope and propagates against the flow. As a result, the initial parameters change to new values for which a secondary steady-state solution exists. An iterative method has been developed to calculate these new initial parameters.The general features of the different types of flow, including those with a jump and secondary flows, are discussed. It is shown that if the ridge height exceeds some second threshold there are no solutions at all, which means that the flow is totally blocked. Concrete calculated examples are presented of all possible types of steady-state flows including secondary ones.It is shown that after introduction of these modifications, the hydraulic model of Houghton and Kasahara acquires more real meteorological meaning. 相似文献
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运用乘子方法和“potential well”方法研究了一类四阶非线性波动方程,证明了当问题的初值满足一定条件时,问题一定不存在整体解。 相似文献
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两种四维奇异值分解同化方法的比较及误差分析 总被引：1，自引：1，他引：0
4DSVD是最近提出的一种新的资料同化方法。目前还存在一些需要解决的问题,比如如何选取样本,如何得到支撑大气吸引子的基向量以及选取基向量的个数问题等等。作者利用奇异值分解(SVD)与经验正交函数分解(EOF)两种方法来获得支撑大气吸引子的基向量,推导了基于这两种方法的4DSVD分析场的理论公式,并用简单的数值试验比较了基于这两种方法的4DSVD分析场的空间相关系数和误差,初步分析了分析场与基向量个数的关系以及与样本选取的关系和分析误差的来源及各种误差对分析误差影响的相对大小。结果表明,用SVD方法作为获得支撑大气吸引子基向量的方法得到的分析场较EOF方法稳定,分析场与基向量个数有密切关系,观测误差、模式误差和观测代表性误差是分析误差的主要来源,且其引起的分析误差随着基向量个数增多而增大。 相似文献
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An evolutionary strategy-based error parameterization method that searches for the most ideal error adjustment factors was developed to obtain better assimilation results. Numerical experiments were designed using some classical nonlinear models (i.e., the Lorenz-63 model and the Lorenz-96 model). Crossover and mutation error adjustment factors of evolutionary strategy were investigated in four aspects: the initial conditions of the Lorenz model, ensemble sizes, observation covariance, and the observation intervals. The search for error adjustment factors is usually performed using trial-and-error methods. To solve this difficult problem, a new data assimilation system coupled with genetic algorithms was developed. The method was tested in some simplified model frameworks, and the results are encouraging. The evolutionary strategy-based error handling methods performed robustly under both perfect and imperfect model scenarios in the Lorenz-96 model. However, the application of the methodology to more complex atmospheric or land surface models remains to be tested. 相似文献
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大气环流模式中云系的超级参数化方案及其特征线方法之研究 总被引：1，自引：0，他引：1
就大气环流模式中如何有效处理云系,我们的目标:建立能考虑各种尺度和各种过程之间相互作用的多重尺度云系动力学(下称:云系超级参数化),并应同时考虑如下云的几何学与辐射传输两个问题:1)云的几何学,考虑如何描写云内结构的三维不均匀性和表面特征的几何不光滑性;2)云的辐射,考虑复杂云结构的辐射计算问题,并最终在大气环流模式中具体实现.本研究是理论部分,主要论述云系超级参数化框架和计算方法问题,主要结论如下:1)阐明了从多重尺度角度研究大气模式中云系的超级参数化方案是完全必要的.2)本云系超级参数化方案是3维完全Euler流体方程组,保留了全Coriolis力,Ertel全PV守恒,考虑声波等对云和降水微物理过程的影响.该云系超级参数化方案需要与大气大尺度动力学方程组进行耦合.3)关键问题为确定云系局部解的存在时间长度,不必考虑整体解.因为在实际大气中各物理量的不光滑,甚至不连续和间断,是有充分的物理意义的.大气中的间断除粘性和热传导等不可逆过程外,同时伴随着成云致雨的相变过程.4)在可积性和连续性条件下,证明了特征线的存在性;在Lipshitz条件下,证明了特征线的存在性和唯一性.5)给出了特征线积分的Picard方法的具体计算步骤,并同时给出了特征线积分稳定步长的具体条件.6)沿着特征线,初始场随着时间的推移,将发生平移、旋转与纯变形三种位移的几何和,这就是球面上平流方程的保形问题. 相似文献