联合降水微物理特征测量仪、激光雨滴谱仪和雨量计的降水对比观测分析 被引量：5

1

作者 胡云涛 刘西川 +2 位作者 高太长 许平平 吕苗 《气象与减灾研究》 2018年第2期133-139,共7页

为了对降水微物理特征测量仪(PMCS)的测量性能进行评估,利用PMCS、激光雨滴谱仪(OTT)和雨量计(Gauge)在南京地区进行了降水对比观测实验,通过分析各仪器所测得的降水强度和累计降水量,研究了PMCS和OTT在不同降水强度条件下的尺度谱及其... 为了对降水微物理特征测量仪(PMCS)的测量性能进行评估,利用PMCS、激光雨滴谱仪(OTT)和雨量计(Gauge)在南京地区进行了降水对比观测实验,通过分析各仪器所测得的降水强度和累计降水量,研究了PMCS和OTT在不同降水强度条件下的尺度谱及其谱参数测量的差异性。结果表明:PMCS所测得的降水强度和累计降水量较OTT小,但更接近于Gauge所测得标准降水强度和累计降水量,3种仪器降水强度结果的相关性均在0.96以上。PMCS测得的谱均值、谱方差、雷达回波强度均小于OTT所测得结果,数密度均大于OTT所测得结果,两者所测得谱参数的变化趋势具有较好的一致性。在相同降水强度范围内,PMCS和OTT所测得的雨滴尺度谱分布趋势具有较好的一致性,在雨滴大尺度段,PMCS测得的雨滴数较OTT偏少,PMCS和OTT对于雨滴的捕获性能随着降水强度增加而增强,并在达到峰值后逐渐减弱。 展开更多

关键词 降水 观测仪器 尺度谱 谱参数 对比

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飞秒激光成丝诱导形成水凝物的机理研究进展 被引量：5

2

作者 曾庆伟 高太长 +4 位作者 刘磊 刘西川 胡帅 张克瑾 陈鸣 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期102-107,共6页

近些年,飞秒激光成丝诸多非线性效应及其潜在应用逐渐成为超短脉冲激光领域研究的重要方向之一。飞秒激光成丝诱导水汽凝结、降雪和破碎冰晶二次增长等方面的探索研究,为人类寻找主动控制天气的新技术指明了方向,具有重要的科学意义和... 近些年,飞秒激光成丝诸多非线性效应及其潜在应用逐渐成为超短脉冲激光领域研究的重要方向之一。飞秒激光成丝诱导水汽凝结、降雪和破碎冰晶二次增长等方面的探索研究,为人类寻找主动控制天气的新技术指明了方向,具有重要的科学意义和应用前景。首先,重点分析梳理了飞秒激光成丝诱导形成水凝物的观测和机理研究进展;然后,讨论了飞秒激光诱导水凝物形成机理研究中尚待解决的关键科学问题,以及对该领域未来发展方向做了展望。 展开更多

关键词 超短激光 飞秒激光成丝 激光诱导降雪 人工影响天气

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基于PMCS图像数据的雨滴微物理特征研究 被引量：1

3

作者 胡云涛 刘西川 +3 位作者 高太长 许平平 江晓华 杨查 《气象与减灾研究》 2018年第4期285-292,共8页

基于2015年降水微物理特征测量仪(PMCS)在南京地区获得的3次降水过程的雨滴图像资料,利用图像处理算法得到雨滴形状、尺度、轴比、倾斜角、垂直速度等特征参量,研究了雨滴的微物理特征空间分布规律。结果表明:直径较小的雨滴轮廓呈圆环... 基于2015年降水微物理特征测量仪(PMCS)在南京地区获得的3次降水过程的雨滴图像资料,利用图像处理算法得到雨滴形状、尺度、轴比、倾斜角、垂直速度等特征参量,研究了雨滴的微物理特征空间分布规律。结果表明:直径较小的雨滴轮廓呈圆环状,随着粒子直径增加,雨滴轮廓呈现出椭圆形和底部扁平顶部凸起状。PMCS测得的雨滴轴比—直径拟合关系同经验模型相比误差较小,雨滴轴比概率分布呈现高斯分布特征。雨滴倾斜角分布于0°两侧,方差为15.9°,小雨滴倾斜角受湍流影响较大,摆动范围较大。雨滴垂直速度随直径增大而增大,垂直速度拟合曲线同Atlas速度经验模型分布较为一致。 展开更多

关键词 雨滴 图像处理 微物理特征

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5G通信中的视距信号大气衰落特性研究 被引量：1

4

作者 刘西川 贺彬晟 +2 位作者 印敏 高太长 宋堃 《移动通信》 2018年第9期9-15,共7页

下一代5G通信网络将频段扩展到1 GHz—100 GHz,而已有微波传播模型基于经验假设,精细化结构不足,针对这个问题,建立大气精细化模型并定量分析了大气气体、降水、云雾和沙尘导致的视距信号衰落特性。研究表明,不同相态的降水、水雾和沙... 下一代5G通信网络将频段扩展到1 GHz—100 GHz,而已有微波传播模型基于经验假设,精细化结构不足,针对这个问题,建立大气精细化模型并定量分析了大气气体、降水、云雾和沙尘导致的视距信号衰落特性。研究表明,不同相态的降水、水雾和沙尘对高频信号存在强烈衰减,尤其是降水在6 GHz以下的衰减也不能忽略,可为5G通信的网络优化、通信基站的功率控制、利用5G信号衰落反演大气参数等方面提供基本参考。 展开更多

关键词 5G通信 大气衰落 大气粒子 谱分布

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联合测云体制下的光学厚度反演技术研究 被引量：1

5

作者 张婷 刘磊 +1 位作者 高太长 胡帅 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2020年第19期268-273,共6页

为提高地基红外测云系统全天空云检测的准确性,通过辐射传输模式SBDART模拟大气向下红外辐射与云光学厚度之间的对应关系,发现利用云的光学厚度拟合曲线反演云的光学厚度具有可行性,然后在此基础上提出了一种利用红外和激光联合反演云... 为提高地基红外测云系统全天空云检测的准确性,通过辐射传输模式SBDART模拟大气向下红外辐射与云光学厚度之间的对应关系,发现利用云的光学厚度拟合曲线反演云的光学厚度具有可行性,然后在此基础上提出了一种利用红外和激光联合反演云光学厚度的方法。通过建立更精确的适用于特定地区和特定季节的大气廓线和水汽含量,利用激光消光廓线较精确地反演气溶胶和云底高,并将以上获取的大气参数代入辐射传输模式SBDART,模拟得到了云的光学厚度反演曲线,从而反演出全天空云的光学厚度分布。实验结果表明,通过单层云和两层云的光学厚度反演曲线反演得到的全天空光学厚度分布与全天空辐射分布保持一致,能够较清晰地分辨全天空不同高度云层的光学厚度。 展开更多

关键词 遥感 光学厚度 激光 红外 联合测云

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不同近远场外推方案对MRTD散射模型穆勒矩阵计算精度的影响分析

6

作者 胡帅 高太长 +3 位作者 刘磊 李浩 陈鸣 洪昌伟 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期339-347,共9页

非球形气溶胶穆勒散射矩阵的不确定性是影响偏振遥感精度的重要因素。在自主研制的时域多分辨率(MRTD)气溶胶散射模型中,穆勒散射矩阵的计算需要以远场电场值为基础,因此近远场外推过程成为制约其模拟精度的重要环节。为确定适用于MRTD... 非球形气溶胶穆勒散射矩阵的不确定性是影响偏振遥感精度的重要因素。在自主研制的时域多分辨率(MRTD)气溶胶散射模型中,穆勒散射矩阵的计算需要以远场电场值为基础,因此近远场外推过程成为制约其模拟精度的重要环节。为确定适用于MRTD散射模型的最佳近远场外推方案,在球形和非球形粒子情形下,系统地对比分析了基于惠更斯原理的表面积分方案以及基于电介质亥姆霍兹方程的体积积分方案所对应的穆勒散射矩阵的模拟精度。结果表明,虽然两种近远场外推方案均可有效准确地实现近远场外推,但从穆勒矩阵的计算误差分布上看,基于体积积分原理的近远场外推方案性能更优。 展开更多

关键词 散射 非球形气溶胶 近远场外推 穆勒散射矩阵 散射模型

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雨滴成像中的散焦模糊复原方法及应用

7

作者 刘西川 胡云涛 +1 位作者 高太长 宋堃 《大气与环境光学学报》 CAS CSCD 2018年第4期315-320,共6页

针对自主研制的降水微物理特征测量仪存在的成像质量问题,重点考虑与光源相关的散焦模糊,提出了基于点扩散函数的雨滴图像复原方法,利用圆盘函数对雨滴图像进行复原,消除噪声和模糊,得到具有清晰轮廓的雨滴图像.利用与雨滴光学性质相近... 针对自主研制的降水微物理特征测量仪存在的成像质量问题,重点考虑与光源相关的散焦模糊,提出了基于点扩散函数的雨滴图像复原方法,利用圆盘函数对雨滴图像进行复原,消除噪声和模糊,得到具有清晰轮廓的雨滴图像.利用与雨滴光学性质相近的玻璃球进行了定标实验,确定了成像系统散焦模糊的半径和图像二值化的阈值.外场实测结果表明,图像复原可以有效修正雨滴尺度及其谱分布,测量得到的雨滴谱和降雨强度与激光雨滴谱仪的结果具有很好的一致性.该方法应用于降水微物理特征测量仪,可以显著提高雨滴谱及其他微物理特征的测量性能. 展开更多

关键词 雨滴 图像 点扩散函数 雨滴谱

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南京地区一次冬季雷暴过程的雷达回波特征分析 被引量：9

8

作者 杨波 孟鑫 +1 位作者 杨磊 高太长 《气象科学》 北大核心 2019年第1期62-69,共8页

为研究雷暴发展过程中的雷达回波特征,利用S波段双偏振多普勒天气雷达对南京地区的雷暴进行了观测研究,利用雷达回波资料、地面大气电场数据、闪电定位数据及探空资料对比分析了2014年一次冬季雷暴过程与夏季雷暴的雷暴回波特征差异。... 为研究雷暴发展过程中的雷达回波特征,利用S波段双偏振多普勒天气雷达对南京地区的雷暴进行了观测研究,利用雷达回波资料、地面大气电场数据、闪电定位数据及探空资料对比分析了2014年一次冬季雷暴过程与夏季雷暴的雷暴回波特征差异。分析结果表明:冬季雷暴的对流发展高度明显低于夏季雷暴,持续时间短,水平尺度小,有较大比例的正闪;影响冬季雷暴与夏季雷暴的成雷对流高度差异的主要因素是环境温度差异,冬季雷暴在较低的高度上,具有较低的环境温度,更有利于雷暴起电;对流单体中,霰粒子的存在是雷暴的一项重要特征。 展开更多

关键词 冬季雷暴 雷达回波 对流高度 霰粒子

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数字全息云粒子测量技术现状及进展

9

作者 曾庆伟 刘磊 +2 位作者 胡帅 刘西川 高太长 《地球科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期661-674,共14页

准确获取大气中云粒子的原位探测信息,对于揭示气溶胶—云—降水形成物理机制、改进数值预报模式微物理参数化方案、评估人工影响天气催化效果等具有重要的应用价值。数字全息测量技术能够同时获取云粒子的尺度、速度、相态和空间位置... 准确获取大气中云粒子的原位探测信息,对于揭示气溶胶—云—降水形成物理机制、改进数值预报模式微物理参数化方案、评估人工影响天气催化效果等具有重要的应用价值。数字全息测量技术能够同时获取云粒子的尺度、速度、相态和空间位置等信息,且具有覆盖粒子尺度范围广(μm~mm)、空间采样精度高(可达mm量级)和仪器采样体积可准确确定等诸多优点,在云微物理观测领域具有广阔的应用前景。总结了目前国内外数字全息云粒子测量仪器的研究现状,分析了仪器研制所涉及的全息光路设计、机械防护和全息图处理等几个关键技术问题,并介绍了全息云粒子观测结果在揭示混合云内冰晶冻结机制和云中湍流混合作用影响微物理机制等方面的应用。最后,从技术应用角度对全息光路优化设计、全息图处理方法、仪器结构防护和外场观测试验等方面作了一定的思考和展望,以期为开展相关仪器研制和云微物理观测应用研究提供参考。 展开更多

关键词 云粒子 原位测量 数字同轴全息 全息图处理 混合云观测

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球载云降水粒子探测器研究现状及进展 被引量：1

10

作者 王鹏 刘磊 +4 位作者 刘西川 胡帅 赵世军 姬文明 高太长 《地球科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2020年第7期704-714,共11页

准确观测云和降水的微物理特征是理解云降水物理过程的关键。由气象气球搭载测量仪器升空进行现场探测是获取云和降水粒子微物理特征的有效方式,其作为机载云降水粒子测量设备的补充手段,在现场测量中发挥着越来越重要的作用。根据现有... 准确观测云和降水的微物理特征是理解云降水物理过程的关键。由气象气球搭载测量仪器升空进行现场探测是获取云和降水粒子微物理特征的有效方式,其作为机载云降水粒子测量设备的补充手段,在现场测量中发挥着越来越重要的作用。根据现有球载云降水粒子探测器工作原理的差异,将其分为碰撞取样式、直接成像式、光学散射式、光强衰减式和电荷测量式探测器。总结了典型仪器的工作原理、关键技术和主要优缺点;简要介绍了其在云层精细结构获取、云参数遥感方法建立、云降水物理过程研究和参数化以及雷暴云的科学观测等方面的应用;最后,对球载云降水粒子探测器的发展趋势进行了展望,为开展相关技术研究和设备研制提供参考。 展开更多

关键词 云粒子 降水粒子 原位测量 视频探空仪 球载测量仪器

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大气粒子多角度散射特性测量技术研究进展 被引量：1

11

作者 胡帅 刘磊 +1 位作者 刘西川 高太长 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期477-496,共20页

大气粒子多角度散射特性包括散射函数及散射相矩阵(也称"M¨ueller矩阵"),两者不仅是辐射传输模拟的基本输入参数,同时也是大气粒子微物理性质的载体。由于其基础性地位,大气粒子多角度散射特性测量技术一直是大气科学领... 大气粒子多角度散射特性包括散射函数及散射相矩阵(也称"M¨ueller矩阵"),两者不仅是辐射传输模拟的基本输入参数,同时也是大气粒子微物理性质的载体。由于其基础性地位,大气粒子多角度散射特性测量技术一直是大气科学领域的研究热点。对大气粒子散射函数及M¨ueller矩阵测量技术的研究现状进行了综述,主要内容包括以下四个方面:(1)从大气粒子微物理特征的不确定性、数值计算方法的局限性和复杂性出发,分析了大气粒子光散射研究中存在的困难,指出发展大气粒子散射函数及Müeller矩阵测量技术的必要性;(2)概述了可见近红外波段的多角度散射观测技术研究现状,将可见近红外波段测量仪器分平面旋转接收型、固定接收型和镜面反射型三类,重点讨论了不同设计方案的优缺点;(3)介绍了基于微波比拟技术测量单粒子散射特性的研究现状及其优势和劣势;(4)总结了多角度散射特性测量技术研究中存在的问题,并展望了多角度散射测量技术的发展方向。本工作可为后续的大气粒子光散射测量技术研究提供一定参考。 展开更多

关键词 大气光学 大气粒子 多角度散射特性 测量技术 光散射

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基于风廓线雷达资料的亮带识别订正算法研究 被引量：1

12

作者 张征宇 薛震刚 +1 位作者 许丽人 高太长 《气象》 CSCD 北大核心 2017年第2期197-205,共9页

在降水过程中,固态降水粒子下落穿越0℃等温线的融化效应会引起雷达反射率因子增大,产生亮带。文章基于北京房山地区的边界层风廓线雷达的探测资料,对2014年8—10月四次典型的层状云降水和以层状云为主的混合性降水过程进行特征统计,提... 在降水过程中,固态降水粒子下落穿越0℃等温线的融化效应会引起雷达反射率因子增大,产生亮带。文章基于北京房山地区的边界层风廓线雷达的探测资料,对2014年8—10月四次典型的层状云降水和以层状云为主的混合性降水过程进行特征统计,提出了适用于该季节、该地区的0℃层亮带自动识别订正算法,并使用这种算法对一次层状云为主的混合性降水天气过程进行了识别研究,通过与探空资料、多普勒天气雷达资料的对比检验,结果表明该算法可以有效识别该季节、该地区的0℃层亮带,通过亮带订正,融化区的回波强度高值区得到了有效抑制,原亮带高度附近回波强度廓线的显著弯曲消失,融化区之外的回波强度基本没有变化。 展开更多

关键词 0℃层亮带 风廓线雷达 识别订正

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