基于遥感影像的地面PM2.5浓度反演高性能应用系统研究
细颗粒物(Particulate Matter with aerodynamic diameter less than2.5μm，PM2.5)对人体健康和环境有重要影响，目前PM2.5的浓度数据获取渠道主要为地面监测站点。地面设站具有有效覆盖面积小、观测仪器/处理手段的差异造成异源数据的不可比性，以及各个地区数据时间覆盖不一致等特点，给基于连续时间/空间的PM2.5研究带来极大障碍。遥感卫星一般能够进行全球范围的连续观测，基于遥感影像反演的气溶胶产品具有较好的现时性和存档完整性，利用遥感影像反演地面PM2.5浓度在提高PM2.5浓度数据时空质量方面具有很大价值。当前基于遥感影像反演地面PM2.5浓...展开
细颗粒物(Particulate Matter with aerodynamic diameter less than2.5μm，PM2.5)对人体健康和环境有重要影响，目前PM2.5的浓度数据获取渠道主要为地面监测站点。地面设站具有有效覆盖面积小、观测仪器/处理手段的差异造成异源数据的不可比性，以及各个地区数据时间覆盖不一致等特点，给基于连续时间/空间的PM2.5研究带来极大障碍。遥感卫星一般能够进行全球范围的连续观测，基于遥感影像反演的气溶胶产品具有较好的现时性和存档完整性，利用遥感影像反演地面PM2.5浓度在提高PM2.5浓度数据时空质量方面具有很大价值。当前基于遥感影像反演地面PM2.5浓度主要有统计类方法和构建物理/化学严密模型两大类方法。物理/化学严密模型法通常结构庞大复杂，要求较多的专业背景知识。而统计类方法则针对局部地区进行拟合，模型的跨区域适应性较差，且拟合精度仍有提升空间。　　在分析比较各种统计拟合方法的基础上，本文构建了一种基于广义加性模型(GAM)和后向反馈神经网络的两阶段PM2.5浓度反演模型（GAM-BP模型），以遥感气溶胶产品和气象数据作为输入，利用GAM对多参数指数分布族变量的非线性响应能力和多层神经网络挖掘数据中的非线性关系，实现一种拟合精度较高且时空适应能力较强的PM2.5浓度反演模型。以美国为例，该模型对分散在全国151个站点连续3年的观测数据进行拟合，平均决定系数R2=0.72，证明该模型具有良好的拟合能力，且能适应不同的地理区域。在此基础上，设计实现了该模型的B/S架构高性能集群业务运行系统。GAM-BP模型具有I/O密集的特点，该系统利用Lustre集群文件系统实现文件的高速并发读写支持，利用MPI-IO的聚合I/O机制提高单次读写磁盘的有效数据利用率，综合二者实现模型的高性能I/O。同时模型计算包含大量线性代数运算和循环运算，系统利用R语言和Shark机器学习库的线性代数优化和多线程优化机制实现模型的高效解算。使用Karajan整合异构计算模块，实现模型的自动化计算，并采用Torque作业调度器进行系统资源的细粒度调度。测试表明，该系统能够正确的提供指定时间空间范围内的模型数据可视化分析和计算服务，对151个站点3年的数据）进行模型解算，耗时106s，对三年期所有站点进行模型解算，同时取得测试中的最大吞吐率147.2MB/s。收起
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相关分类导航：海基观测资料在南海台风强度分析中的应用--《第33届中国气象学会年会 S1 灾害天气监测、分析与预报》2016年
海基观测资料在南海台风强度分析中的应用
【摘要】：本文采用的海基观测资料来源于中国气象局地面自动站逐小时站点资料、10分钟平均风观测资料和10分钟平均的极大风观测资料,该资料中包括了南海区域内的岸基气象站、海岛自动站、海洋气象浮标、石油平台站,其中逐小时站点观测资料中的风速值为整点时刻2分钟的平均。选取了年的在南海区域内出现的共43个编号南海热带气旋,并且根据研究需要只截取了热带气旋在南海区域范围内和登陆以前的时段进行分析。为了获得南海区域内热带气旋最详细的定位和定强信息,本研究中采用了中央气象台实况业务定位和定强的结果进行对比分析,该套资料对于南海大部分区域内达到热带气旋等级以上的均有逐小时的定位和强度分析。同时为了对比卫星观测的分析结果,采用了美国麦迪逊‐威斯康星大学热带气旋分析CIMSS(The Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies)开发的基于红外卫星资料和德沃夏克技术开发的客观自动分析系统ADT(Advanced Dvorak Technique)对南海区域内的海基站点资料进行预处理后发现,有效观测站点主要分布在福建中西部、广东沿海、雷州半岛、南岛沿海、西沙诸岛及北部湾。通过有效观测样本频数分布可以看出南海北部的海岛站、浮标站和石油平台站点在热带气旋强度分析中的使用频率较高,其中出现频率最高的观测站是海南岛三沙市北礁岛的海岛观测站。这表明了海基观测资料在分析南海热带气旋强度中的重要性。另外分析发现在半径300公里范围内主要的观测样本分布在热带气旋的北侧,这主要是由于南海热带气旋多是以西北行路径移动,靠近陆地时大多数的观测站都位于其北侧和西侧。通过站点观测资料分析可以发现南海台风的风圈有明显的不对称特征,7级风圈(R34)的分布也存在明显的东北象限大,东南象限小的特征,10级风圈(R50)也是东北象限最大,东南象限最小;12级风圈(R64)的影响范围集中在台风中心附近,且相对于10分钟平均风观测瞬时风更能反映其结构特征。
【作者单位】：
【关键词】：
【基金】：
【分类号】：P732;P714.2【正文快照】：
本文讨论了利用有限观测资料对热带气旋强度进行客观估计的方法。该方法通过转换到以热带气旋中心为原点的轴对称坐标系中,通过线性拟合的方法估算热带气旋的中心最低气压,在通过风压关系式得到实时的热带气旋中心最大风速。运过热带气旋最佳路径资料提供的中心最低气压(MSLP)
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