飞机尾迹云卷积神经网络识别及其东南亚辐射强迫的模拟研究

飞机尾迹云卷积神经网络识别及其东南亚辐射强迫的模拟研究

论文摘要

本文基于Himawari-8卫星资料,分别用人工视检、卷积神经网络识别和传统尾迹云识别算法来计算中国南方区域的尾迹云覆盖率,并对结果做了对比分析;接着选取潜在尾迹云参数化方案,同时对参数化方案进行验证,结合ECMWF再分析资料、QUANTIFY航空资料和CCSM4模式资料,模拟历史情景2000年以及分别在RCP4.5、RCP8.5未来情景下的2050和2100年东南亚区域尾迹云覆盖率,最后通过尾迹云辐射强迫方案模拟了历史情景2000年以及分别在RCP4.5、RCP8.5未来情景下的2050和2100年东南亚区域尾迹云净辐射强迫。主要得到以下结论:(1)基于Himawari-8卫星图像统计中国南方区域的尾迹云覆盖率,以人工视检结果为基准,卷积神经网络识别结果明显优于传统尾迹云识别算法Contrail Detection Algorithm(CDA)。(2)通过观测结果与潜在尾迹云参数化模拟比较,表明了观测的尾迹云生成持续指数contrail occurrence and persistence(COP)与潜在尾迹云覆盖率potential contrail coverage(PCC)之间存在较高相关性,且卷积神经网络识别Convolutional Neural Network identification(CNNI)相关系数接近人工视检artificial visual inspection(AVI)。(3)本文模拟的2000年尾迹云全球的平均覆盖率和平均净辐射分别为0.11%、5.54 mW/m2,同时2000年东南亚区域尾迹云平均覆盖率和平均净辐射强迫的模拟值分别为0.23%、10.41 mW/m2。(4)在东南亚区域,2050年和2100年,两种情景下的尾迹云平均覆盖率与平均净辐射强迫均出现不同程度增长,在RCP4.5情景下增长较为缓和,而在RCP8.5情景下增长较为快速。(5)东南亚区域尾迹云的平均覆盖率与净辐射强迫都是夏季值大于冬季值。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究目的和意义
  •   1.2 国内外研究进展
  •   1.3 问题的提出及研究内容
  •     1.3.1 问题的提出
  •     1.3.2 研究内容
  • 第二章 数据资料
  •   2.1 观测资料
  •   2.2 再分析资料
  •   2.3 航空资料
  •   2.4 模式资料
  • 第三章 尾迹云算法检测介绍及对比
  •   3.1 CDA算法概述
  •   3.2 尾迹云人工视检
  •   3.3 尾迹云卷积神经网络检测
  •     3.3.1 卷积神经网络概述
  •     3.3.2 卷积神经网络整体构架
  •     3.3.3 开源工具简介及Caffe安装过程
  •     3.3.4 卷积神经网络模型性能评估
  •   3.4 结果比较与讨论
  •     3.4.1 卷积神经网络识别(CNNI)
  •     3.4.2 CDA、AVI、CNNI观测统计COP分布图及对比
  •   3.5 本章小结
  • 第四章 模拟尾迹云的覆盖率
  •   4.1 潜在尾迹云参数化方案的选取
  •     4.1.1 Ponter等人开发的参数化方案简介
  •     4.1.2 参数化方案模拟PCC的分布图
  •     4.1.3 COP与 PCC的线性相关
  •   4.2 尾迹云覆盖率的模拟
  •   4.3 尾迹云覆盖率模拟结果的空间分布
  •     4.3.1 历史情景模拟及比较
  •     4.3.2 未来情景模拟
  •   4.4 尾迹云覆盖率模拟结果的时间分布
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 模拟尾迹云的辐射强迫
  •   5.1 方案的选取
  •   5.2 尾迹云净辐射强迫模拟结果的空间分布
  •     5.2.1 历史情景模拟及比较
  •     5.2.2 未来情景模拟
  •   5.3 尾迹云净辐射强迫模拟结果的时间分布
  •   5.4 本章小结
  • 第六章 总结与讨论
  •   6.1 全文总结
  •   6.2 特色和创新点
  •   6.3 研究展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者简介
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 张国宇

    导师: 张敬林

    关键词: 尾迹云,卷积神经网络,真实覆盖率,净辐射强迫

    来源: 南京信息工程大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 气象学,航空航天科学与工程

    单位: 南京信息工程大学

    基金: 国家自然科学基金面上“基于卫星资料的东亚地区飞机尾迹云识别及其辐射强迫研究”项目(41775008)

    分类号: V321.2

    DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000056

    总页数: 66

    文件大小: 2494K

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