基于WRF的南海海域蒸发波导中尺度数值模拟研究
发布时间：2021-07-10 21:45
大气波导环境的存在使电磁波正常的传播轨迹和范围发生变化,对雷达探测和无线电通讯产生了重要影响。特别地,蒸发波导是海上大气波导中发生概率最高、对海上舰艇和岸基雷达探测系统影响最大的一种波导类型,充分利用和有效避免蒸发波导效应已成为全球各国国防的热点,研究意义重大。本文基于新一代中尺度大气数值模式WRF,与海上蒸发波导诊断模型NPS相耦合,开发了一种海上蒸发波导数值模拟系统。其中,利用NPS模型分析解决了空间垂直方向底层数据分辨率不足的问题。利用该数值模拟系统对我国南海海域指定区域和时间的海上蒸发波导进行数值模拟计算,并与南海搭建的蒸发波导探测系统实验平台实测数据以及其他文献统计结果进行了对比分析和验证,具体工作内容包括下面几点:（1）为了获取南海海域的实际大气修正折射率廓线和大气波导特征参数,利用了南海搭建的蒸发波导探测系统实验平台,及实测的气象数据,作为后续大气波导模型诊断分析和数值模拟的基础;研究了蒸发波导诊断模型的基本原理,推导了NPS模型诊断过程,并进行诊断计算和误差分析。（2）研究大气数值模式的工作原理和WRF模式的组成模块及其执行流程,提出了大气波导数值模拟系统初步框架;在本...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
区域三维气象场数据
如图1-6 所示。同时，电波掩星方法也被用于大气波导的反演，但是因为蒸发波导高度较低，垂直方向上底层反演准确度仍然不高，需要进一步研究。图 1-6 雷达海杂波反演结果伴随着卫星遥感技术的发展，为了进行区域性的海洋蒸发波导研究，利用相对尺度较大的卫星遥感数据是一个不错的选择。我国学者焦林等[44]进行了相关研究，利用改良的数学反演算法对收集的遥感数据进行反演推理，并将计算结果与实测站点数据融合，修正最终结果。1.3.2.3 中尺度数值模式对于低空波导，一般可以直接采用中尺度大气数值模式计算的数据结果，将每个格点的气象参数数据带入大气修正折射率公式，计算得到三维化的大气修正折射率廓线，从而获得整个数据场的低空波导数据。但是蒸发波导一般发生在海拔高度 40m以下，受海水蒸发、海-气交界面微气象条件湍流的影响，卫星探测初始场数据在海拔 100m以下，数据变得较为稀疏，现目前无法直接用于蒸发波导的计算，为了解决三维初始场低海拔数据稀少的问题，有学者采用数值模式同化其它类型的探空观测资料，提高低海拔处的气象数据；也有学者采用 ARPS/MM5 等大气数值模式耦合 Babin 诊断模型对低海拔的蒸发波导进行数值计算。中尺度大气数值模式一般以地球卫星探测的三维网格化数据（例如美国NCEP 每 6 小时一次的 FNL 再分析资料）作为模式输入
图 1-7 三维气象数据的垂直分层和水平格点在二十世纪八十年代就已经建立了地表交界面蒸发波导预测模的 NOGAPS 系统输出结果作为该模式的驱动数据，运算得到境场数据，完成蒸发波导诊断计算，但是效果尚待验证。经过前美军已经拥有了较为成熟的中尺度蒸发波导业务预报能力，AMPS 系统就可以实现该功能，并能够在系统预报的三维大气波传播可能受到的影响结果。同时，法国国家气象研究机构bukhov 大气边界层相似理论发展自己的蒸发波导高度预报模式期大气数值预报结果构造该模式的运行初始背景场，并将最终据进行对比分析，验证了模式的可行性，但得知结果普遍偏高内，焦林，张永刚等[45]利用中尺度大气数值预报模式 MM5，导预测模型 Babin 对福建平潭岛附近海域蒸发波导高度进行，王振会等[46,47]利用新一代中尺度大气数值预报模式 WRF，耦对目标区域的蒸发波导高度进行了一定时间的模拟研究。陈莉
【参考文献】：
期刊论文
[1]TD-LTE大气波导效应导致干扰研究[J]. 刘毅,牛海涛,张振刚,孔建坤. 移动通信. 2017(05)
[2]基于微滴腐蚀微纳光纤Farby-Perot谐振腔的折射率传感特性[J]. 刘博,李杰,孙立朋,金龙,关柏鸥. 量子电子学报. 2016(03)
[3]基于雷达海杂波的区域性非均匀蒸发波导反演方法[J]. 张金鹏,张玉石,吴振森,张玉生,胡荣旭. 物理学报. 2015(12)
[4]墨卡托投影与兰勃特投影变形差异——以海南岛为例[J]. 李诗阳. 矿山测量. 2015(01)
[5]全球大气数值模式动力框架研究进展[J]. 刘宇迪,崔新东,艾细根. 气象科技. 2014(01)
[6]WRF模式微物理方案对山西省一次强降雨过程模拟的影响[J]. 张少济,孙科,张华,张学礼,郝智文. 水利水电技术. 2013(09)
[7]卫星遥感资料在蒸发波导数值预报中的应用[J]. 王振会,杨璐,姚展予,王喆. 电波科学学报. 2012(04)
[8]2008年“威马逊”台风期间海上大气波导时空特征[J]. 成印河,周生启,薛宇峰. 广东海洋大学学报. 2012(03)
[9]利用MM5V3模式模拟大气波导产生的准确率分析[J]. 韩杰,张玉生,康士峰,赵振维,张守宝. 海洋预报. 2012(02)
[10]岸基雷达的大气波导特性及其影响分析[J]. 李学森,余健,邱德厚. 电子信息对抗技术. 2012(01)
博士论文
[1]Polar WRF对南极地区天气过程的模拟试验研究[D]. 马永锋.中国气象科学研究院 2012
[2]电磁波在大气波导环境中的传播特性及其应用研究[D]. 赵小龙.西安电子科技大学 2008
本文编号：3276721
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
区域三维气象场数据
如图1-6 所示。同时，电波掩星方法也被用于大气波导的反演，但是因为蒸发波导高度较低，垂直方向上底层反演准确度仍然不高，需要进一步研究。图 1-6 雷达海杂波反演结果伴随着卫星遥感技术的发展，为了进行区域性的海洋蒸发波导研究，利用相对尺度较大的卫星遥感数据是一个不错的选择。我国学者焦林等[44]进行了相关研究，利用改良的数学反演算法对收集的遥感数据进行反演推理，并将计算结果与实测站点数据融合，修正最终结果。1.3.2.3 中尺度数值模式对于低空波导，一般可以直接采用中尺度大气数值模式计算的数据结果，将每个格点的气象参数数据带入大气修正折射率公式，计算得到三维化的大气修正折射率廓线，从而获得整个数据场的低空波导数据。但是蒸发波导一般发生在海拔高度 40m以下，受海水蒸发、海-气交界面微气象条件湍流的影响，卫星探测初始场数据在海拔 100m以下，数据变得较为稀疏，现目前无法直接用于蒸发波导的计算，为了解决三维初始场低海拔数据稀少的问题，有学者采用数值模式同化其它类型的探空观测资料，提高低海拔处的气象数据；也有学者采用 ARPS/MM5 等大气数值模式耦合 Babin 诊断模型对低海拔的蒸发波导进行数值计算。中尺度大气数值模式一般以地球卫星探测的三维网格化数据（例如美国NCEP 每 6 小时一次的 FNL 再分析资料）作为模式输入
图 1-7 三维气象数据的垂直分层和水平格点在二十世纪八十年代就已经建立了地表交界面蒸发波导预测模的 NOGAPS 系统输出结果作为该模式的驱动数据，运算得到境场数据，完成蒸发波导诊断计算，但是效果尚待验证。经过前美军已经拥有了较为成熟的中尺度蒸发波导业务预报能力，AMPS 系统就可以实现该功能，并能够在系统预报的三维大气波传播可能受到的影响结果。同时，法国国家气象研究机构bukhov 大气边界层相似理论发展自己的蒸发波导高度预报模式期大气数值预报结果构造该模式的运行初始背景场，并将最终据进行对比分析，验证了模式的可行性，但得知结果普遍偏高内，焦林，张永刚等[45]利用中尺度大气数值预报模式 MM5，导预测模型 Babin 对福建平潭岛附近海域蒸发波导高度进行，王振会等[46,47]利用新一代中尺度大气数值预报模式 WRF，耦对目标区域的蒸发波导高度进行了一定时间的模拟研究。陈莉
【参考文献】：
期刊论文
[1]TD-LTE大气波导效应导致干扰研究[J]. 刘毅,牛海涛,张振刚,孔建坤. 移动通信. 2017(05)
[2]基于微滴腐蚀微纳光纤Farby-Perot谐振腔的折射率传感特性[J]. 刘博,李杰,孙立朋,金龙,关柏鸥. 量子电子学报. 2016(03)
[3]基于雷达海杂波的区域性非均匀蒸发波导反演方法[J]. 张金鹏,张玉石,吴振森,张玉生,胡荣旭. 物理学报. 2015(12)
[4]墨卡托投影与兰勃特投影变形差异——以海南岛为例[J]. 李诗阳. 矿山测量. 2015(01)
[5]全球大气数值模式动力框架研究进展[J]. 刘宇迪,崔新东,艾细根. 气象科技. 2014(01)
[6]WRF模式微物理方案对山西省一次强降雨过程模拟的影响[J]. 张少济,孙科,张华,张学礼,郝智文. 水利水电技术. 2013(09)
[7]卫星遥感资料在蒸发波导数值预报中的应用[J]. 王振会,杨璐,姚展予,王喆. 电波科学学报. 2012(04)
[8]2008年“威马逊”台风期间海上大气波导时空特征[J]. 成印河,周生启,薛宇峰. 广东海洋大学学报. 2012(03)
[9]利用MM5V3模式模拟大气波导产生的准确率分析[J]. 韩杰,张玉生,康士峰,赵振维,张守宝. 海洋预报. 2012(02)
[10]岸基雷达的大气波导特性及其影响分析[J]. 李学森,余健,邱德厚. 电子信息对抗技术. 2012(01)
博士论文
[1]Polar WRF对南极地区天气过程的模拟试验研究[D]. 马永锋.中国气象科学研究院 2012
[2]电磁波在大气波导环境中的传播特性及其应用研究[D]. 赵小龙.西安电子科技大学 2008
本文编号：3276721
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