基于时间序列和神经网络的蒸发波导高度短期预测

发布时间：2020-04-14 05:35

【摘要】：海上大气波导是一种异常的大气折射现象,该现象的产生与气象条件密切相关。其中,蒸发波导是海上大气波导中发生概率较高的一种大气层结,它能够束缚特定频率的电磁波,以一种能量较小的损耗在波导层中传播,有利于充分发挥雷达的作战效能,显著增加雷达的探测距离,其高度值是实现雷达超视距探测、远距离通信等技术的重要参数。因此,预先掌握蒸发波导高度对发挥海上作战优势具有重要意义。本论文为了研究南海蒸发波导的统计规律,基于南海石油平台搭建海洋自动气象站,实验数据通过北斗卫星通讯进行远程传输,能够实时获取蒸发波导监测所需的水文气象要素数据,结合基于Monin-Obukhov近地层相似理论的NPS模型,实现蒸发波导高度的诊断。目前,蒸发波导可采用MM5或WRF中尺度数值模拟进行区域预报,但由于该方法所需背景场数据较多、海上数据获取较困难、软件配置复杂且计算量较大,本论文提出采用时间序列分析和BP神经网络两种方法,分别对气温、相对湿度、风速、大气压和海表温度进行建模和预测,并结合NPS诊断模型进行计算,间接得到蒸发波导高度的预测值,实现了蒸发波导高度的短期预测。针对BP神经网络在建模中存在的缺陷进行改进,采用人工蜂群算法对BP神经网络的连接权值和阈值进行优化,提高了BP神经网络的收敛速度、防止陷入局部极小点、减小网络预测误差,从而实现更准确的蒸发波导高度预测。
【图文】：

示意图,大气波导,电磁波传播,路径

第 1 章绪论如何及时准确的探测大气波导并实现业务化预报成为人们研究的重点，特别面积海洋环境中的大气波导因其可利用率和发生概率较高而受到更多关注。年来，，大气波导研究范围较广，包括大气波导探测和反演技术研究、大气波值算法和预测预报模型研究、大气波导超视距效应的评估方法及应用、大气产生机理的理论和实验研究等，形成了一些极有价值的研究成果。

软件界面,版本,大气波导

图 1-2 AREPS 3.6 版本软件界面1.2.2 国内研究发展现状我国对大气波导的研究起始于 20 世纪 60 年代，始终处于跟踪吸收和分析应用国外研究成果的状态，80 年代初开始分析研究海上大气波导现象对电波传播的影响，主要研究大气波导的分布规律、产生机理、统计特征、探测反演与建模预测、超视距评估、雷达探测性能分析和电磁盲区评估等方面[3]。1996 年刘成国等人对大气波导的前景和研究现状进行综述，并对特征量和发生概率进行统计分析[4, 5]；1998 年刘成国等人通过分析 1990~1992 年探空数据计算我国不同地域大气波导的穿透角和极限频率[6]，戴福山等人通过分析不同大气层结条件下蒸发波导模式并计算蒸发波导被陷获电波的最低频率，发现强稳定层结条件下与近中性、中性、不稳定层结差异明显[7]。2000 年姚展予等人基于西沙海域的气象数据和西北太平洋云辐射实验的实测数据验证大气波导形成机理并分析了气海温差、湿度、风速对蒸发波导高度的影响。2001 年刘成国等人提出伪折射率模型计算海上蒸发波导剖面廓线，对比实测海洋数据验证了该方法的可行性；2002 年详
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH766

【参考文献】