عنوان پایان‌نامه
بررسی مقایسه ای الگوریتم های شناسایی بسته موج
- رشته تحصیلی
- هواشناسی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 52977;کتابخانه موسسه ژئوفیزیک شماره ثبت: 713
- تاریخ دفاع
- ۲۹ شهریور ۱۳۸۹
- دانشجو
- سارا کرمی
- استاد راهنما
- علیرضا محب الحجه
- چکیده
- مطالعات نشان داده که امواج راسبی به خصوص در وردسپهر زبرین تمایل دارند به صورت بسته موج هایی همدوس منتشر شوند. از آنجایی که این بسته موج ها همدوس تر از امواج انفرادی هستند، ردیابی و شناسایی آن ها ساده تر است. متداولترین روش برای شناسایی بسته موج ها تعیین پوش آن ها می باشد. ردیابی پوش بسته موج ها نسبت به پشته ها و ناوه های انفرادی در مدت زمان طولانی تری امکان پذیر بوده و با بررسی مسیر انتشار آن ها می توان محل دقیق رد طوفان در عرض های میانی و تغییرات فصلی آن را تعیین کرد. در این مطالعه، سه کمیت مولفه نصف النهاری سرعت باد و مولفه قائم تاوایی نسبی تراز hpa 300 و ارتفاع ژئوپتانسیلی hpa500 را در نظر گرفته و با استفاده از الگوریتم های تبدیل هیلبرت یک بعدی، وامدوله سازی مختلط و تبدیل هیلبرت با پالایه نصف النهاری با اعداد موج قطع مختلف پوش آن ها را محاسبه کرده ایم. داده های مورد استفاده مربوط به دسامبر 2004، ژانویه و فوریه 2005 بدست آمده از مجموعه داده های GFS هستند که با کمک آن ها دو نمونه بسته موج را در نظر گرفته و به مقایسه کیفی پوش محاسبه شده آن ها با هر یک از الگوریتم های تعیین پوش بسته موج پرداخته ایم. سپس به بررسی مواردی می پردازیم که دو پوش مجزا در عرض های جغرافیایی نزدیک به هم مشاهده می شوند. مقایسه کمی نتایج حاصل از این الگوریتم ها نیز با در نظر گرفتن تبدیل هیلبرت یک بعدی به عنوان مبنا و به صورت میانگین فصلی و میانگین فصلی- مداری اختلاف نتایج هر یک از روش ها با تبدیل هیلبرت یک بعدی و جذر میانگین مربع این اختلاف ها در نمودارهایی ارائه شده است. مقایسه الگوریتم ها نشان می دهد، پوش های بدست آمده از الگوریتم وامدوله سازی به دلیل در نظر گرفتن یک عدد موج، شدیدتر از تبدیل هیلبرت یک بعدی بوده و مقادیر میانگین فصلی- مداری اختلافات پوش های حاصل از این دو الگوریتم در تمامی عرض های جغرافیایی مثبت است که این نیز نشان می دهد روش وامدوله سازی مختلط مقادیر پوش ها را بیشتر برآورد می کند. در روش های تبدیل هیلبرت یک بعدی و وامدوله سازی مختلط گاهی ممکن است به دلیل وجود امواج با عدد موج نصف النهاری بزرگ یا طول موج نصف النهاری کوچک، دو پوش که متعلق به یک بسته موج می باشند ظاهر شوند، در اینصورت با اعمال پالایه در راستای نصف النهاری می توان مانع بروز این مشکل شد. در روش تبدیل دو بعدی با عدد موج قطع 9، به دلیل در نظر گرفتن عدد موج نسبتا کوچک برای اعمال پالایه پوش های بدست آمده بسیار هموار می باشند و بسیاری از جزئیات مورد نظر حذف می شود. در الگوریتم تبدیل دو بعدی با عدد موج قطع 18، چون عدد موج نسبتا بزرگی برای اعمال پالایه در نظر گرفته شده پوش بسته موج های بدست آمده به پوش های حاصل از تبدیل هیلبرت یک بعدی نزدیکترند. مقایسه کمی این الگوریتم با تبدیل هیلبرت یک بعدی نیز نشان داد که مقادیر میانگین فصلی و میانگین فصلی- مداری اختلاف های این دو روش در بیشتر عرض های جغرافیایی برابر صفر است و در این حالت نیز ممکن است دو پوش مجزا برای یک بسته موج در عرض های جغرافیایی نزدیک به هم مشاهده شود. بنابراین مناسب ترین الگوریتم برای تعیین پوش بسته موج تبدیل دو بعدی با عدد موج قطع 12 است.
- Abstract
- Previous studies have shown that Rossby waves tend to be organized in the form of wave packets form, especially in the upper troposphere. It is easier to track the wave packets than the individual troughs and ridges. The most common way to analyze wave packets is to determine their envelopes. In this study, we consider three quantities, the 300 hPa meridional component of wind velocity, the vertical component of the relative vorticity, and the 500 hPa geopotential height, and derive the envelope of wave packets using algorithms of one-dimensional Hilbert transform, complex demodulation and Hilbert transform with meridional filtering. The data we use in this study are the gridded data from GFS that cover December 2004, January and February 2005. Two wave packets in two different cases are considered. We compare their envelopes as derived from each of the three algorithms. We also investigate cases where two separate envelopes at nearby latitudes appear using the one dimensional Hilbert transform. Comparison of the algorithms shows that the envelopes derived from complex demodulation are stronger than those derived from the one-dimensional Hilbert transform, because of the use of a single wave number in complex demodulation. This exhibits itself in positive values of the seasonal and latitudinal mean difference between the complex demodulation and the one-dimensional Hilbert transform. There are cases where using the complex demodulation and Hilbert transform algorithms two separate envelopes are derived near to each other that actually belong in one wave packet when use is made of the Hilbert transform with meridional filtering. With a cut-off wavenumber of 9 for meridional filtering, some of the details are lost because of the coarse filtering. If a large cut-off wavenumber greater than or equal to 18 is used for meridional filtering, the same problem as in the complex demodulation and the one- dimensional Hilbert transform may arise. Comparison of the envelopes derived from the Hilbert transform with meridional filtering and the one-dimensional Hilbert transform shows that the seasonal and latitudinal mean differences are very small in all latitudes, if a cut-off wavenumber of 12 is used for meridional filtering leading to the best algorithm for detecting the envelopes.
