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Hao, L. Q., Z. W. Xie, Y. F. Gong, and J. F. Yin, 2024: Identifying Three Shapes of Potential Vorticity Streamers Using Mask R-CNN. Adv. Atmos. Sci., https://doi.org/10.1007/s00376-024-3266-z
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http://www.iapjournals.ac.cn/aas/en/article/doi/10.1007/s00376-024-3266-z
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基于Mask R-CNN识别三种不同形态的位涡条带
位涡条带是高位涡向南侵入所形成的狭长带状结构，通常表现出三种不同的形状，分别是东北–西南倾斜的普通条状、钩状和音符状位。位涡条带频繁出现于中高纬度干旱半干旱的中亚地区，对天气产生重要的影响。本文利用 Mask R-CNN 对 2000–2004年暖季（5–9月）动力对流层顶的位涡条带进行训练，以训练出一个可识别不同形状位涡条带的权重模型。该模型能有效地区分三种不同形态的位涡条带。通过对2000–2021年中亚地区三种不同位涡条带的合成分析发现：从普通位涡条带到音符状位涡条带，其环流逐渐加深，并呈现出越来越明显的南北反转特征。音符状位涡条带具有位涡塔和明显的切断低压，其相关的上升运动和降水主要集中在位涡塔以东约1200公里的范围内。虽然钩状位涡条带与较弱的切断低压相关联，但其相关上升运动和降水的范围几乎是音符状位涡条带的两倍。相比之下，普通位涡条带主要与对流层顶Rossby波破碎有关，其环流较为浅薄，导致的上升运动和降水主要分布在其以东500公里处。
关键词：Rossby波破碎, 位涡条带, Mask R-CNN, 中亚地区, 对流层顶
图. 2-PVU 面的位温（等值线，单位：K）及其异常（填色）和水平风场异常（箭头：m s-1）合成场，（a）–（c）分别为普通、钩状和音符状位涡条带，打点为合成异常在95%置信度，红色五角星位涡条带中心。 （d）–（f）和（g）–（i）同（a）–（c），但分别为500 hPa和850 hPa 位势高度（等值线，单位：gpm）及其异常（填色）合成场。
创新点
位涡条带通常可见三种形状，但难以用算法区分他们，多是将他们作为一类研究。本文利用Mask R-CNN训练了一个可识别不同形状位涡条带的权重模型，该模型能够有效地识别出普通、钩状和音符状位涡条带。基于此，本文给出了三种位涡条带相联系的环流和降水分布特征，指出了钩状位涡条带可引起强烈和广泛的上升运动和水汽输送，从而导致最为强烈和广泛的降水。
延伸阅读：
谈哲敏：AI在大气与海洋科学中的应用—引领未来
AAS AI专刊——Part1阅读:
Special Issue on "AI Applications in Atmospheric and Oceanic Science: Pioneering the Future"
http://www.iapjournals.ac.cn/aas/en/article/2024/7
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《大气科学进展(英)》(Advances in Atmospheric Sciences，简称AAS)——中国大气科学领域学术水平最高的英文期刊之一，1984年创刊，1999年被SCI收录。最新影响因子6.5，JCR分区表一区。
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