基于支持向量机的雷暴潜势预报初探

根据2008—2010年夏季邵阳地区的NCEP全球再分析资料(分辨率为1°×1°)和闪电定位资料,利用支持向量机(SVM)分类方法建立该地区雷暴潜势预报模型,并用测试样本检验了该模型的预报能力,同时与Logistic回归模型和Bayes判别法的预报效果进行了比较。结果表明,SVM模型的预报准确率为86.21%,虚警率为15.25%,漏报率为13.79%。对比三种模型的TSS技术评分,发现使用SVM方法建立的模型对邵阳地区雷暴预报的效果最好,评分值为0.79。因此,SVM方法所建立的模型可以为邵阳地区6 h的雷暴潜势预报提供一定的参考价值。     

支持向量机在雷暴预报中的应用

论文利用2002--2006年AREM模式产品和常规观测报文资料,综合运用改进的K平均聚类和主成分分析等方法,基于MOS原理逐月建立了最小二乘支持向量机和线性规划支持向量机的单站雷暴释用预报模型,并针对海口站2007年58月进行了具体的预报。结果表明：支持向量机结合AREM模式产品进行雷暴的释用预报是合适、有效的,而且主成分分析对预报结果的提高也起到了积极的作用。     

神经网络在雷暴预报中的应用初步研究

尝试利用人工神经网络的方法对南京地区的雷暴天气进行预报。南京站的探空资料（每天08时和20时各一次）可以反映雷暴发生前大气层结的初始状态,而江苏省闪电定位网资料则可以作为预报量加以使用。利用探空资料计算了一些与雷暴发生相关的预报因子,用以建立南京地区雷暴的神经网络预报模型,并应用独立样本进行了初步的模拟预报检验。初步结果表明,预报模型取得了较令人满意的效果,应用神经网络的方法预报雷暴的发生是可行的。     

最小二乘支持向量机在云量预报中的应用

基于2003-2006年逐年1、8月WRF区域数值预报产品和单站观测资料,采用最小二乘支持向量机回归方法,结合选取合适的参数和核函数,分别按月通过不同长度样本序列建立了台北和厦门站总云量和低云量短期释用预报模型,利用2007年1、8月样本资料对模型进行了预报和检验,并与神经网络方法进行了对比.结果表明:最小二乘支持向量机回归方法的预报效果要好于神经网络方法;两站不同长度样本的总云量和低云量预报模型,预报效果较好,其预报准确率不会因为训练样本的减少而降低.可见,最小二乘支持向量机回归在云量等气象要素释用预报方面,具有较好的应用前景.     

南京地区闪电定位资料与探空资料的应用分析

利用江苏省闪电定位系统的观测资料,结合南京探空资料,分析了以南京探空站为中心的1°×1°的经纬度范围内,在两次探空放球时间段内所发生的闪电情况.分析表明,沙氏指数、700 hPa与1000 hPa假相当位温θse差、500 hPa与700 hPa假相当位温θse差、1000 hPa温度、500 hPa温度对南京地区闪电活动的实时预警有比较明显的作用,并定义了闪电概率指数,可用于预报0～30 min内闪电的发生概率.本研究对南京地区雷电实时监测与预警有参考价值.     

焦作市雷暴潜势预报及临近监测预警系统

在对焦作市雷暴气候特征分析的基础上,利用T213预报场资料,制作焦作市雷暴趋势预报;采取双判据修正K指数,提出焦作市雷暴稳定度界定指标,做雷暴潜势预报。对1984—2004年的历史资料,分别计算出30个物理量场,形成1°×1°格点资料开展雷暴强度等级判别;综合卫星、雷达、闪电定位仪资料,建立雷暴监测预警系统。该系统采用VB语言编程,根据每天08时、20时MICAPS资料自动完成天气分型、物理量计算、预报指标提取和预报方法的判别,输出预警结论,制作雷暴落区预报。在2005—2006年预报工作中取得较为满意的效果。     

南京市闪电定位资料的对比分析

为在雷电的监测预警预报服务中更好地应用江苏省组建的闪电定位系统,通过多种目测和多普勒雷达回波等信息,对2006年6-8月以南京小教场(118°48′E,32°00′N)为中心、半径10 km范围内的闪电定位资料的可信度和探测效率进行了检验分析,结果表明:江苏省气象局闪电定位系统所监测的闪电资料(地闪)是可信的,其漏测率在探测效率η的允许范围内,误测率约为9%,也在允许范围之内.江苏省电力公司的闪电定位系统所探测到的同时段同范围内的闪电资料(地闪)探测正确率大大低于江苏省气象局的监测系统.对江苏省电力公司闪电定位资料作适当修正后,其结果与气象局闪电定位系统资料有很好的一致性,实现了二套系统资料的信息共享、互补.     

利用双隐层BP网络进行雷暴潜势预报试验——以太原为例

利用太原地区探空资料,结合闪电定位资料,采用神经网络法对太原地区雷暴天气进行潜势预报.选取与雷暴发生相关性较好的探空因子作为预报因子,对其进行归一化处理,输出采用两级分类,构建双隐层的BP网络,并应用独立样本进行预报检验.结果表明,在相同条件下,与单隐层BP网络相比,双隐层BP网络显示了其在解决分类问题上的优势;与多元统计回归法相比,双隐层BP网络获得更高的雷暴预报TS评分及更可靠的结果,显示出神经网络良好的非线性问题处理能力.并且对雷暴预报结果的规律进行了分析与讨论,说明探空因子与雷暴的发生有着密切的联系.     

贵州省雷暴活动规律与雷电灾害特征相关性分析

通过对贵州省雷暴地面观测资料、贵州省闪电定位监测资料、雷电灾害统计资料整理,统计分析了贵州省雷电灾害的时空分布特征与雷暴活动规律,并利用最小二乘法将二者作相关性分析,发现二者具有很高的相关性.     

决策树方法在一次历史异常雷电活动中的预报能力检验

利用ncep1°×1°再分析资料和四川闪电定位仪监测网的监测资料,基于四川雷电潜势预报决策树的三类预报因子,针对2008年9月22～25日四川盆地西北部连续性雷电活动过程,重点分析了连续性雷电活动的环流背景和主要天气影响系统、热力结构特征、动力结构特征,检验了基于决策树方法筛选出的雷电潜势预报因子对连续性雷电活动的预报能力.结果表明：1）“9·23”连续性雷暴天气过程存在对流性雷暴以及副高和地面冷空气共同作用下形成的雷暴时段.雷暴区内始终存在着高能不稳定的热力条件,具有“对流层中低层正涡度、对流层高层负涡度”的典型雷暴动力结构.2）雷电潜势预报决策树的三大类预报因子能较好地预报本次雷电活动.     

电线积冰若干小气候特征的探讨

本文根据电线积冰形成的理论,利用我国迄今唯一专设的电线积冰观测站的资料,探讨了雨凇、雾凇和混合积冰的冰厚随距地高度的变化,风与电线交角和冰厚的关系,冰厚和电线直径的关系。     

三层模式背风波的理论研究

文中建立了一个背风波的三层理论模式 ;当三层Scorer参数在中层最大、高层次之、下层最小的情况下 ,利用该模式求得了背风波的理论波长及扰动的解析解 ,并对一个典型的个例计算了其背风波波长 ,并在此基础上分析了背风波波长对上、中、下三层Scorer参数变化的敏感性 ,结果表明波长对中层Scorer参数的变化比较敏感 ,对下层Scorer参数的大小和符号都不敏感 ,但在计算背风波波长时不能忽略下层的Scorer参数。     

基于FDTD的不同土壤类型及湿度对雷电电磁场传播影响的研究

为深入研究土壤类型和土壤湿度对雷电电磁场传播效应的影响, 首次将工程勘察领域研究得出的土壤湿度和电导率计算关系应用到雷电电磁场模拟计算中。基于Heidler雷电通道基电流函数模型和MTLL回击模型, 在Mur一阶边界条件下, 利用2D-FDTD计算粘土、粉土和砂土这三种具有代表性土壤在不同土壤湿度和观测距离下的雷电电磁场。研究结果表明: 相比于粉土和砂土, 雷电电磁场沿粘土地表传播过程中产生的水平电场更容易受土壤湿度的影响, 特别是土壤湿度较低时, 即土壤湿度从5%到6%变化过程中, 水平电场峰值的波动幅度达39.86%;当土壤类型为粘土时, 水平电场E_r、垂直电场E_z和磁场H_φ受土壤湿度影响等级为E_z > H_φ; 随着闪电电磁辐射传播距离和土壤湿度的增大, 场幅值减小, 波形的波头上升沿时间变慢。研究结果为准确评估和量化不同土壤类型和土壤湿度对雷电电磁场传播的影响以及优化闪电站网定位提供了重要的科学依据。      

气候变化对区域经济影响的投入-产出模型研究

利用经济学“投入-产出”分析方法的基本原理，结合气候变化对工业影响的统计模型、对 农业产量影响的计算机模拟系统，建立了气候变化对区域经济影响的投入-产出模型。研究 了当气候变化对工业、农业部门的生产和产品发生影响时，导致的对国民经济其他部门的拉 动需求量和各个部门间的投入-产出流量的变化，从而预测各个部门的国内生产总值和总产 出量，对２０１０，２０２０年的经济发展。综合分析 气候变化对各部门的影响，找出适应区域经济平衡发展的适应对策，为决策者 提供一些参考建议。     

土壤水分对冬小麦影响机制研究

文中通过试验系统地研究了冬小麦叶片气孔形态与土壤湿度的关系,结果表明:土壤干旱使气孔密度增加,上表皮的密度大于下表皮;气孔开张度随土壤湿度下降而变小;气孔导度与土壤湿度呈指数相关,随土壤含水量的下降呈指数减少。随土壤湿度的改变小麦的生理过程也发生改变,蒸腾速率随土壤湿度下降呈指数减小。并研究了土壤干旱对叶绿素超微结构的影响及与脯氨酸的关系。     

基于优化样本组合的集合-变分混合同化方案研究

为有效引入“流依赖”的背景场误差协方差,同时降低集合预报带来的计算量,尝试通过优选与同化时刻天气形势更相似的历史预报样本,并结合预报过程中的时间滞后样本,将两种样本引入集合-变分混合同化系统中,构建基于优选历史预报样本和时间滞后样本的集合-变分混合同化方案。单点观测理想试验表明,优选历史预报样本结合时间滞后样本,既能够缓解样本不足所导致的采样误差,又能够为同化系统提供“流依赖”的背景场误差协方差。连续一周的循环同化及预报试验结果显示,相较于ERA5资料和探空资料,三维变分方案整体表现稍差,样本组合混合同化方案分析场和预报场的均方根误差最小,且比仅用时间滞后样本的混合同化方案有所改进;降水评分整体也表现最优,尤其对中雨和暴雨的模拟改进较明显,较好地模拟出了强降水中心的强度和位置,且改善了降水过报的问题。      

大气环境层结对闪电活动影响的模拟研究

利用一个二维面对称雷暴云起电、放电模式,选取了北京地区3次雷暴过程的环境层结,计算并讨论了不同层结条件下雷暴中动力、微物理过程及其对起电、放电活动的影响。结果表明,上升速度和水汽条件是影响雷暴动力、微物理过程和闪电活动的最重要因子。上升速度的大小决定了雷暴发展到成熟的时间和雷暴的强弱,较强的上升气流有利于雷暴云在较短时间内达到较大的高度。而持续的上升气流和充足的水汽有利于雷暴的成熟期延长从而增强闪电活动。较强的上升速度和充足的水汽可以产生更多的对闪电起电、放电有直接影响的冰相物并能使其持续生成,从而形成较大的电荷浓度。较强的上升速度和不利的水汽条件也可以在某时形成较大的冰相物浓度,但冰相物难以持续生成。而较弱的上升速度和充足的水汽则容易形成暖云过程,对冰相物的生成也有不利影响。上升速度和水汽相互影响,又共同受到环境层结的支配。大气低层潮湿、中层湿度适中,较大的不稳定能量和一定量的对流抑制能量将有利于强闪电活动的发生。表现在大气不稳定参数的取值上,对流性稳定度指数的值小于-10℃(负值表示不稳定),对流有效位能值在1000 J/kg以上,对流抑制能量大于40 J/kg,700 hPa相当位温在340 K以上,700—400 hPa中层平均湿度在35%—85%,有利于强闪电活动的发生。     

ON THE EFFECT OF AMBIENT TURBULENCE ON THE BUOYANT PLUME RISE

Considering the effects of both entrainment and intensification of the exchanges of momentum and heat between plume and ambient air,we have derived the trajectory equation of buoyant plume under neutral conditions,and the final rise prediction formula theoretically without any hypotheses on the rise termination.Compared with the field experiments,the final rise formula simulates the observed final rise heights well.     

基于实验室模拟高压放电冲击力的研究

为了研究高压放电冲击波的特性, 通过对冲击波的理论分析, 基于自主设计的一套实验装置对实验室条件下模拟高压放电产生的冲击力大小进行了量化试验。利用2.6/50 μs冲击电流发生器模拟产生放电冲击波, 依次改变冲击电流的幅值及离放电球中心位置的距离, 测定水平方向的冲击力大小。实验结果表明: 在25~100 kA冲击电流下, 离放电球中心位置50 mm处水平方向的冲击力大小为1.6~3.3 N; 随着冲击电流的增加以及离放电球中心位置距离的减小, 水平方向的冲击力呈逐渐增加趋势。当离放电球中心位置的距离超过60 mm时, 冲击力的大小受距离的影响较小。所得结论为研究自然界闪电冲击波的特性提供了一定参考依据。      

基于ArcGIS的新疆雷电灾害风险区划研究

为了明确不同区县雷电灾害风险的高低程度、防御措施和减轻雷灾损失,利用地闪资料、雷电灾情数据、社会经济资料和地理信息数据,采取归一化法、层次分析法和加权综合评价法,考虑致灾因子的危险性、孕灾环境的敏感性和承灾体的易损性3个评价指标,选择地闪密度、地闪强度、海拔高度、地形起伏、地表覆盖类型、人口密度、地均GDP、生命损失指数、经济损失指数和耕地比重等10个影响因子建立雷电灾害区划模型,绘制出新疆雷电灾害风险区划图。结果表明:雷电灾害风险极高区主要集中在阿勒泰地区北部、塔城地区大部、博州、伊犁州、喀什市和天山北坡经济带南部部分地区,而古尔班通古特沙漠和塔克拉玛干沙漠地区属于一般风险区。通过与新疆历史雷电灾情数据比较发现,雷电灾情次数空间分布与风险区划分布趋势大致吻合。