六盘山地区空中水资源特征及水凝物降水效率研究

为了利用人工增雨技术合理开发六盘山地区空中水资源,首先需要了解该地区水汽场、地形对当地降水的影响和空中水资源的特征及典型降水过程中云系的降水效率。本文采用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)发布的高时空分辨率ERA5再分析数据集和中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据,通过统计分析研究了该地区水汽的输送、地形强迫作用下的辐合抬升状况和地形云参量特征,并分别利用WRF模式数值模拟的输出结果和ERA5再分析数据,估算2016~2017年夏季自西向东移经该山区的多次混合降水云系的水凝物降水效率。研究结果表明:位于西北地区东部的六盘山地区具有较为丰沛的大气可降水量和更强的水汽输送。受亚洲季风影响,夏季偏南风向六盘山地区输送了丰沛的水汽,山区成为相对湿度高值区;春、夏、秋季午后山区云量(CF)达70%及以上,夏季云水路径(CWP)和云光学厚度(COT)均明显大于周边地区。在夏季降水过程中,地形引起的动力场对降水有明显的影响,在日降水量5 mm以上强度的过程中,气流遇迎风坡地形产生明显辐合抬升,且辐合抬升越强时降水强度越大。夏季典型降水系统中,山区水凝物降水效率平均约为48.1%,空中还有较大部分的水凝物未能成为降水。因此作为水源涵养地的六盘山地区夏季空中水资源相对丰富而降水量不足,空中水资源具有一定开发空间。     

六盘山地区一次低槽低涡云系结构及其降水机制的数值模拟研究

六盘山是西北重要的水源涵养林基地,干旱少雨制约了该地区农业和经济发展。作为该地区人工增雨技术研究的基础,本文利用WRF模式对2018年8月21日发生在宁夏南部六盘山区的一次降水天气过程进行了数值模拟。根据模拟结果结合实测资料,分析了造成此次强降水过程的有利环流形势场,重点讨论了山区降水云系的微物理结构以及降水形成机制。结果表明:降水是在高空槽配合低涡的动力场作用下形成的,受六盘山地形的阻挡作用,低层低涡系统移速落后于高空槽;垂直方向上云系呈现“催化—供给”的分层结构,但在云系不同部位,各层水凝物配置不同,导致冷暖云过程对降水的贡献差异;六盘山东部迎风坡降水强于西坡。霰粒子融化和云水碰并是地面降水的主要来源;碰冻过冷雨水是霰增长的主要过程。迎风坡云水层深厚,含水量高,一方面促进过冷层中霰粒子的碰冻增长过程,一方面为雨滴碰并增长提供充沛的云水条件,即同时增强了冷暖云降水过程。地形对云的发展和降水的形成有明显影响,当降低地形高度后,云水量减少,暖云过程减弱,同时也影响了霰粒子的增长过程。     

基于纹理增强的数字航片村镇建筑物信息提取

基于建筑物细部边缘信息在数字航片上的精细纹理表达,首先对原始影像进行边缘检测、主成分分析和基于二阶概率统计的纹理滤波等预处理,然后选择用7像元×7像元的窗口锐化得到Contrast纹理特征的灰度图;采用Contrast灰度图(R)、原始航片(G)、原始航片(B)的波段组合进行假彩色合成,得到基于对比度纹理的假彩色合成影像;最后对假彩色合成影像进行多尺度分割和建筑物提取。以北京市延庆县康庄镇2008年12月数字航摄影像为例,运用上述方法进行村镇建筑物信息提取。结果表明,与运用面向对象的分类方法相比,利用纹理增强提取村镇建筑物信息的方法突出了建筑物边缘,减少了冗余分割对象,解决了建筑物与其阴影相混淆不利于建筑物信息提取的问题;并对特征空间进行优化,避免了模糊分类时纹理特征规则运算缓慢的问题,较完整地提取出了村镇建筑物信息,提高了分类精度。     

基于不同插值方法的PM1污染物浓度研究

随着GIS和计算机技术的不断发展,窄间数据插值应用越来越广,本文基于PM1污染物浓度数据,阐述了反距离加权插值法（IDW）,普通克里格插值法（Kriging）和样条函数插值（SPLINE）三种空间插值方法的数学含义,并指山了各自的特点。在IDW插值图像中,在权重不同的情况下,变化比较大的地方出现在采样点属性值变化剧烈和频繁的区域。SPLINE（规则样条）是基于生成具有连续的二阶导数和最小平方曲率的插值方法。Kriging比其他二种方法灵活,参数限制更多。但不管用哪一种插值方法,空间插值不能代替观测数据,在有一定数量的观测数据的基础上,插值结果才会更逼近真实值。     

随机森林算法在人工增雨效果统计检验中的应用研究

评估人工影响天气的效果通常需通过一定的方法近似求出未作业时的降水量,传统的人工影响天气效果的统计检验方法以线性回归为主,这种方法能够较好地建立目标区和对比区的历史回归方程。但实际上,降水量受多种因素影响,通过历史回归方法无法解决降水量非线性的问题。为解决降水估算中存在的非线性问题,提高降水量估算精度,引入了当下流行的机器学习算法——随机森林算法。使用优选出的多个与降水量相关的预报因子,分别构建了月、日降水估算模型,然后利用江西省南昌市1961-2010年降水数据及环流指数数据,并结合2012-2014年南昌市地面增雨作业信息,验证所建模型估算降水的可行性和人工增雨作业效果统计检验的适用性。结果表明,随机森林模型估算精度较高、泛化能力强,能较准确地估算月、日降水量,对于稳定性降水的估算准确率达90%;但随机森林模型对汛期的月降水量和强对流天气影响下的日降水量估算结果较观测值偏低,有待进一步订正和研究。总体来说,随机森林模型具有精度高、稳定性好、收敛快、不用进行数据预处理、参数少、操作便捷等特性,在综合性能上具有一定优势和可推广性。     

基于ArcScene的三维可视化系统设计与实现

提出了采用ArcGIS 3D模块-ArcScene实现三维模型的建立及可视化的方法,通过AO二次开发实现了数据操作、三维显示等功能,建立了基于ArcScene的三维可视化系统。并以湿地区域为例,进行演示验证。结果表明,该系统能取得较好的湿地三维显示效果,对于湿地保护和管理等都有着重要的意义。     

1961～2015年中国地区冰雹持续时间的时空分布特征及影响因子研究

本文利用1961～2015年（55年）中国地区577个地面观测站的冰雹资料,应用统计学方法,分析了冰雹持续时间的空间分布、年际变化以及日变化特征,包括站点降雹累积持续时间、平均单次降雹持续时间、区域平均单次降雹持续时间、小时降雹累积持续时间和总降雹累积持续时间。结果表明:（1）1961～2015年中国地区站点降雹累积持续时间与海拔高度呈现较高的正相关关系,相关系数高达0.99。站点降雹累积持续时间的最大值出现在青藏高原地区,累积持续时间高达250分钟,其次为内蒙古中部以及东北部的山区地带,累积持续时间约为150分钟。（2）1961～2015年平均单次降雹持续时间呈现上升趋势,55年冰雹累积持续时间大约增长1分钟,且通过了95%信度水平的显著性检验。（3）西北地区、北部平原地区和东南地区在1961～1980年期间,区域平均单次降雹持续时间都有显著的下降趋势,而在1970～2015年期间西北地区和青藏高原地区呈现显著的上升趋势。1961～1980年期间区域平均单次降雹持续时间在西北地区的长期趋势变化主要受到日最低气温以及温度日较差长期年际变化的影响,在北部平原地区仅与温度日较差相关,而在东南地区与三个对流参数都有较好的相关性;1970～2015年和1961～2015年期间西北地区和青藏高原地区的区域平均单次降雹持续时间的上升趋势分别与这两个区域的区域平均日最高气温、日最低气温呈正相关。（4）单次降雹持续时间的日变化明显,午后至夜间出现的冰雹持续时间长于凌晨和上午的冰雹持续时间,持续时间峰值出现在当地时间17时和18时。本文还利用探空资料分析了对流有效势能和Totals-totals指数与冰雹持续时间的关系,结果表明中国地区20时（北京时）的对流有效势能和Totals-totals指数可能是冰雹持续时间日变化的影响因子之一。