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。     

人工增雨作业前后不同高度雷达回波分析

选取山东省人工增雨随机试验区2016年6月23日火箭增雨作业个例,在作业层水平1 km×1 km和垂直100 m网格内,利用跟踪作业云和对比云的方法,对比分析作业前后作业云和对比云区不同层次多普勒雷达反射率因子谱分布和垂直液态含水量(VIL)变化。结果表明:作业后作业云的基本反射率观测像元总数逐渐增加,最大值出现在作业后约22 min。催化对强度较小的雷达回波先起作用,对作业层内VIL的影响随高度增加而减小。     

大气波导特征分析及其对电磁波传播的影响

文中在介绍大气折射的基本类型及其存在条件的基础上 ,阐述了三种类型的大气波导的形成机制 ,总结并分析了大气波导的几个主要特征 ,并用西北太平洋云辐射实验的实测资料和西沙海域的气象资料进行了验证 ,同时试验了蒸发波导高度对大气湿度、气海温差、水平风速变化的敏感性 .在分析大气波导对电磁波传播的影响时 ,推导了可形成波导传播的电磁波最大陷获波长和临界发射仰角 ,提出了电磁波形成波导传播的 4个必要条件 ,并讨论了大气波导对超短波传播、雷达探测、短波通信等方面的影响 .     

Parsivel激光降水粒子谱仪及其在气象领域的应用

降水粒子特性是大气运动和云内微物理过程的综合结果，在云降水物理及人工影响天气领域有着重要的意义。传统的测量方法不适合对大量数据分析寻找规律，德国OTT公司的Parsivel固激光降水粒子谱测量系统可以较好解决自动测量难题。该仪器是以激光测量为基础的粒子测量传感器，采用平行激光束和光电管阵列结合，当有降水粒子穿越采样空间时，自动记录遮挡物的宽度，通过穿越时间计算降水粒子的尺度和速度，根据各种参数的综合信息对降水粒子进行分类，并能够以数字形式显示瞬时降水强度、降水粒子总数、累积降水量、降水时的能见度和雷达反射因子，以图形方式显示降水粒子尺度谱、速度谱、降水粒子分类且自动生成天气现象代码，实现天气现象的自动识别。 激光降水粒子谱仪主要用于气象水文观测。在雷达气象学领域可用于Z／R关系的拟合修正，比传统的用雨量筒观测数据拟合效果好得多；由降水粒子谱仪测量雨滴的降落速度，可以对天气雷达垂直向上测量的粒子径向速度谱进行校正。 人工影响天气的效果检验一直是一个难题，自然降水粒子谱分布形式与人工催化以后的降水粒子谱型理论上应当具有较大的差别，人工增雨作业降水滴谱变化物理响应和降水强度时间变化响应都有明显的区别。如果能够实时检测到这些差别，就能够充分说明人工催化的有效性。未来如果能够进行联网观测记录区域性降水、降雹，就有充分证据表明人影作业的有效性，在定量化作业效果评估以及灾害损失评估等方面应用潜力巨大。 利用该仪器已经对一年的自然降水过程进行了连续观测，并将所获得的降水粒子谱、雨滴浓度值随时间变化状况与卫星反演的云顶有效粒子半径时间变化趋势进行了对比，发现有较好的一致性。     

中国气象科学研究院人工影响天气研究进展回顾

中国气象科学研究院人工影响天气研究, 在过去的40多年中, 围绕人工增雨技术与外场试验、雹云物理与人工防雹、雾结构观测与人工消雾、云的宏观结构与云图、云降水模式与数值模拟、云物理室内实验与催化剂及催化技术等方面开展了大量的研究工作, 取得了丰硕的研究成果, 很多研究成果在我国人工影响天气业务实践中已经得到广泛的应用, 发挥了实际效益。     

人工影响天气高炮（火箭）作业空域自动化申报系统

为解决高炮(火箭)人工影响天气电话申报空域存在的时效性差、人力劳动量大和易出现失误等问题,研究开发了河南省人工影响天气高炮(火箭)作业空域自动化申报系统。该系统充分利用气象基本业务通讯网络,以数据库为核心,采用客户机/服务器(Client/Server)模式,实现了用计算机处理作业空域申报和批复等实时信息,并具有自动保存作业空域申报和批复信息以及保存作业点的作业信息和作业效果信息等功能。该系统还具有根据天气形势,对适合人工影响天气的作业点进行预警,并优先进行空域申报的功能。文中还对该系统的设计思路进行了拓展,提出了利用该系统实时信息交互功能设计全新模式的高炮(火箭)人工影响天气业务技术系统的思路。     

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。     

Parsivel(R)激光降水粒子谱仪及其在气象领域的应用

降水粒子特性是大气运动和云内微物理过程的综合结果,在云降水物理及人工影响天气领域有着重要的意义.传统的测量方法不适合对大量数据分析寻找规律,德国OTT公司的Parsivel(R)激光降水粒子谱测量系统可以较好解决自动测量难题.该仪器是以激光测量为基础的粒子测量传感器,采用平行激光束和光电管阵列结合,当有降水粒子穿越采样空间时,自动记录遮挡物的宽度,通过穿越时间计算降水粒子的尺度和速度,根据各种参数的综合信息对降水粒子进行分类,并能够以数字形式显示瞬时降水强度、降水粒子总数、累积降水量、降水时的能见度和雷达反射因子,以图形方式显示降水粒子尺度谱、速度谱、降水粒子分类且自动生成天气现象代码,实现天气现象的自动识别.激光降水粒子谱仪主要用于气象水文观测.在雷达气象学领域可用于Z/R关系的拟合修正,比传统的用雨量筒观测数据拟合效果好得多;由降水粒子谱仪测量雨滴的降落速度,可以对天气雷达垂直向上测量的粒子径向速度谱进行校正.人工影响天气的效果检验一直是一个难题,自然降水粒子谱分布形式与人工催化以后的降水粒子谱型理论上应当具有较大的差别,人工增雨作业降水滴谱变化物理响应和降水强度时间变化响应都有明显的区别.如果能够实时检测到这些差别,就能够充分说明人工催化的有效性.未来如果能够进行联网观测记录区域性降水、降雹,就有充分证据表明人影作业的有效性,在定量化作业效果评估以及灾害损失评估等方面应用潜力巨大.利用该仪器已经对一年的自然降水过程进行了连续观测,并将所获得的降水粒子谱、雨滴浓度值随时间变化状况与卫星反演的云顶有效粒子半径时间变化趋势进行了对比,发现有较好的一致性.     

山东夏季两次极端雨强暴雨的滴谱特征研究

利用Thies激光雨滴谱仪观测的两次极端雨强暴雨的雨滴谱资料，结合CINRADA/SA多普勒雷达观测资料，分析了极端雨强对流降水雨滴谱和积分参数特征、以及地面雨滴谱的形成机制，主要结论为：(1)两次过程都是受副热带高压外围西南气流与西风槽共同影响，具有高温高湿的特点，有利于强降水的产生。(2)强对流降水(雨强R>20 mm h^-1)雨滴谱参数lg N_w、D₀与雨强R关系显示，2015年8月3日参数D₀随着R增大很快增大，线性拟合线的斜率较大，lg N_w随着R增大逐渐减小，线性拟合线的斜率为负值；2017年7月26日D₀和lg N_w与R都是正相关，但D₀和lg N_w随着R增大较缓慢地增大，线性拟合线的斜率较小。强对流降水雨滴浓度NT与雨强R之间的关系可以用幂函数拟合，8月3日有较大系数和较小指数，7月26日有较小系数和较大指数。(3)不同雨强的对流降水平均雨滴谱分布显示，8月3日随着雨强...