基于多因子非线性叠套模型的雷电潜势预报

利用统计学原理和数学分析理论,建立以雷电为预报对象的多因子非线性叠套模型,试图从理论和实践两方面,避免统计学的线性假设和模式输出值物理意义不明确的统计预报问题。特别是针对雷电这种小概率事件的预报问题,通过统计分析建模,并对24 h雷电潜势预报结果检验,该模型预报效果较好,能够业务使用。     

利用物理量场做冰雹潜势预报

利用黑龙江省2000～2003年发生冰雹的测站≥3站的个例资料共35d进行了分析,找出发生冰雹天气的物理量预报指标,根据每日的实况物理量场做冰雹潜势预报,并结合实际业务工作需求,研发冰雹潜势预报系统,为制作冰雹潜势预报提供一种可行方法。     

四川省雷电潜势预报系统及其检验分析

四川省雷电潜势预报系统从2007年7月投入运行,在运行期间我们以2008—2011年的四川省闪电定位系统监测数据为检验样本,采用TS评分体系对预报的正确性进行了验证。验证结果表明,四川省雷电潜势预报系统在四川省具有较好的预报效果。同时,在验证过程中,对四川省雷电潜势预报系统不断进行改进,从而达到完善雷电潜势预报系统的目的。     

江苏省雷电活动潜势预报研究

利用江苏省3年的闪电资料和探空资料,首先分析了南京地区12个对流参数与闪电活动的关系,然后筛选出相关性较好的10个参数,运用熵值法、复相关系数法和组合权重法计算出这10个参数在闪电潜势预报概率方程中的权重,并分别用试验资料和独立资料对方程进行预报检验,得到了较高的预报评分。最后随机选取了江苏及周边地区连续两天的探空资料和地闪资料,用插值法生成了江苏地区未来12小时闪电潜势预报概率图,并与相应时段的闪电分布图进行了对比,研究发现预报效果显著,说明多参数复合加权得出的闪电潜势预报方程对未来12小时的闪电活动潜势预报有重要的现实意义。     

基于WRF模式的雷电潜势预报

用WRF模式对发生在南京市区的两次雷电过程进行了模拟,提取两次模拟过程在南京范围内的格点数据,分别做雷电潜势预报模型建模和检验两组样品。利用江苏省地闪定位资料作参考,选出49个对雷电单体形成有重要影响并且在两组样品中的平均值比较接近的强对流参数进行建模。利用建模样本对预报因子与变量进行多分类Logistic逐步回归统计分析,确定4个对流参数建立Logistic雷电预报模型,最终利用检验样品对预报模型的预报效果进行了检验。结果表明:WRF模式模拟出的强回波区域的形状和面积与实况的相似度较高,但与实况相比,整体向东北方向偏移。考虑此偏差后,建立的雷电预报模型的准确率达到67.32%,技巧评分达到0.466,具有较好的预报效果。WRF模式高时空分辨率的特点,使得其对雷电发生前的气象要素资料的获取更加精确,因此增加模式模拟的精确度,可进一步地提高利用WRF模式进行雷电预警的效果。     

决策树法在雷电潜势预报中的应用

利用2005年7～9月、2006年6—9月、2007年6月共8个月的闪电定位仪、常规探空以及T213,数值预报产品等资料作样本,应用决策树方法生成四川省未来12小时雷电潜势预报决策树,并通过雷电潜势预报决策树作四川省2007年8～9月雷电潜势预报。结果表明：该方法对雷电潜势预报效果较好。     

Logistic回归联合ROC曲线模型在雷电潜势预报中的应用

利用贵阳站2020年1—10月逐日探空资料和闪电监测资料,逐一选取72个物理量参数纳入单因素逻辑回归,筛选具有显著性统计学意义(P<0.001)的指标进入多因素逻辑回归模型,选取满足检验条件P<0.05的参数得到雷电潜势预报模型,通过Logistic回归联合ROC曲线模型开展雷电潜势预报研究。结果表明：(1)多因素逻辑回归模型预警效果优于单因素模型,预警准确度从75.4%提高到79.5%;(2)联合ROC曲线确定预报模型的概率阈值为0.611,雷电潜势预报的命中率POD为84.01%,虚假警报率FAR为26.05%,临界成功指数CSI为69.38%,准确率较高,雷电潜势预报具有较好的预报能力;(3)Logistic回归模型联合ROC曲线法在气象预测预报,特别是非线性预测中有一定的应用价值。     

郑州雷电发生的环境场特征及潜势预报

利用郑州站雷暴日观测资料,分析了郑州雷电活动的气候特征;使用2004—2006年郑州站探空资料计算了强天气威胁指数、最有利抬升指数等环境参数,分别探讨了单个环境参数和多个环境参数组合与郑州雷电天气之间的相关性。结果表明:(1)单个环境参数在一定的取值范围内与雷电活动具有相关性,但不能完全反映雷电活动特征;(2)多参数综合可在一定程度上反映雷电活动的特征,雷电活动出现的几率随着有利环境参数的个数增多而显著增大。应用多元线性回归方法建立了郑州雷电概率潜势预报方程,方程通过了α=0.05的显著性水平检验;采用郑州地区ADTD闪电监测资料对2008年6-8月业务试运行结果进行评估,雷电概率预报的TS评分达到63.6%。该方法的建立为郑州市雷电天气的预报提供了客观、定量的参考依据。     

基于WRF模式物理量参数的雷电潜势MOS预报方法研究

该文采用ADTA闪电定位仪资料和WRF模式输出资料,利用MOS方法开展雷电潜势预报研究。通过研究获取了对贵州地区雷电潜势影响较大的几个物理量因子,也利用这几个物理量因子建立了雷电潜势预报方程,通过检验此雷电潜势预报方程对贵州地区的雷电潜势预报有一定的参考作用。     

贵州省专业气象预报制作系统

贵州省专业预报制作系统主要由常规要素预报制作、生活指数预报制作、预报结果传送、服务单位预报产品显示等部分组成，界面直观、操作简便。系统的开发实现了预报服务自动化、无纸化作业，提高了预报服务工作效率，从投入业务应用至今，经过不断修改、完善，现已基本稳定运行，效果不错。     

苏南5市区雷暴预报方法的研究

对2001-2010年4-9月苏南5市区雷暴天气的对流参数进行了分析、研究.经过对对流参数箱线图统计、计算点双序列相关系数、值域多次分级试验和级间整合调整等优化处理后,最终选取大气可降水量、杰弗逊指数、肖沃特指数、全总指数、风暴强度指数、抬升凝结高度层温度、上下层温差共7个对流参数作为预报因子,建立苏南5市区雷暴的双级逻辑预报方程.利用预报方程,对2001-2009年4-9月的8230个样本进行拟合结果分析:临界成功指数的平均值为61.0％;对2010年4-9月的样本进行试报,苏南5市区7、8月份的临界成功指数分别为75.0％和66.7％,预报效果较好.     

粤港澳闪电定位系统对高建筑物雷电的探测

为了评估不同聚类算法对雷暴系统的识别效果,进一步提高雷电临近预报能力,本文采用地闪定位数据和雷达反射率数据,利用基于密度的空间聚类(Density-Based Spatial Clustering of Application with Noise,DBSCAN)、快速搜索和查找密度峰聚类(Clustering by Fast Search and Find of Density Peaks,CFSFDP)以及改进的快速搜索和查找密度峰聚类(Extended Clustering by Fast Search and Find of Density Peaks,E_CFSFDP)三种聚类算法,对2018年9月21日19∶15—20∶57(北京时)发生在(114°—117°E、27°—30°N)区域的一次雷暴过程进行了聚类识别计算,探讨了三类聚类算法在雷暴系统识别中的差异。结果表明：(1) DBSCAN算法在地闪数据分布清晰且不同数据簇之间有显著距离间隔时,分类识别的准确率较高;当各个闪电数据簇的簇间距离或密度相差很大时,分类识别的准确率较低;(2) 地闪数据“无密度峰值”分布时CFSFDP算法会分裂出错误类,每个闪电数据簇仅具备唯一的密度峰值点是CFSFDP算法识别准确的前提条件;(3) E_CFSFDP算法解决了CFSFDP算法的“无密度峰值”问题,受地闪数据分布影响较小,因此基于E_CFSFDP算法的雷暴系统识别准确率明显高于DBSCAN和CFSFDP算法。

     

Global NOx Production by Lightning

Lightning is thought to represent an important source of tropospheric reactive nitrogen species NO_x (NO + NO₂),but estimates of global production of NO_x by lightning varyconsiderably. We evaluate the production of NO_x by lightning using a global chemical/transport model, satellite lightning observations, and airborne NO_x measurements. Various model calculations are conducted toassess the global NO_x production rate of lightning by comparing the model calculations with airborne measurements. The results show that the simulated NO_x in the tropical middle and upper troposphere are very sensitiveto the amount and altitude of the lightning NO_x used in the model. A global lightning NO_x production of 7 Tg N yr^–1uniformly distributed in convective clouds or 3.5 Tg N yr^–1 distributedin the upper cloud regions produces good agreement between calculated and measured NO_x concentrations in the tropics.     

卫星观测到的青藏高原雷电活动特征

利用TRMM卫星上携带的闪电探测系统获取的闪电定位资料首次对青藏高原上的闪电活动进行了研究。研究发现,青藏高原上的闪电活动呈现出大陆性气候特征,但是受其特殊地形的热力和动力特征所调制,高于93％的闪电活动发生于5—9月之间,并在夏季出现单一闪电活动峰值。随着地表加热和湿度的增加,闪电活动在5月份开始明显增加。较高的闪电密度发生在高原的中部,揭示了闪电活动与地形特征的相关性。63％的闪电活动发生于14：00—18：00(地方时,下同)之间,而只有＜3％的闪电发生于00：00—l0：00之间。闪电光辐射能的时平均值也呈现出明显的日变化,随着太阳的升起,闪电光辐射能在08：00开始增加,并在l0：00达到稳定的极大值,直到02：00开始明显减小。闪电的光辐射能在高原北部呈现最大值,高原西部呈现最小值。青藏高原上的闪电放电强度比其它地区弱得多,其差别归因于高原上较低的对流不稳定能量。     

卫星观测的我国近海海域闪电分布特征

利用星载闪电探测仪OTD（optical transient detecter）和LIS(lightning imaging sensor)所获取的1995年6月—2006年4月的卫星闪电资料,结合NOAA Optimum Interpolation SST 海温资料,分析我国近海海域的闪电分布时空特征以及闪电活动与该海域海温之间的相关性。结果表明：我国近海闪电密度平均值为3.39 fl·km-2·a-1,其中,南海和渤海的闪电活动相对频繁,随着与海岸线间距离以及纬度的增加,该海域闪电密度逐渐下降;在春季和冬季,黑潮主干海域的海温值相对较高,该处闪电活动也明显强于同纬度的东海近海和太平洋海域,表明黑潮海域是强闪电活动区;在季节变化上,我国近海海域闪电活动与同海域海温呈明显正相关,相关系数达0.797,闪电活动与海温变化体现出了一致的变化趋势;而在年际变化上,我国近海海域闪电活动与该海域海温的线性相关不显著,说明我国近海海域海温的年际变化并不是引起该海域闪电活动年际变化的主要原因。     

江西省雷电监测定位系统探测数据分析

利用2004～2007年江西省雷电监测定位系统获取的雷电数据资料,分析了江西省雷电强度、陡度的分布特征、相关关系,结合《建筑物防雷设计规范》（50057—94）中部分雷电参量和安全距离计算公式,对雷电数据进行讨论。分析表明,以地闪实测数据计算的雷击大地的年平均密度与以雷暴日计算雷击大地的年平均密度相差较大。     

二阶位涡在暴雨预报中的应用

提出并推导二阶位涡物理量,并利用美国NCEP/NCAR 0.5°×0.5°GFS的24 h预报资料,计算了东北冷涡暴雨、锋面暴雨、低槽暴雨、台风暴雨等类型暴雨500—850 h Pa二阶位涡绝对值的垂直积分,与相对应时刻的24 h累积地面观测降水量进行对比。结果表明：二阶位涡的水平分布与暴雨落区有较好的对应关系,其对观测降水具有指示预测作用。2013年6—8月华南地区（20°—35°N,105°—125°E）24 h预报的6 h累计降水量大于10 mm的ETS评分表明,二阶位涡预报降水的平均ETS评分高于美国GFS预报降水的平均ETS评分,其对降水有较好的指示作用。     

逐步消空法在上海雷电潜势预报中的应用

利用上海地区1999--2007年的探空资料、地面观测资料和历史天气图资料,从雷暴发生的形势场入手,分析上海地区雷暴主要类型.选取合理、适当的对流参数对于短时局地强雷雨天气的潜势预测、强度判别是有指示意义的.利用天气型、K指数、沙氏指数以及对流有效位能作为预报因子,采用逐步消空法找出雷暴识别指标集合,变小概率事件为条件概率下的大概率事件,进而提高雷电潜势预报准确率.