基于机器学习和单站地面气象要素的雷电临近预警方法

为减少雷电灾害造成的人身伤亡和经济损失,提出了一种基于机器学习和单站地面气象要素的雷电临近预警方法.在重庆市选择了 8个自动气象站,使用温、压、湿、风4种单站地面气象要素与ADTD地闪定位资料,通过对特征工程、重采样、交叉验证等机器学习技术的组合应用,构建了基于ADASYN-ET模型的雷电临近预警方法,能够对气象站周边...     

基于雷达跟踪外推及Google Maps的强对流天气临近预报

以银川新一代天气雷达资料为核心,利用交叉相关外推算法,在本地化质量控制的基础上,实现对宁夏中北部地区0～1 h强对流天气的跟踪外推预报.建立了基于网站和高分辨率Google Maps地理信息,综合显示雷达、卫星云图、闪电定位仪等多源气象资料及其导出、预报产品的宁夏临近预报业务系统.为预报人员根据不同的地形条件、人口及工...     

一次强风暴天气闪电定位资料与雷达资料的综合分析

根据2003年6月19日河南一次强风暴天气的闪电定位资料和714CD雷达资料,利用统计和对比分析的方法,发现了闪电活动与雷达强度回波之间存在如下关系：闪电发生频数、强度和雷达回波强度在时间序列上有较好的一致性;在雷达回波发展的不同阶段,闪电发生的位置与雷达强回波位置有时相同,有时偏离,有时甚至无闪电发生;雷达回波速度场分析表明：在低层存在不利于对流发展的环境风场特征时,雷达降水回波在向测站移动的过程中趋于消散,闪电频数也随着减少;在降水回波速度辐合区,对应闪电活动频繁,这对于雷暴天气闪电短时预警工作有一定的参考价值。     

强对流天气短时临近预报业务技术进展与挑战

强对流天气短时临近预报业务是国家防灾减灾、重大社会活动和精细化天气预报的迫切需要。虽然我国强对流天气短时临近预报业务已经取得了巨大进展,但与国外先进水平相比还有不少差距。本文总结了近年国内外强对流天气短时临近预报业务现状、技术进展、目前国内的技术支撑状况和所面临的挑战,并提出了相应的应对措施。目前强对流天气短时临近预报技术仍然主要是外推预报技术、数值预报技术和概念模型预报技术等,但快速更新循环的高时空分辨率数值模式预报和新一代静止气象卫星资料将在强对流天气短时临近预报中发挥重要作用。强对流天气监测、分析和机理研究是强对流天气短时临近预报的重要基础;先进的外推预报方法同快速更新循环的高时空分辨率数值模式预报以及二者的融合是未来强对流天气短时临近预报的重要发展方向。     

基于FY-4A卫星和随机森林算法的西藏山南市雷电短临预报方法

针对青藏高原地区雷电短临预报缺乏雷达资料的问题,采用FY-4A卫星多通道数据、欧洲中心第5代再分析资料(ERA5)中的对流指数、闪电定位仪资料等多源监测数据,根据雷电的发生、发展机理,提出了18个关键预报因子,利用随机森林算法建立了适用于西藏山南地区的雷电短临预报模型。统计分析各预报因子在有无雷电天气样本中的概率密度分布与随机森林模型得到的特征重要度指标,结果表明提出的预报因子物理意义明确,建立的模型可信度较高。利用随机森林算法分别对未来10 min、20 min、30 min建立雷电预报模型,并与光流外推预报方法进行对比检验,结果表明：随机森林模型预报效果命中率(POD)、临界成功指数(CSI)均高于光流法,空报率(FAR)也相对较低;未来20 min的随机森林预报模型CSI评分最高,整体预报效果最佳。     

雷达资料与中尺度数值预报的融合方法研究及其在临近预报中的应用

通过融合多普勒天气雷达资料与中尺度数值预报产品,发展了一种便于临近预报业务使用的方法。该方法首先通过相关分析计算当前相同时刻雷达估测降水与中尺度数值预报的反射率因子估测降水之间的位置偏差,导出一个位移偏差矢量场;然后,利用人机交互的方式对矢量场进行分区,并对各分区的矢量场进行平滑处理,计算出各分区的平均位移偏差矢量;最后,采用最小二乘法对各分区连续多次的平均位移偏差矢量进行线性拟合,得到各分区平均位移偏差矢量随时间的变化特征,订正未来时段相应区域的数值预报反射率因子估测降水的位置偏差。利用该方法对2012和2013年夏季发生在重庆西部、四川东部的3次强降水天气过程进行临近预报试验并对预报结果进行了检验,结果表明:对0~2 h的临近预报,融合预报效果总体上优于模式预报效果;另外,与雷达外推定量降水预报相比,0~1 h雷达外推预报效果优于融合预报效果,1~2 h融合预报效果优于雷达外推预报效果。     

提高新一代天气雷达在临近预报中准确率的分析

文章应用新一代天气雷达资料,并结合天气图、T-logp图等资料,对发生于2011年6月13日内蒙古西部巴彦淖尔市东部地区的一次局地强对流天气过程进行了分析。通过分析雷达冰雹概率、垂直累积含水量、回波顶高、风暴追踪信息等产品以及自动站天气实况等发现,用于短时临近预报的雷达冰雹概率及风暴追踪信息产品在该次强对流天气过程中与天气实况并不能很好地符合。其原因:一方面与雷达对风暴的跟踪和SCIT算法有关,另一方面表明天气背景以及短时强对流天气所具有局地性特点在短时临近预报中未能充分考虑。通过该个例的分析,对于业务人员认识本地区的强对流天气发生特点并提高预报准确率具有重要意义。     

一种卫星和雷达资料结合的强降水临近预报方法

在短期和短时天气预报的基础上，通过对气象卫星红外数字资料的定量处理和统计分析，作出降水云系的实时降雨量估计，并根据降水云系生命史的演变和移动、传播等特征，结合天气系统分型和雷达回波资料，提出一种北京密云水库上游潮河，白河流域区域性０－３小时强降水临近预报方法。     

2022年春季湖北一次强对流天气过程雷达卫星闪电观测特征分析

利用卫星、雷达、闪电和NCEP再分析资料等,以湖北省2022年3月16日一次大范围强对流过程为研究个例,对西南涡移动过程中两个不同位置对流系统的观测特征进行了分析。结果表明:槽前西南涡东移是本次强对流的主要影响系统,东部的风雹天气主要出现在低涡及暖式切变线顶部,南部对流则是由低涡南部冷式切变线诱发。本个例中对流发展初期云顶亮温TBB逐渐下降到220 K以下,未来1 h TBB变率局部最大可达-30℃,大部分闪电紧贴着TBB≤220 K积云右侧和TBB变率大值区中心及边缘,对流系统右侧的闪电对于对流系统的发展移动有较好的指示意义;成熟期TBB≤210 K的积云面积达到最大,未来1 h TBB变率减小,密集闪电分布在积云云团中部且随着TBB低值区移动。雷达观测反射率因子垂直剖面呈右倾结构,对流发展阶段的右倾特征更为明显,闪电位于对流系统右前侧,和≥45 dBz的强回波基本吻合;≥45 dBz、≥50 dBz组合反射率面积,≥10 km、≥12 km回波顶高面积与对流发展演变呈正相关,正、负地闪峰值出现较风雹有0~18 min的时间提前量,负地闪的首次峰值对风雹的提前量可达18 min。     

基于雷电临近预警技术的主动防雷应用

为了使雷电临近预警技术在雷电灾害防御业务中更好地发挥作用,针对电子系统的雷电灾害特点,在传统被动防雷技术基础上,提出基于雷电临近预警的主动防雷技术,应用雷电临近预警和远程控制等技术,开发以B/S结构为架构的雷电临近预警应用系统。对2013年8月—2014年8月福建省泉州市4个无线电监测站的主动防雷应用效果进行两种方法的预警效果检验。检验结果表明:主动防雷技术是对被动防雷技术的一个较好的完善和补充。采用闪电数量对比分析,4个监测站的有效预警率为69%,采用预报评分方法对比分析,4个监测站的平均准确率为53%,对雷电活动发生较为集中的区域预警效果较好,对雷电活动发生较为零散的区域预警效果有所降低。     

一次龙卷过程的多普勒天气雷达和闪电定位资料分析

利用WSR-98D多普勒天气雷达和闪电定位资料分析了2003年7月8日发生在安徽省无为县境内的一次龙卷过程。此次龙卷产生于低空急流左侧，动力、热力条件均为较有利的大尺度环境，多普勒雷达回波分析发现，龙卷起源于中高层向低层发展的中-γ尺度气旋中。闪电定位资料分析表明，龙卷发生前10min闪电活动开始频繁。龙卷出现后负地闪明显加大，且龙卷闪电存在于雷暴的发展后期、成熟和消亡阶段。此次龙卷的一些基本特征与通常结论有所不同，(1)雷达反射率因子小于通常结论；(2)龙卷风暴发展高度不是很高，回波顶高仅6～9km，类似于普通雷暴；(3)闪电活动中以负地闪为主，正地闪较少，并未出现正地闪一度占主导地位的现象。     

《新一代天气雷达灾害性天气警报和临近预报系统》应用

主要介绍河南省气象台2007年引进中国气象科学研究院研制的<新一代天气雷达灾害性天气警报和临近预报系统>的结构和产品,本地化参数设置和资料传输处理,以及在2007年汛期的业务使用情况.该系统充分利用新一代天气雷达基数据,除了可以显示常用产品外,还生成"逆风区识别"、"中气旋识别"、"暴雨回波识别"、"飑线识别"、"风暴识别"、"强冰雹识别"以及1到3小时"降水临近预报"、"回波外推预报"和"雷达雨量计联合估测降水"、"定量估测降水集成"等一系列业务应用产品,在强对流天气监测与预警中具有明显的指导和预警作用,是实际业务工作中不可缺少的工具之一.     

冰雹过程中闪电演变和雷达回波特征的综合分析

应用闪电定位网的资料和多普勒雷达资料,分析西北地区的降雹过程,详细讨论了2004年5月15日发生在兰州皋兰的一次降雹雷雨云的闪电演变、雷达回波特征和云特定参数之间的相互关系,对此雷雨云的闪电机制和电结构进行了分析推断。在皋兰产生降雹的个例分析表明,云中液态水含量是否出现高值区,是识别降雹开始的重要因子。在雷雨云移动路径上,总闪和云闪为线状分布,地闪集中分布在降雹区,云闪最多,地闪中绝大多数为负闪。综合计算降雹时段云参数分析表明,云中降水率和含水量对产生闪电相对敏感,推断这次雷雨云的电结构可能属于上正下负的偶极子型。     

基于雷达资料的雷电特征分析及预警

利用2009年6-8月南京Doppler雷达资料和江苏闪电定位资料,通过对雷电活动过程与雷达回波强度、回波顶高及垂直累积液态水含量的特征关系的分析,得出适合于江苏地区夏季（6-8月）雷暴预警的因子：40dBz回波强度发展到7 km高度及以上,垂直液态水含量（VIL）值达到25 kg/m2,风场在雷电发生前多表现为强烈的...     

强烈雹暴三体散射的多普勒天气雷达分析

该文从干冰球和水球的散射特征出发, 分析了强烈雹暴三体散射的多普勒天气雷达基本反射率因子的形成机制, 讨论了影响三体散射观测的主要因素; 利用连云港CINRAD/SA天气雷达资料, 对2004年6月26日发生在连云港市境内的一次大冰雹过程的三体散射特征进行了详细分析, 并对三体散射在业务上的应用进行了探讨。结果表明:产生三体散射的反射率因子区强度超过60 dBz, 三体散射的反射率因子值小于18 dBz, 长度通常小于14 km; 径向速度整体上为朝向雷达的低值, 谱宽很大, 可达13 m/s以上; 首次观测到三体散射后, 可立即预报有大冰雹将降落到下游地区, 提前量在20 min以上, 这些结果为利用三体散射预报冰雹提供了新的线索。     

基于雷达反射率因子和雷电定位数据的深度学习雷电预报模型

利用卷积神经网络和门控循环单元(Gated recurrent units)神经网络,基于雷达反射率因子和雷电定位数据开展了雷电预报研究。首先构建了引用注意力机制的基于卷积神经网络和门控循环单元神经网络的深度学习模型(Attention-ConvGRU);然后将雷达反射率因子数据和对应时间段(6 min)的雷电定位数据处理成图像数据后输入深度学习模型,训练出可预报雷电的模型,包括3种模型:单雷电数据模型、单雷达数据模型和雷电-雷达双数据模型;最后开展了预报试验和定量评估。综合评估表明,本文建立的雷电预报模型综合预报准确率达到96.74%,虚警率35.83%,关键成功指数(Critical Success Index,CSI)为0.2072。个例分析表明,预报模型对于具有明显移动趋势的雷暴过程(A类雷暴)的预报效果优于不具有明显移动趋势的雷暴过程(B类雷暴),且随着B类雷暴强度减弱模型预报能力逐渐减弱。     

应用卫星、雷达资料的强对流天气预报预警系统

利用2005—2008年3—9月亮温（TBB）资料,采用逐步判别分析法建立强对流天气预报方程,判别监测区域内某一云团未来可能产生区域性强对流天气、局地性强对流天气、无强对流天气;同时采用指标叠加法判定某云团有无强对流天气。在统计福建省多年冰雹、雷雨大风的雷达回波参数的基础上,确定大冰雹、冰雹、雷雨大风强对流天气的雷达参数（强度、风暴顶高度、垂直液态水含量、回波顶高等）阈值,并根据当天的0℃、-20℃高度与风暴顶的高度差,将CINRAD雷达产品中输出的风暴逐个进行筛选,对系统判定可能出现大冰雹、冰雹、雷雨大风的强风暴输出其未来1h内将影响区域信息。     

华北一次强对流天气系统的地闪时空演变特征分析

利用地面雷电探测网,多普勒天气雷达和常规天气资料,分析了2005年8月1日发生在山东北部的一次具有前部对流线,后部大范围层状云降水(LLTS)的典型中尺度对流系统(MCS)的闪电活动演变特征。结果表明:整个过程中负地闪占主导地位,最高频数达到260次/5min;与负地闪比较,正地闪呈现不活跃状态。负地闪主要落在>40 dBz的强回波区内部及其边缘区域,而正地闪则分布在前部云砧和后部层状云降水区内。对地闪位置与回波强度的进一步对比分析发现,45~55 dBz的回波是最有利于地闪发生的区域,回波强度低于这一区域,随着回波强度的增大,地闪活动呈递增趋势,地闪频数在50~55 dBz的回波区域内达到峰值,>55 dBz的回波区域内地闪频数明显降低。     

用雷达反射率作对流性降水和层状云降水自动分类

为提高雷达定量测量降水的精度,利用武汉CINRAD/SA雷达反射率数据,研究提出了对流性降水和层状云降水自动分类算法(ACSS)。该算法在二维反射率结构场初步分类降水的基础上,识别亮带并从体扫描数据中提取降水的三维结构特征,然后对初步分类结果进行订正。试验表明,ACSS能较准确地实现对流性降水和层状云降水的自动分类,相对于只根据二维结构分类降水性能上有较大提高,主要表现在能正确识别出亮带特征明显的强层状云和对流核外沿的对流弱回波区。     

闽北强对流天气的短时监测及判别方法研究

利用2005-2009年的闽北冰雹、大风、短时强降水过程所对应的闪电资料产品,分析了闪电资料在各类不同性质的天气过程中的表现特点;用2008年10月至2010年4月的大气电场资料对不同类型天气的表现特点进行了分析,得出一些有益的结论。这些分析可加强业务人员对闪电资料产品和大气电场资料的认识,对今后闪电资料和大气电场资料在预报业务中的应用具有一定参考意义。研究发现利用闪电定位资料和大气电场资料对闽北强对流天气进行短时监测和判别预报具有定性明确、客观化程度较高等优点,在业务实践中有较高的应用价值。