基于随机森林的湖北雪密度预测模型及其在雪压分析中的应用

雪密度、雪压等积雪参数资料的缺乏是南方地区雪灾精细化防御研究的难点之一,通过历史地面积雪气象观测资料来反演测站及周边的雪密度,是对现有积雪监测资料的有益补充。本文利用湖北省76站的逐日气象观测资料,分析并选取了积雪期的积雪日数、积雪深度、气温、日照等8个影响雪密度的自变量因子,构建了雪密度的随机森林回归(RF)模型,并通过RF模型反演数据,分析了湖北省雪密度和雪压分布情况。结果表明：①雪密度RF模型预测的均方根误差为0.04 g/cm3左右,可以用于湖北省雪密度资料反演。②湖北省平均雪密度在0.14～0.20 g/cm3之间,从中部以0.17 g/cm3为〖JP2〗界分为东西两个区,东部区雪密度较大。③湖北省近60年来最大雪压值在1.3～6.7 g/cm2之间,不同重现期最大雪压分布存在鄂西北和鄂东两个高值区,且鄂东区的中北部基本雪压值更大。〖JP〗     

浅析雪压观测

1 引言 在地面气象观测中,雪压的观测比较特殊,比较繁琐。冬季降雪达到观测标准时,在规定的时间内观测员必须反复操作测量工具和读数。是一个比较长的观测过程。由于观测次数少,而且每次雪深都不一样．使得雪压前后对比观测比较困难．往往会造成观测数据出现误差。在实际观测中总结经验,认为从以下几个方面人手。能保证雪压观测数据的正确性。     

含雪——气相互作用的大气环流模式及其青藏高原积雪模拟

本文将ＢＡＴＳ方案的一些简化结果,引入到ＧＣＭ（Ｒ１５Ｌ９）中,使得积雪也作为模式的一个预报量,实现了雪、气间可以相互作用。此种改进的模式,文中称作ＳＦ－ＧＣＭ。在模式中,积雪变化不仅体现在覆盖面积和反照率上,还能计算出相应的积雪深度、积雪时间和融雪吸热等等雪的各种参量。用该模式进行了９年的时间积分,所得到的青藏高原积雪时、空分布特征与实际观测到的情况比较相近。     

近33a河南省四季地面水汽压时空分布特征

利用河南省49个地面气象台站1979—2011年的月平均地面水汽压资料,分析了近33a来河南省四季水汽压的时空分布特征,在此基础上,对夏季地面水汽压进行了分区。结果表明:①河南省四季地面水汽压多年平均的空间分布较为相似,都呈现出由西北向东南递增的趋势。②EOF分解表明,河南省四季地面水汽压空间变化的最主要分布是全省一致型。③河南省四季地面水汽压存在明显的年际和年代际变化,除冬季主要存在准15a的年代际变化外,其余季节则在多数时段存在着准5a左右的年际变化;各季地面水汽压均呈线性增加趋势,其中冬春(夏秋)季增加趋势(不)明显。④通过REOF分解,结合地理位置和气候特点,可将河南省夏季地面水汽压分为豫北、豫东南和豫西3个区。     

新疆建筑工程设计中雪压的研究及应用

应用熵最大原理导出的极值分布概率模式,研究了新疆建筑工程设计中最大积雪厚度极值的分布规律,揭示了新疆最大积雪厚度极值和雪压的分布特征。结果表明：新疆各测站的最大积雪厚度遵循熵最大原理导出的极值分布,并进行了熵理论模式的适度检验（k－s检验）,通过率达89％,对新疆建筑工程设计及相关的公路工程设计等都具有重要的科学意义和使用价值。     

重庆市雾的区域分布及变化特征

将新重庆雾的分布划分为４个区域,揭示了全市年总雾日数的分布规律,各区域雾的季节分布及区域间的差异,并将５０年代以来雾的变化分成３种不同的类型。     

北京地区低能见度区域分布初探

选用了水平能见度小于1000m的低能见度作为影响城市交通运输的一个指标，并研究了低能见度在北京地区时空分布特征。按水平能见度小于1000m的出现频率，多年日均变化曲线及全年日均、月均、季均变化特征，将北京地区划分为3个区，即东南部平原地区、西北部山区及东北－西南部过渡区。同时讨论了雾、浮尘等天气现象对北京地区低能见度的影响，得出影响北京地区低能见度的主要因子是雾。     

近30年河南省夏季地面水汽压演变特征及其与降水量的关系

利用河南省49个地面气象台站近30 a(1979-2008年)的逐月地面水汽压资料,分析了近30 a来河南省夏季水汽压的演变特征,讨论了夏季地面水汽压与地面降水的关系.结果表明:河南省夏季水汽压和降水量在空间分布上都呈现出由西北向东南递增的特征;夏季地面水汽压和降水量空间分布主要呈现出全省一致型.通过Morlet小波分析发现,夏季水汽压存在着的准2 a和3～5a的年际振荡,而夏季降水量存在准2 a和准6～7a的年际振荡.M-K检验表明,夏季水汽压和降水量均在20世纪80年代中后期存在由少到多的突变.     

关中区域主要大气污染物时空分布特征分析

利用关中区域西安、咸阳、渭南、铜川、宝鸡五个主要城市2014-2018年PM2.5、PM10、SO2和NO2四种主要大气污染物逐日平均质量浓度,统计分析了关中区域近5年环境空气质量时间变化特征和区域分布特征。结果表明:关中区域颗粒物PM2.5、PM10和SO2年平均质量浓度呈逐年下降趋势;西安、咸阳和渭南NO2年平均质量浓度呈逐年上升趋势,宝鸡和铜川相对较低且变化趋势不明显;区域大气环境质量总体在不断改善。关中区域4-10月尤其是夏季6-9月空气质量状况较好,7月最好;采暖期空气污染较为严重,其中1月环境空气质量最差,其次是2月。近5年以颗粒物PM2.5和PM10为主要污染物,年平均值均超标,而SO2质量浓度相对较低;从区域分布来看,中部环境空气质量最差,其中PM2.5、PM10和NO2质量浓度明显较高,东部次之,北部和西部相对较好。咸阳中度以上污染日数明显较多,其次为西安,渭南居第三,铜川最少;咸阳、西安和渭南中度以上污染日数呈逐年增加趋势,咸阳增加趋势最为显著,而宝鸡和铜川呈逐年减少趋势。     

冬季积雪的异常分布型及其与冬、夏大气环流的耦合关系

采用 ECMWF1 979～ 1 993年 2 .5°× 2 .5°的网格点积雪深度资料 ,研究了较为细致的积雪异常的空间分布特征 ,揭示了欧亚大陆冬季积雪的异常空间分布型 ;并采用 SVD方法研究了冬季积雪的异常分布型与冬、夏大气环流的耦合关系。结果表明 :欧亚大陆冬季积雪深度存在典型的异常空间分布型 ;积雪的异常分布型与冬、夏大气环流之间均存在一定的耦合关系。冬季积雪的异常分布型与大气 EU遥相关型存在明显的同时性相互作用 ,大气 EU遥相关型有利于冬季积雪异常分布型的出现和维持 ,而积雪异常分布型对大气 EU遥相关型的发生起一定的作用 ,进而对冬季风活动产生影响。冬季积雪的这种异常分布型与夏季大气环流 ,尤其是东亚地区的夏季大气环流 ,也存在一定的联系。积雪异常分布型可以通过影响副热带高压的南北进退 ,对东亚季风及中国夏季雨带产生影响。     

起伏地形下重庆市水汽压的空间分布

利用重庆市1∶25万电子地图和100m×100m分辨率的DEM资料,建立了基于常规气象观测资料的实际起伏地形下重庆市水汽压空间分布模型,计算了重庆市各月月平均和年平均水汽压的空间分布,并完成其制图同时详细分析了重庆市实际地形下水汽压的空间分布。分析表明:随着海拔高度的增加,水汽压逐渐减小;各月水汽压的最小值出现在东北山区;重庆市水汽压的季节变化很明显。     

中国区域闪电分布和闪电气候的特点

利用1998年1月1日到2003年12月31日TRMM卫星探测到18～38°N、74～123°E闪电资料,对中国区域年、季、日发生闪电频数和随经纬度变化,闪电密度分布和闪电气候特征进行了计算分析。结果表明:中国陆地区年均日发生总闪电数约54600次,白天占到54.47%,夜间占到45.53%,昼夜比为1.2。日闪电频数的年变化是双峰值,闪电主要发生在4～9月,占年总闪电的92%。4月中到5月中旬为次峰值,主峰值在7月中到8月中旬,占年总闪电的43.4%,夏季6～8月占到60%,11月到次年2月发生闪电很少,仅占年总闪电的0.4%以下。日变化以单峰值为主,峰值范围宽,年均每小时达到2275次左右,傍晚18时达到最高峰值,占到日出现闪电的9.1%,上午9～11时达到日变化的最低谷,仅占日出现闪电总的3%,闪电峰值是低谷的12倍,说明中国区域闪电高发时间主要在傍晚。中国区域年均发生闪电频数随纬度的变化要比随经度的变化大,沿海的陆地区出现闪电频数比内陆区高,内陆区比海区高,东部比西部高的特点。4个季节发生闪电峰值的日变化时间表明,不同季节出现闪电峰值的日时段不同,冬季主要在中午,秋季主要在下午,春季主要在晚间,夏季主要在傍晚。中国区域年均白天、夜间和昼夜不同闪电密度分布表明,东部比西部高,闪电高密度区相对较集中。区域对比说明,白天发生闪电     

黑河实验区地表植被指数的区域分布及季节变化

利用具有较高空间分辨率的Ｌａｎｄｓａｔ ＴＭ卫星资料估算了黑河实验区夏季和近冬季地表标准化差值植被指数ＮＤＶＩ,分析了ＮＤＶＩ的区域分布特征和季节变化。结果表明,由于该实验区下垫面的复杂性,ＮＤＶＩ表现出明显的空间和季节变化,ＮＤＶＩ的图像能够很好地反映出地表植被的分布状况。     

1982—2000年中国区域地表反照率时空分布特征

利用1982—2000年NOAA-AVHRR数据资料,研究了中国区域地表反照率的空间分布及其随时间的变化规律。结果表明,中国区域年均地表反照率在空间分布上有很大的差异,胡焕庸线以西地区地表反照率明显大于以东地区;年平均地表反照率呈现缓慢下降趋势,但是不同地区的变化趋势有所不同,年均地表反照率显著降低的区域主要集中在华北平原,显著增加的区域主要集中在长白山和大兴安岭北部;不同季节地表反照率存在很大的差异,冬季最大,春、夏季次之,秋季最小,且冬季平均地表反照率波动幅度比较大;不同地表覆盖的地表反照率的年际变化也存在比较显著的差异。     

我国旬降水年变化特征的区域分布

利用全国多年平均旬降水资料，通过旋转EOF分解，将全国各地旬降水的年变化特征划分为6大类别，在地理分布上归属为8个区域，各区域的降水除了夏季多，冬季少的共同特征外，还有其地域性特点。各区域特征时段降水量间的显著统计相关有一定的中期天气预报意义。各区域特征时段降水量和年降水量近44a来有不同的趋势变化，部分区域可用特征时段的降水变化特征表示年降水的变化特征。     

江苏省冬季连阴雨（雪）期间异常环流特征及其成因

利用江苏省24个国家站降水、日照时数观测资料,以及NCEP/NCAR再分析资料、海温指数、HadISST全球海表温度资料,采用EOF分析、合成分析等方法,分析了1961—2019年江苏省冬季连阴雨（雪）出现次数全省一致偏多年份的异常环流特征及其成因。结果表明：江苏省冬季连阴雨（雪）出现次数的空间分布主要为全省一致型和南北相异型,前者为主要模态。连阴雨（雪）出现次数全省一致偏多型年份,中高纬高层欧亚地区上空环流形势为“＋ － ＋”分布型,位于青藏高原北部高压脊以及东亚大槽和欧洲东部低压槽均较常年偏弱。低层位于欧亚地区中部的冷高压较常年偏弱,导致冷空气势力偏弱。中低纬低层西太平洋(菲律宾附近)存在异常反气旋环流,其西部的异常偏南气流加强了水汽的向北输送,冷暖气流在30°N交汇抬升,为江苏省连阴雨（雪）天气过程提供了有利的水汽条件和抬升条件。当中部型El Nio事件发生时,Walker环流在西太平洋的异常下沉气流会激发出异常反气旋,使得东亚冬季风减弱,向北水汽输送加强,导致江苏省一致偏多型连阴雨（雪）天气的发生。     

黑河实验区地表净辐射区域分布及季节变化

利用卫星遥感信息和地面观测资料，分析研究黑河实验区地表净辐射的区域分布及季节变化特征。结果表明，卫星遥感结合地面观测，首先可以得到较为精确的地表反射率和地表温度分布，进而得到较为合理的地表净辐射的区域分布和季节变化特征。     

河南省大风日数时空分布及其对沙尘天气的影响

利用1971—2009年河南省110个气象站观测资料,采用气候统计学分析方法,对河南省大风日数时间演变、空间分布及与扬沙和沙尘暴日数的关系进行分析。结果表明：近39a来,河南省年平均大风日数以2.2d/10a的速率显著减少;四季大风日数亦均呈显著减少,表现出春季（0.8d/10a）大于冬季（0.6d/10a）大于秋季（0.4d/10a）大于夏季（0.3d/10a）的特征。无论在年尺度还是季尺度,河南省大风日数表现出随年代增加而减少的趋势。河南省大风天气主要出现在春季和冬季,集中于春季（3—5月）,占全年的40.8%,秋季最少;4月最多（15.5%）9,月最少（1.9%）。河南省大风日数的空间分布与地形有很大关系,大风日数较多的区域主要分布在太行山东南部以及海拔自低至高的河南省中北部地区,而在地势较为平坦的东部地区和山系较多海拔较高的西部地区相对较少。1971—2009年,河南省年平均扬沙日数和沙尘暴日数随时间增加均显著减少,其减少速率分别为0.4d/10a和0.3d/10a。相关分析表明,年平均扬沙日数和沙尘暴日数与年平均大风日数平均呈极显著正相关,其相关系数分别为0.88和0.75;大风日数随时间的变化对沙尘天气随时间的变化具有显著作用,大风日数的减少是沙尘天气减少的主要原因。     

青藏高原及其典型区域土壤湿度的分布和变化特征

基于土壤湿度融合分析产品及气象观测资料,分析了青藏高原及其典型区域的土壤湿度分布特征以及影响因素.结果表明：青藏高原土壤湿度与高原降水季节有较好的对应关系,降水量多的季节对应大的土壤湿度,反之亦然,即夏季土壤湿度最大,春季和秋季次之,冬季最小;高原外围土壤相对较湿,中部较干,夏季土壤高湿度区从藏东南向西北、塔里木盆地向藏东北扩展,冬季土壤高湿度区向藏东南和塔里木盆地收缩;土壤湿度垂直层次呈现出浅层和深层低、中间层高的特点,从浅层到深层土壤湿度的变化幅度逐渐减小;高原典型区域土壤湿度逐日变化规律与高原区域平均的土壤湿度时间演变接近一致,降水量的多少和湿润区、半干旱区土壤湿度高低值有较好的对应关系,湿润区垂直梯度大,干旱区和半干旱区垂直梯度小;蒸发量、风速、气温以及植被状况均会影响到土壤湿度的分布特征.     

广西区域地面蒸发量的计算及其时空分布与演变特征分析

利用广西区域89个测站1971~2000年温度、降水的逐日观测资料计算了广西各地的年、季、月平均蒸发量,并对年、季蒸发量的空间分布进行分析,对广西区域平均蒸发量的逐月演变进行研究。结果表明,年蒸发量的大值中心出现在桂东南地区,桂东北和桂西北则是小值区。广西区域平均月蒸发量主要是出现在夏半年(4~9月),占全年蒸发总量的70%。