宁夏气象局学术论文计量分析与启示

以学术期刊网为主要来源，对1989-2005年宁夏气象局在公开学术期刊上发表学术论文进行了文献计量分析。结果表明宁夏气象局发表的学术论文正在呈现迅速增长的趋势，但论文的学科与作者机构分布存在不均衡现象。针对本局学术论文发表的规律，提出了促进科研业务人员成长的具体对策。     

银川河东机场小样本雷暴分类客观预报方法研究

利用2000—2016年欧洲中心再分析资料、探空及地面自动气象站观测资料,根据天气过程的强度和对应物理量,分别对银川河东机场雷暴伴随大风、降水等不同天气现象类别进行定量化转换,采用峰度偏度系数、χ~2以及Q-Q图3种方法对定量转换的数据进行正态性检验,结果表明:按天气现象分类的样本服从正态分布,未分类样本基本服从。利用逐步回归、多元回归、非线性回归、BP人工神经元网络以及支持向量机5种方法,分别建立了雷暴现象与强度预报模型。结果表明:BP网络以及SVM对天气现象的预报能力较强;分类逐步、多元以及非线性回归模型分别对弱雨、强雨以及大风和降雨同时发生的天气强度预报效果较好。并在此基础上通过最优分析设计了河东机场不同种类雷暴天气定性和定量预报相结合的业务系统。     

多普勒天气雷达有源干扰回波识别算法研究

本文首先对多普勒天气雷达有源干扰回波形成的原因进行了分析,进一步分析了不同类型有源干扰回波的PPI图像形态特征。提出反射率因子径向能量以及径向能量一阶差分的概念,并使用径向能量一阶差分识别有源干扰回波所在的方位。算法针对北京、长沙、汕头、岳阳等多个地(市)的雷达数据进行了试验,结果表明该算法对于各种形态的有源干扰回波,均能准确识别其所在方位。特别是当多处干扰回波同时存在,以及干扰回波与降水回波混合存在时,算法也能有效进行识别并滤除有源干扰回波,较完整保留降水回波。     

地面积雪天气现象人工智能观测识别研究

通过在湖南南岳高山气象观测站及怀化国家气候基准站设立的外场试验,采集2018年1—3月两站逐分钟积雪天气现象摄像图片,采用卷积神经网络技术对南岳站积雪试验图片进行建模训练,并用南岳站和怀化站的测试图片进行检验,在此基础上探讨了基于深度学习的积雪天气现象图像识别的采集环境布局要求。主要结论如下:南岳站识别的正确率为99.23%,空判率为0.49%,漏判率为0.28%,白天识别结果优于夜间;判识积雪出现的概率在积雪形成初期明显增加,维持期接近99.99%,且十分稳定,融雪时逐步降低;地面积雪形成初期和积雪结束期凝结物较少时偶尔出现漏判,当有雨凇、雾凇及其他背景污染时会出现个别时刻空判现象。怀化站测试结果与南岳站相似,正确率为97.78%,空判率为1.92%,漏判率为0.3%;但概率曲线波动较大,一方面由于怀化站图片没有参与建模训练,另一方面可能与怀化站的摄像头固定不佳、对焦不准、拍摄不清晰有关。测试结果表明:该人工智能判识模型较好地提取了积雪不同发展阶段的关键特征,识别效果良好,并可通过增加气象要素条件和根据判识的前后一致性进一步消除空漏判,可为此类天气现象自动观测提供重要技术支撑。     

大连浮尘天气特征与浮尘观测标准研究

基于大连近4 a的可吸入颗粒物自动监测和气象资料,研究了浮尘天气中PM10以及能见度、相对湿度、风向风速等气象要素变化特征。结果显示,浮尘影响明显,浮尘发生后PM10质量浓度突然升高,浮尘天气日平均和过程平均PM10浓度均超过300 μg·m-3,并且平均持续时间超过16 h;相对湿度为13%~97%,能见度自动监测值在1 049~9 002 m之间,北风频率最高,风速在0~12 m·s-1之间。经过综合分析,提出沙尘暴下游台站基于可吸入颗粒物自动监测的浮尘天气新观测标准。该标准既可以对远距离飘尘影响区进行科学的定量评价,又与现有标准保持较好的一致性,并可作为预测预报的依据。检验表明效果较好,有较强的实用性,可以修正人工观测漏记或错记情况。     

宁夏月、季、年降水量正态性分析

利用1951\_2004年共54 a宁夏各气象站的年、季、月降水量资料,使用偏度与峰度检验方法和x2检验方法,对降水量分布的正态性进行了分析。结果表明:宁夏大多数气象站的年降水量服从正态分布。夏季18站降水通过正态性检验,秋季12站通过,春季和冬季各有7和4站通过正态性检验。夏、秋季的计算结果普遍比冬、春季更好。不同季节通过正态性检验的气象站地理分布具有明显的区域性特征。针对宁夏月降水总体分析表明,各站均不服从正态性分布。逐月降水检验结果是,9月、8月、10月通过正态性检验的站数最多,11月通过站数最少。六盘山站通过正态性检验的月份最多,全年有10个月的月降水量服从正态分布。另有7站各月降水均不服从正态分布。未能通过正态性检验的降水样本中,偏度系数存在强烈的偏向低值的情况。偏度系数未能达到阈值标准是非正态分布的根本原因。     

宁夏一次春季突发寒潮极值暴雪过程的等熵位涡分析

利用常规观测、地面加密站逐时观测和欧洲中期数值预报中心0.125 °×0.125 °逐6 h再分析资料,从天气系统演变、冷空气路径、灾害性天气预报指标等方面,利用315K等熵位涡对2016年4月2～3日宁夏突发寒潮极值暴雪过程进行了诊断分析。结果表明：（1）此次过程属于高空小槽东移合并型,地面有冷高压分裂且主体快速南下,并有锋面相配合,导致强冷空气入侵和锋后降雪。（2）前期环流形势稳定,后期天气系统突变,常规气象资料难以预报,315K等熵位涡图可作为短时、局地的春季寒潮降雪过程的有效分析和预报工具。（3）等熵位涡清楚地示踪冷空气的来源和传播路径：咸海区域对流层顶冷空气东移南扩与青藏高原对流层中层冷空气合并加强,且新地岛平流层下部的冷空气在前期缓慢东移后,自贝加尔湖加速南下对其补充引发寒潮。（4）等熵位涡异常大值可定量、清晰地表述关键影响系统西风带小槽的演变,具有更好的指示意义。（5）等熵位涡高值区随时间变化与寒潮演变一致,可提前6 h指示冷空气活动,且等熵位涡大于1.0 PVU区域与寒潮及降雪落区一致,大于0.8 PVU区域与强降温区域一致,可作为精细定量预报的重要指标。     

基于梯度的500 hPa槽线天气系统自动分析方法

利用位势高度场资料,针对500 hPa高空槽线天气系统,以天气学定义及其图形学特征分析为基础,在保持天气动力学理论约束的同时,提出基于位势高度梯度进行槽线天气系统自动分析的方法。面向各级气象台站的天气预报业务,利用气象信息综合分析系统 (MICAPS) 第4类位势高度格点数据资料,经过梯度计算、垂线确定、方向划分、邻域对比、节点初选、噪声判别、分类滤除、聚类分析、轴向平均等步骤,解决了一系列相关技术问题,完成了西风槽和横槽两类槽线系统自动分析的程序开发。近年宁夏寒潮强降温等过程的分析试验表明,该算法稳定可靠,中高纬度地区槽线分析能力更强,运行效率进一步提高。     

一次典型东风波极端暴雨的中尺度特征及地形影响分析

利用湖南省常规气象观测资料、区域自动站资料、NCEP再分析资料、常德多普勒雷达资料,分析2016年8月8—15日在多个东风波倒槽接力影响下,湘北地区反复出现的极端暴雨天气的中尺度特征,并利用WRF-ARW中尺度数值模式,对8月10—11日湘北地区极端暴雨过程进行数值模拟和地形敏感性试验。结果表明:(1)1604号台风在广东深圳登陆后沿西北路径移动和1605号台风在西北太平洋向北移动后,副热带高压快速西伸控制华东及沿海地区,其底部的东风波扰动为极端暴雨提供了环流背景;(2)近地面不均匀加热为东风波槽附近强对流提供了充足的热力不稳定条件,地面中尺度辐合线为对流的触发和加强起到重要作用;(3)东风波槽带来的边界层暖湿气流在武陵山东侧激发深厚中尺度涡旋,是极端暴雨形成的主要原因;(4)地形敏感性试验进一步验证了东风波暖湿气流在武陵山脉地形抬升和阻挡作用下,在迎风坡上游地区形成气旋性辐合导致暴雨增幅。     

基于相似预报法的宁夏雷电潜势预报业务系统

以宁夏雷暴、闪电观测资料和ECMWF、T213数值预报产品为基础,采用VB、VC语言和MS SQL Server数据库等编程技术,研制开发了基于相似预报法的宁夏雷电潜势预报业务系统。系统在客观形势相似和影响系统判别的基础上进行物理量相似离度分析,可提供0～168h环流形势和物理量相似预报结果,并以相似离度最小的前10(20)个最佳相似个例中的一个作为预报蓝本,以人机交互的方式完成0～12h雷电潜势预报的制作与分发,增强了雷电潜势预报的客观化和自动化;实现了历史雷电数据的查询、统计、输出、保存、添加入库及闪电信息的统计显示等功能,成为宁夏雷电潜势预报制作发布的主要工作平台。