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。     

高炮、火箭人工增雨效果统计检验方案设计中的几个问题讨论

基于理想化的人工增雨概念模型,分析了地面增雨作业效果检验试验区设计的基本特征,以及作业轮次、云系移动速度、催化云系对试验区中雨量点的覆盖率等因素对效果评估的影响,主要结果为：1）云系移动速度应该作为目标云选取的一个重要指标,它直接影响试验区的长度和作业点的布局,对效果评估也有很大的影响,不同移动速度的目标云系将人工增加的降水分散到不同的区域,增加了效果评估的难度。2）存在一段最短时间的雨量资料可以用于效果评估,它由试验区长度、作业时间和目标云移动速度共同决定。3）分别给出了作业时间与用于效果统计的雨量时间之比、催化云系对试验区雨量点的覆盖率影响相对增雨率的计算公式,据此定量分析了以色列Ⅰ随机试验资料,结果表明要评估出一定的相对增雨率,需要人工催化云系具有较大的增雨量,即较为显著地改变自然降水。     

理想地形下不同云微物理方案对登陆台风降水增幅影响的数值研究

利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式,在理想岛屿地形条件下设计了云的微物理冰相过程中水凝物中有霰和无霰的两个对比试验,考察了台风登陆时复杂冰相和简单冰相对台风移动路径、强度和降水增幅的影响。结果表明：1）云微物理过程中有霰的复杂冰相过程时,具有更强烈的云“播撒”效应,因而对台风降水具有明显增幅作用。2）当台风受到理想地形作用时,地形对云“播撒”效应引起的增幅作用具有放大作用,此时台风眼墙非绝热加热量形成明显增强中心,使得台风降水增幅明显。3）当台风登陆时,云微物理冰相过程使得台风越山时存在向西北指向的涡度变化倾向。     

广东春季降水特征和人工增雨作业条件分析中多普勒雷达产品应用

利用广东省新一代天气雷达径向速度和基本反射率及其衍生产品,对具有人工增雨潜力的降水过程径向速度特征进行了分型,对各种类型径向速度和对应的反射率及衍生产品参数进行了统计分析,提出了广东中北部春季不同的径向速度特征对应不同的降水云系,应采用不同的人工增雨作业方式。通过对回波顶高度和温度的分析,归纳出广东中北部春季人工增雨的作业高度。还分析了春季广东中北部有利于降水的有效对流位能以及影响系统、水汽等天气条件,举例说明新一代天气雷达各种产品在人工增雨作业中的综合应用。     

２００８年６月一次引发广西大暴雨的西南低涡的诊断分析

利用中国科学院大气物理研究所发展的具有火箭人工增雨催化功能的三维云分档数值模式（IAP2HBM）,对2004年7月8日海南岛海口市区的一次热带对流云火箭人工增雨降温作业过程的宏、微观物理演变过程和人工增雨降温作业效果进行数值模拟。结果显示,人工催化播撒AgI后地面降水增加、地面气温下降的区域扩大、维持时间延长。催化导致云水含水量降低,雨水、冰晶、霰、雪含量增加,云中雨水的大量蒸发和冰晶、霰和冰雹粒子融化造成空气温度降低。     

飞机增雨远程遥控催化作业的实现

利用电子计算机以及空地传输等手段,建立飞机增雨远程遥控催化作业平台,通过远程无线通讯技术,实现地面指挥作业指令对空中增雨飞机上的焰条催化设备点火作业的实时控制,同时实现了空中增雨飞机空中信息的对地传输,在国内首次实现飞机增雨的远程遥控无人作业。     

广西积云人工增雨防雹的个例数值研究

利用三维积云模式模拟2006年4月9日下午发生在广西东兰县境内的一次冰雹天气过程。结果表明,三维模式对该个例具有一定的模拟能力。个例催化数值试验表明,该积云具有一定的人工催化潜力,当在出现过冷水后,自然冰晶浓度较低前在过冷水区的底部实施适量的催化,则可达到最佳的效果,既能一定程度增雨又能一定程度消雹;当过量催化时则既能一定程度消雨又一定程度消雹。     

多普勒雷达数值产品在火箭增雨效果分析中的应用

采用新一代多普勒雷达基本数据和二次产品对2004-2005年大连地区实施火箭增雨作业的31个作业个例进行了统计分析,总结出利用雷达实时指挥作业其雷达回波几个主要参数随时间的变化规律。分析结果表明,对不同类型云作业后云体回波强度、垂直积分液态水含量均随时间增大,且最大值均出现在作业后20-30 min左右;回波顶高却产生了不同的变化特征,即积层混合云作业后顶高随时间增高,层状云顶高则出现先下降再增高的变化。该分析结果对采用雷达进行效果分析,科学选择再作业时机,充分开发空中云水资源具有实际的指导意义。     

五台山区地形雨减少对水资源量的影响

海河流域水资源量减少的原因倍受关注,以五台山地区为例分析地形雨减少对水资源量的影响,分析五台山站与山下周边的5个站点年降水量之比——地形强化因子(R_o)的减少趋势以揭示地形雨的减少;并利用水热耦合平衡方程定量评估地形雨减少对该地区水资源量的影响。结果表明,近50年间R_o减少了0.53(27%),即地形雨大幅度减少;导致南庄水文站控制的五台山地区天然年径流量减少了1.9亿m3/a,占径流总减少量的70%,为多年平均年径流量的26%。中国很多地区的降水观测站网都缺少位于山上的雨量站,难以估计山区地形雨的减少,导致根据降水进行径流计算时,会低估水资源的减少量。     

浙江沿岸水对“魔蝎”台风的响应

台风"魔蝎"于2018年8月12日夜子时登陆浙江温岭,台风登陆前后造成了浙江近海海水物理特性的诸多变化。台风登陆时的最大风速约为27.5m/s,登陆时正值天文大潮期间,引起了超过0.30m的沿岸增水,增水持续了3～4d。在台风登陆前的7h内,锚系点水域的海水温度降幅超过1℃。分析表明,海气热交换引起的海水热量损失是锚系点水域温度降低的主要因素,而海水垂向混合带来的海水降温幅度有限。降温在水平区域分布上具有不对称性,台风路径两侧的降温中心呈现明显的不对称性,台风路径右侧的表层海水温度降幅明显强于路径左侧。长江口外至苏南外海水温降幅最为明显,最大降温接近3℃,舟山东南方向海域和温岭东南方向海域最大降温分别超过1.6℃和1.2℃,而在台风路径左侧海域,表层海水温度降幅普遍小于1℃。在台风登陆前的7 h内,海水盐度降低了1.2,研究表明台风带来的强降雨是海水盐度降低的主要因素。本研究,得到了台风"魔蝎"登陆前、登陆时和登陆后,锚系点及周边海域海流、水位、温度、盐度等的变化特征,初步获悉台风期间海水物理特性变化的动力因素,可以为台风影响研究、预防和降低台风带来的风险和损失等提供动力学方面的依据。