Monte Carlo simulation of small air-mass showers

The present model permits simulation of any geographic region and the symmetrical or random positioning of any number of rain gauges. The operator has the option of entering precipitation parameters: rain cell diameter, duration, rain swath length, vector angle, and precipitation amount for any number of discrete showers. In a series of computations the model generates (1) a random first echo location and resulting rain swath, which is superimposed on a specific grid of rain gauges; (2) the number of rain gauge receiving a hit; and (3) the number of undetected rain events within an area.By use of a portion of the Iowa climatological rain gauge network and parameters derived from radar and rain gauge observations the model shows that only 7% of single cell showers are detected by the existing sampling grid.Journal Paper No. J-10378 of the Iowa Agriculture and Home Economics Experiment Station, Ames, IA 50011. Project 2449.A portion of this paper was presented at the 93rd Annual Meeting of the Iowa Academy of Science, April 1981.     

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。     

基于局部方差的安全玻璃碎片自动检测算法

针对安全玻璃质量检验中碎片状态试验结果的判定问题,在分析了自然光线下获取的安全玻璃碎片图像特点后,提出了一种安全玻璃碎片自动检测与识别算法.首先,用基于局部方差的直方图均衡化算法进行目标增强;然后,用固定阈值进行图像分割,对缝隙线和碎片内部的噪声分别去除;最后用分水岭变换进行碎片识别.该算法能够准确刻画碎片的缝隙线,得到碎片的块数,并能够为安全玻璃碎片状态试验结果判定提供依据.     

九华山与周边区域的降水分布差异分析

本文基于1980—2010年30年观测资料及山区不同高度的自动站数据,运用天气学理论和数理统计的分析方法,研究九华山区与周边丘陵区域降水的分布差异及其成因。结果表明:不同区域(地形)的降水时空分布很不均匀,九华山年降水量比丘陵区域多34.1%,且主要降水集中在5—9月。造成山区与周边丘陵区域降水的明显差异主要是两地的局地水汽输送条件和垂直运动条件存在明显的差别,它们对降水效应主要为:海拔200 m的山体对降水产生影响,且降水量随海拔的升高而增大,并以海拔在400~900 m对降水的增强作用最为显著;山区地形对降水的增雨作用较为明显,地形对降水的平均贡献率为37.6%,并有强度越大的降水,其增强作用越明显的特点。分析不同区域降水分布差异及成因对于降水区域预报和水资源研究应用有着重要的参考作用。     

动能EOF分析和β中尺度雨团中的能量转换

本文针对2008年上海8月25日暴雨过程,利用WRF中尺度数值模式对其较好模拟的结果,应用EOF分析方法对其做了动能偏差场的统计动力诊断。探讨了该暴雨过程中各种尺度天气系统,特别是β中尺度雨 团,其有效位能向动能的转化机制。所得主要结论有:对该暴雨过程,动能偏差场EOF分析的第一、二、三模态可分别称为暴雨背景模态、暴雨系统模态和暴雨雨团模态。在该暴雨落区附近,低层各模态动能偏差场水平梯度的绝对值均较大,系统演变也较剧烈,且尤以暴雨雨团模态为甚;这表明低层暴雨雨团模态该处风场具有强烈的非地转性,有着强辐合,运动是非平衡的,其性质为重力惯性波(含涡旋—重力惯性混合波)。在某等压面上,有效位能的时间变化与位势偏差的时间变化相同,而前者的水平梯度则与后者的空间梯度大致相同,这样讨论某层前者的变化就归结于讨论该层后者的变化。暴雨来临前在该暴雨落区附近,前三个模态都有有效位能向动能的 转化,其表现为动能的增长和有效位能的下降,且以暴雨雨团模态表现更突出。暴雨雨团模态的尺度为β中尺 度,这表明该尺度的系统在有效位能向动能转换中起着关键作用,且扮演着有效位能与涡旋场动能之间转换的中介角色。     

利用雷达资料对自动雨量计实时质量控制的方法研究

自动雨量计资料是对降水的直接测量,在流域面雨量计算、气候研究、气象服务等方面具有重要意义。但是,由于风力、蒸发、灌溉、校准、漏斗堵塞、机械故障、信号传输等原因往往造成其存在不同类型的系统误差和随机误差, 自动雨量计数据在定量使用前需要进行质量控制。目前,天气雷达以其高时空分辨率的优势已经成为监测降水的重要手段,本文首先采用两步校准法改善雷达估测降水,然后对雷达—雨量计对之间的差异进行统计学的分析,确定自动雨量计质量控制的一些标准,从而对雨量计进行质量控制。最后用两个降水过程对自动雨量计质量控制的结果进行了检验,结果表明:两步校准法改善了雷达估测降水的系统性偏差,并减小了雨量计站点上的相对误差;可以利用雷达估测降水实现对自动雨量计的实时质量控制,就整个数据集而言,约0.1%的数据被怀疑为误判,误判的自动雨量计主要位于雨带的边缘。但该质量控制算法同时也存在一定的局限性:在雨带的边缘或没有天气雷达覆盖的区域,以及雷达资料存在数据质量问题的情况下,往往会造成对雨量计的误判。     

贵州不同等级降水日数气候特征及其与降水量的关系

利用1963 2011年贵州81个测站逐日降水资料,分析了近49年贵州不同等级降水日数的气候特征,探讨了不同等级降水日数在降水变化中的作用。结果表明,随着降水等级的上升,对应该等级的雨日迅速减少;贵州总雨日及小雨日呈西多东少的分布,而中雨日、大雨日及暴雨日则呈南多北少分布;近49年贵州总雨日、小雨日、中雨日、大雨日整体上都呈减少趋势,而暴雨日却呈一定的增加趋势;小雨日与总雨日都是在20世纪80年代初期之后逐步减少,21世纪初期之后降幅更加明显,而中雨日在20世纪60 80年代初多波动,在21世纪初后迅速下降,大雨日和暴雨日均经历了两次较明显的波动;随着降水等级的上升,雨日与降水量的相关系数迅速增大,小雨日与降水量的相关性最差,暴雨日与降水量的相关性最好;降水偏多年各个等级的降水日数明显偏多,小雨日、中雨日及大雨日变化较为显著,暴雨日变化不显著,降水偏少年各个等级雨日则明显减少,中雨日变化最为显著,其次为大雨日、暴雨日,小雨日变化不显著,因此,贵州地区总降水量增加主要是由于小雨日、中雨日、大雨日的增加引起的,降水量减少则主要是由于中雨日、大雨日及暴雨日的减少引起的,比较各个等级的降水日数,无论是在降水偏多年还是偏少年,中雨日和大雨日的变化都较显著。     

星载双频测雨雷达航空校飞试验降水反演分析

2010年9月6日到10月20日,在江苏东台黄海附近进行了中国首次星载双频(Ku和Ka波段)测雨雷达的外场校飞试验,获得了宝贵的机载雷达数据。利用所探测的有效降水资料,对机载雷达的降水探测能力进行了性能分析。对比机载测雨雷达和同步星载测雨雷达(Precipation Radar,PR)探测的反射率因子廓线可以发现,机载雷达反射率因子廓线在1.55 km高度的探测结果和PR较为一致,尤其是融化层一致性更好,表明机载雷达有探测降水垂直结构的能力。为了进行Ka波段机载雷达的降水反演,利用卫星数据模拟器(Satellite Data Simulator Unit,SDSU)计算了k-Z_e和R-Z_e关系的系数,并在此基础上进行了衰减订正以及雨强的反演。结果表明,Ku和Ka波段反演的雨强廓线基本一致,证实了反演系数的合理性。     

基于雷达产品的人工增雨作业指令实时计算软件

将图像处理技术应用于增雨作业目标云的自动识别中,设计并实现了人工增雨指令实时计算软件.解析雷达产品数据,将雷达产品作为极坐标表示的图像像素的集合;利用四川盆地地区适宜增雨作业云系的雷达回波特征统计分析结果,通过区域分割、区域标记等图像处理方法识别出作业目标云,确定作业目标位置;结合作业点的地面位置和作业工具,科学计算出具有作业条件的作业点和作业指令的相关参数,极大地提高了人影作业指挥的自动化程度.     

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。