基于纹理特征和机器学习的卫星云图分类实验

准确识别云对提升天气预报和气候预测准确性有着重要意义,传统的阈值法和聚类法很难找出统一通用的阈值标准和方法,随着机器学习在云分类领域的应用和发展,在分类速度和分类精度上都有了明显提升。本实验对风云二号G星的红外云图进行预处理并构建卫星云图样本库,通过提取云图纹理特征再结合支持向量机（SVM）、随机森林（RF）和XGBoost分类器实现了对“晴空”、“层积云或高积云”、“积雨云”、“密层云”和“卷层云”的分类,实验结果表明：①三种分类器对该实验云分类的平均准确率分别为RF（62.5%）＞XGBoost（61.7%）＞SVM（60.0%）;②三种分类器对“层积云或高积云”的分类都最好且稳定,平均分类精度均达到了90%以上,最高为91.5%;③SVM对密层云（67.9%）、RF对卷层云（68.9%）、XGboost对晴空（68.3%）的分类效果次之,平均分类精度均达67%以上。     

中高纬阻塞环流背景下贵州强冻雨特征及概念模型研究

利用NCEP 1°×1°、2.5°×2.5°再分析格点资料以及2000 —2009 年贵州省冻雨个例资料,对该省12 次阻塞环流背景下强冻雨过程的天气学特征进行分析,归纳强冻雨的预报着眼点及概念模型。结果表明: 1) 强冻雨天气与亚洲中高纬度阻塞环流和中低纬度南支锋区密切联系,位势高度场在20 —30 N 之间存在4～5 条等值线,564～568 dagpm 线向南伸展到30 N 以南;2) 700 hPa 上西南急流显著,最大风速达到20 ～24 m·s-1,其作用在于提供暖湿水汽和逆温顶部的增温效应;3) 低空和地面是显著的冷垫,冻雨天气在准静止锋存在的背景下产生,准静止锋又与相对湿度大于70 % 以上的高湿区相联系,而影响贵州的准静止锋云系,处在锋上的具有暖湿云的特点,锋下的具有冷湿云的特点;4) 强冻雨期间,对流层中低空逆温梯度加大,最大可达8～10 ℃以上。     

梅雨锋上的三类暴雨

利用常规气象观测资料、区域自动站资料、FY-2C云顶亮温（T_BB）资料及NCEP 1°×1°再分析资料,对2015年6月17-18日发生在黔东南地区的典型梅雨锋西段暴雨进行了诊断分析。结果表明（：1）在500 hPa两槽一脊单阻型梅雨形势下,冷空气沿贝加尔湖阻塞高压东侧南下与来自南海、孟加拉湾的暖湿气流在黔东南交汇,500 hPa短波槽东移促使低空切变线东移南压和地面梅雨锋发展,配合200 hPa南亚高压东部脊附近的     

我国南方持续性暴雨成因的TBB场分析

利用多种资料分析了2014年7月13—17日贵州持续性暴雨过程的中尺度环境场特征及贵阳极端降水成因,并以多个时次不同要素资料进行合成分析,构建此次梅雨锋西段持续性暴雨的天气学模型。结果表明：(1)此次贵州持续性暴雨发生在单阻型梅雨稳定的背景下,当地持续3~4 d的强降水由中低层低涡切变、低空急流及地面静止锋(梅雨锋)共同作用造成。(2)梅雨锋雨带的建立、维持及移动造成贵州不同区域出现强降水。此次过程梅雨锋雨带对贵州的影响分四个阶段,其中,第三阶段梅雨锋西段缓慢南压过程中多个β中尺度云团更替、合并及缓慢移动造成贵阳及周边部分县市降水量突破历史极值。(3)中低纬度系统相互作用使水汽输送异常偏强。7月16日白天当年第9号超强台风“威马逊”进入我国南海海面后促使副热带高压西侧向北输送的水汽加强,该水汽与来自孟加拉湾的强盛西南暖湿气流在贵州上空汇合、加强,形成异常偏强的水汽通量及水汽辐合中心,这可能是贵阳极端降水发生的重要原因。(4)相比2010—2014年5—9月贵阳发生的另外4场大暴雨过程,该过程更长的降水持续时间可能是贵阳极端降水发生的另一重要原因。(5)贵阳强降水期间,强降水的雷达回波表现为层状云-积云混合降水回波,并具有低质心暖云降水特征,同时径向速度图上可见强劲西南急流及中尺度气旋性辐合。

     

梵净山区域暴雨过程中小时降水雷达回波特征分析

利用梵净山周边区域自动站逐小时降水资料和铜仁雷达观测资料,对2017—2018年铜仁市梵净山周边区域暴雨过程中逐小时分级降水的雷达类型和回波特征进行分析。结果表明：(1)梵净山区域暴雨过程中小雨、中雨、大雨年均总站次的日变化均呈双峰型分布,而暴雨年均总站次呈单锋型,并且具有明显的夜雨特征。(2)造成梵净山区域暴雨天气的雷达回波类型可分为本地发展型、移入型和合并加强型3种。(3)小时雨强与回波强度呈正相关,而与移动速度呈反相关。(4)径向速度图上中雨量级降水有弱辐合特征,大雨量级降水出现弱的逆风区结构,暴雨量级降水有明显的辐合辐散和速度对特征,且存在逆风区结构,逆风区位置对应强回波中心。(5)垂直累计液态水含量大值区及回波顶高度与反射率因子大值区有较好的对应。     

石阡县近10a暴雨天气特征和“三个叫应”阈值研究

利用2011—2020年石阡国家气象站和乡镇(街道)自动气象站降雨资料,运用统计分析方法对石阡县近10 a暴雨天气特征进行分析,并结合暴雨灾情信息研究了“三个叫应”阈值。结果表明：石阡县年均暴雨日数11.4 d,年均暴雨站次51.5站,主要集中在5—9月,月暴雨日数峰值出现在5月,月暴雨站次峰值出现在6月,05—07时易出现短时强降水;暴雨及伴随短时强降水日数均存在时空分布不均的特点,东部明显大于西部,最大日降水量和雨强大体一致,主要在县城、枫香、花桥一带和白沙;辖区内台站1 h雨量达35 mm、3 h雨量达70 mm或6 h雨量达90 mm及以上,且降雨可能持续时,可能发生灾害,应及时做好气象服务工作。     

"7.23"水城特大滑坡事件的降水背景分析

2019年7月23日21时20分贵州省水城县鸡场镇坪地村岔沟组发生特大山体滑坡(简称"7.23"水城特大滑坡),21栋房屋被埋,42人遇难、9人失联。本文利用高空及地面常规观测资料、地面加密观测资料、FY-2G相当黑体亮温(TBB)、NCEP/NCAR FNL格点再分析资料对此次特大滑坡的气象背景进行了诊断分析,得到如下结论:(1)"7.23"水城特大滑坡出现在降水停止后16 h,滑坡前一晚22日夜间降水局地性较强,主要降水时段出现在22日20—23时,距滑坡时间24 h左右。距滑坡点960 m处最大雨强为19.5 mm·h-1(20—21时),距滑坡点2.7 km处最大雨强为56.9 mm·h-1(21—22时)。(2)滑坡前一周当地出现了三场降水,分别为两场大雨及一场暴雨。大雨以上较强降水对100 cm以上土壤体积含水量变化影响大,较强降水使100 cm以上土壤含水量增加迅速,但对100 cm以下的渗透作用微弱。(3)滑坡前一晚22日夜间的降水发生在副热带高压西侧西低东高的背景下,水汽条件充沛并具备一定的不稳定能量条件,但触发抬升能力偏弱。(4)22日20时地面中小尺度低涡的生成激发了分裂后的对流云团的重生和发展,重生后的β中尺度低涡云团在发展最强阶段造成了滑坡点附近的局地强降水,是22日20—23时滑坡点附近降水增强的直接影响系统。(5) 22日多个要素分析显示,弱冷空气接近水城时激发了初始对流和降水。弱冷空气维持少动期间,降水在其南侧的暖区一侧加强。(6)较强降水使土壤表层增湿、含水量增加,但仍难以判断降水是滑坡的主要诱因,山坡岩体结构改变、重力与支持力之间的平衡被打破可能才是滑坡的重要原因。     

2000年以来贵州最强梅汛期降水异常成因分析

【目的】为揭示2000年以来贵州最强梅汛期降水异常成因。【方法】利用天擎降水资料挑选出了2000年以来贵州最强梅汛期年份及其降水特征,再利用NCEP/NCAR再分析资料及风云FY-2G黑体亮温（TBB）资料诊断分析了最强梅汛期贵州降水异常偏多的原因及极端降水成因。【结果】（1）2020年梅汛期贵州累计降水量是1961年以来的次多年、是2000年以来的降水最异常年份;暴雨集中在6月上旬至7月上旬,6月23日和29日降水强度具有极端性;（2）2020年梅汛期贵州频繁的暴雨过程及极端暴雨与江淮梅雨的大背景密不可分;（3）2020年梅汛期影响贵州的中尺度低涡系统频繁,中尺度对流系统十分活跃。这些中尺度系统大多初生于贵州西部,在贵州省内发展加强,并产生暴雨天气,MCC是6月23日及29日极端降水的直接影响系统;（4）2020年梅汛期低空急流异常活跃,尤其是6月下旬初、下旬末及7月上旬后期出现了3段持续时间长强度强劲的低空急流,这为梅汛期的持续性暴雨过程、范围最广的3次暴雨过程及极端暴雨提供了异常充沛的水汽条件。【结论】研究结果以期为进一步做好梅汛期持续性暴雨、致洪暴雨和极端暴雨预报提供依据。     

影响贵州的三次台风倒槽暴雨诊断分析

利用常规观测资料和NCEP 1°×1° 6 h再分析资料,对影响贵州的三次台风倒槽暴雨进行诊断分析。结果表明:第一次台风倒槽暴雨过程(2001年7月7—8日)由单一台风倒槽影响造成,热力不稳定层结持续时间长,上升运动与辐合辐散弱,对应暴雨持续时间长、站点分散;第二次台风倒槽暴雨过程(2002年8月19日)由低涡切变和台风倒槽共同影响产生,强水汽辐合形成于两系统东侧偏南气流里,上升运动与辐合区发展层次较高,对应暴雨集中且站点多;第三次台风倒槽暴雨过程(2010年9月21日)由冷锋侵入台风倒槽内引发,干湿空气相遇形成小范围水汽辐合,低层上升运动较强、辐合强度较大,对应局地强降水和对流天气,且降水时间短。