顾及PWV的广西地区多尺度PM_(2.5)浓度预测

针对现有的雾霾预测方法较少考虑可降水量的影响,且大部分预测方法都没有对模型回归残差进行有效处理因而预测精度不是很高的问题,利用广西南宁、桂林、梧州和百色四市2017年的PM_(2.5)日均值数据,结合大气污染物、气象因子和大气可降水量PWV等因素,分别建立全年和分季度的ARIMA模型对该地区PM_(2.5)日均浓度进行短期预测,并将ARIMA模型预测残差分别用前馈神经网络径向基函数RBF和多层感知器MLP进行拟合,以达到优化ARIMA模型的目的。结果表明,除桂林外,分季度ARIMA模型预测效果优于全年ARIMA模型,季度ARIMA-MLP神经网络预测精度优于分季度ARIMA模型,表明该类模型可以用于区域PM_(2.5)浓度预测。

GNSS/PWV在一次梅雨期暴雨中的模式预报应用

地基全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)监测大气可降水量(Precipitable Water Vapor,PWV)是一种连续获取大气水汽信息的有效手段,对于区域天气尤其是灾害性天气观测与预报有重要作用。基于长三角GNSS应用示范网,开展GNSS/PWV资料在数值天气预报模式中的三维变分同化应用试验,通过设计5个试验方案对2010年7月的一次梅雨期暴雨进行中尺度分析,考查区域地基GNSS/PWV资料在梅雨期降水过程中对初始场和预报结果的改进能力。通过预报分析表明:本次梅雨期暴雨数值模式预报加入GNSS/PWV的同化方案相比于常规资料同化方案24小时降水预报效果改善超过20%,48小时后也可提高约12%。可见GNSS/PWV资料可以很好改进观测区域内的水汽分布,提供与暴雨天气紧密联系的水汽信息,有效改善了数值天气模式中的中尺度系统移动速度的48小时预报结果,进而提高降水落区预报。

基于北斗/GNSS PWV数据构建的短临强降雨模型及其应用

传统降雨预警模型仅局限于预警降雨事件是否发生,忽略了对短临强降雨事件的预警。基于降雨发生前大气可降水量(PWV)表现出明显增长的趋势,本文提出了基于北斗/GNSS PWV的短临强降雨预警模型。模型包含PWV值、PWV变化量和PWV变化率3种预测因子,并引入百分位法确定预测因子关键参数的最优阈值。选取湖北省宜昌市5个GNSS站点2022年逐小时PWV和降雨数据进行验证,统计结果显示,本文提出的短临强降雨预警模型可预测未来2~6 h内94%的大雨事件,误报率仅为32.84%。

GNSS PWV典型季风气候特征奇异谱分析

为了进一步研究利用全球卫星导航系统(GNSS)大气可降水量(PWV)分析不同气候类型特征,进行GNSS PWV典型季风气候特征奇异谱分析:选取中国中东部地区2016—2021年部分连续运行参考站(CORS)数据,提出将全球气压和温度(GPT(GPT3_1、GPT3_5))模型、欧洲中期天气预报中心第五代大气再分析数据集(ERA5)模型3种大气模型分别与GNSS解算的对流层总延迟(ZTD)数据融合获取的PWV值进行对比分析,得出中国3种典型季风气候类型GNSS PWV最优大气模型;然后提出利用奇异谱分析(SSA)法分解重构出GNSS PWV时间序列,从而基于GNSS PWV分析不同季风气候类型特征。结果表明,中国3种典型季风气候类型条件下ERA5模型精度较优,选择ERA5模型为最优大气模型,重构后的GNSS PWV变化趋势能够很好地反映出3种典型季风气候类型的特征;因此GNSS PWV可应用于气候特征分析。

基于水汽垂直指数分布特征的PWV快速层析方法

GNSS水汽层析技术可以反演对流层水汽三维时空变化情况,但该技术比较复杂、运算量大,需要消耗一定的时间.故本文提出了一种利用地基GNSS反演的大气可降水量(precipitable water vapor,PWV)结合水汽在垂直方向上的指数分布特性来计算大气水汽三维分布的快速层析方法.该方法利用香港地区2022年8月的GNSS数据开展试验,与传统GNSS水汽层析方法进行对比.试验结果表明:两种方法的层析解算结果与探空数据均具有良好的一致性.虽然快速层析方法的解算结果在底层区域缺少一些水汽变化的细节信息,精度略逊于传统层析方法,但是在中、高层时精度会有所提升,层析解算结果良好.而且本文提出的快速层析方法无需构建和解算复杂的层析方程组,可以在大量GNSS测站参与水汽层析时减少计算复杂度,提升运算能力,同时可以更快地得到任意高度层的水汽密度,是一种简便、高效的层析方法.

ERA5PWV在京津冀地区PM_(2.5)浓度预测研究

以京津冀地区为研究区,使用ERA5再分析资料计算的分层PWV替代整层PWV,结合FFT-Conv-LSTM模型综合考虑时空相关性预测PM_(2.5)浓度。该模型能有效捕捉大气污染物和气象要素的时空变化规律,通过FFT技术提取最佳公共变化周期及分区域建模来削弱时空异质性影响,实现对未来24h的PM_(2.5)浓度高精度预测。结果表明,在研究区的平原、山地和高原部分,1~4层ERA5PWV参与预测的效果最好,相比整层ERA5PWV参与预测,RMSE分别降低2.862μg/m^(3)、5.384μg/m^(3)和2.283μg/m^(3)。

基于PWV差值方法分析沙尘暴期间GNSSPWV与大气颗粒物相关性

针对2021年3月15日中国北方发生的沙尘暴事件,提出了一种基于大气可降水量差值的方法,旨在探究GNSS站点反演的大气可降水量与大气颗粒物浓度之间的相关性.选取了位于宁夏中卫(NXZW)、北京房山(BJFS)和吉林长春(CHAN)的3个GNSS站点及附近的大气颗粒物浓度数据进行分析.结果显示,在非沙尘暴条件下,GNSS解算的大气可降水量(precipitable water vapor,PWV)精度表现良好,其与ERA5模型的PWV的差值均值和标准差均约在2 mm,证明了解算结果的可靠性.沙尘暴发生前,各站点PWV与大气颗粒物浓度的相关性均低于20%,表现出较弱的相关性.在沙尘暴期间,该相关性显著提高,尤其在BJFS和CHAN站点,PWV与大气颗粒物浓度的相关性超过60%.相位滞后消除后,NXZW站点的相关性更是达到70.25%.进一步分析还发现,沙尘暴发生时,PWV差值与大气颗粒物浓度的相关性也显著提高,其中BJFS和CHAN站点的相关性超过70%.综合分析表明,沙尘暴发生时,PWV差值与大气颗粒物浓度的相关性进一步增高,这表明大气颗粒物对PWV差值的贡献比对PWV本身的贡献显著增加,从而说明了PWV差值方法在大气颗粒物浓度监测方面的潜在应用价值.因此,本研究提供了一种新的研究思路和方法,为大气颗粒物浓度和气象条件之间复杂交互关系的进一步研究奠定了基础.

基于Galileo HAS服务的全球PWV反演验证分析

基于实时精密单点定位PPP的大气可降水量PWV反演技术近年来受到广泛研究,但目前该技术大多需利用网络通讯接收改正信息,这使其在通讯网络不能覆盖及因灾通讯受限地区的使用受到限制。2023年1月开通服务的Galileo系统高精度定位服务HAS(High Accuracy Service)为实现不依赖额外通讯手段的实时PWV反演提供了新手段。本文首先分析验证了Galileo系统HAS服务的卫星轨道和钟差改正信息精度,并将基于武汉大学IGS分析中心产品的PWV反演结果作为内部对比参考值、将基于ERA5数据及探空数据结果作为PWV结果对比的外部参考值,验证了基于HAS服务的PWV反演精度。结果表明HAS服务反演得到的PWV与两类参考值均具有较高的一致性。其中HAS服务计算得出的结果与IGS事后产品PWV解算结果的两序列差的RMS为2.91 mm,与探空数据的序列差的RMS为2.51 mm。初步验证了HAS可用于降雨的短时预报可行性。

融合GNSS和随机森林算法的FY-3D PWV高精度校正模型

FY-3D可降水量(precipitable water vapor,PWV)是我国新一代极轨气象卫星提供的新型遥感水汽产品。针对降水、云、地表反射等因素影响导致的FY-3D PWV产品精度不高的问题,提出了一种融合GNSS和随机森林算法的FY-3D PWV高精度校正模型。该模型使用随机森林算法作为核心结构,充分考虑FY-3D PWV产品的多类型影响因素,以FY-3D像元的PWV值、时间、位置、高程、地表类型以及观测姿态等特征参数为输入变量,以高精度GNSS PWV为目标变量,利用美国西部地区2020年的实测数据进行了模型训练和测试。实验结果表明,相比于初始产品和线性校正模型,该模型分别使FY-3D PWV产品的精度提高了40.68%和36.07%,说明了其在FY-3D水汽产品校正中的优越性和稳定性。

时空加权与再分析资料相结合的GNSS PWV时序填补方法

PWV是对流层中的重要参数之一,长时序连续的PWV对长期气候变化研究具有重要影响。但受外界因素影响,目前GNSS获取的PWV长时序数据缺失严重或分辨率较差,无法满足长时序分析的应用需求。针对该问题,本文提出了一种顾及时空加权的PWV长时序填补方法(STW)。该方法引入再分析资料,同时顾及GNSS站点上空水汽在空间和时间上的变化特征,并根据测站位置给予PWV时空变化不同的权值,选取中国地壳运动观测网络的实测数据和欧洲中尺度天气预报中心第五代全球大气再分析数据集进行试验。结果表明,本文提出的STW方法在不同时间分辨率的数据缺失和PWV长时序重采样方面均优于经典的线性插值和模型替换方法,可以得到更加可靠、精确和完整的PWV长时序集。

利用GPT3模型的GNSS⁃PWV计算方法

针对部分GNSS测站缺乏实测气象参数时无法实时计算可降水量(PWV)的问题,本文以长三角地区为例提出一种将GPT3模型参数与GNSS对流层总延迟(ZTD)融合获取高精度PWV的新方法。研究结果表明,GPT3模型的气象参数和各类对流层延迟参数在长三角地区具有较好的稳定性和精度,融合GPT3模型的干延迟(ZHD)、加权平均温度(Tm)和GNSS⁃ZTD所得PWV的RMS为3.56 mm,接近GNSS⁃PWV的3.74 mm,远优于GPT3⁃PWV的11.12 mm。

GPS/PWV资料同化在强降水过程中的定量作用评估

基于WRF模式及其三维变分同化系统,分别采用江苏GPS观测网的大气可降水量资料及区域内探空和地面气象站资料,对2011年8月25日江苏苏南地区的一次区域性暴雨和2008年苏皖地区的一次局地特大暴雨过程进行了同化试验,用以比较分析GPS/PWV、探空和地面观测资料同化对强降水预报的定量作用。结果表明:探空和地面资料的同化通过对模式动力和热力场的影响,在强降水中心附近形成了强烈的辐合上升运动和热力不稳定条件,直接改进了强降水中心分布结构和强度特征,对数值模拟的成功与否起着决定性作用。而GPS/PWV在探空和地面资料同化的基础上,将使水汽条件得到增强且更有组织性,无论对降水中心强度还是位置都具有较为显著的改进作用。

LAPS同化GPS/PWV资料在暴雨预报中的应用研究

利用LAPS(Local Analysis and Prediction System)系统同化GPS(Global Positioning System)/PWV(Precipitable Water Vapor)资料,分析GPS/PWV资料对LAPS输出场的影响,并结合WRF模式,将LAPS输出场作为其初始场进行降水预报,进一步考察GPS/PWV资料对降水预报的作用。选取2009年6月28日湖北地区的一次强降水过程,设计三种方案进行试验。结果表明:同化GPS/PWV资料后对LAPS湿度场有显著的改善,而对高度场及风场的作用则不明显;GPS/PWV资料对区域平均可降水量的影响比雷达资料大一个量级;与此同时,利用多种评分方法对6 h累计降水做了检验,分析结果表明同化GPS/PWV资料能够有效地改进WRF模式的初始场,增加丰富的中小尺度信息,并对随后的确定性预报产生正影响。

bbGPS/PWV资料三维变分同化改进MM5降水预报连续试验的评估

利用区域地基GPS网反演的高时空密度的大气垂直方向水汽总量,也称为可降水量(PWV),可大大弥补常规探空探测水汽资料的不足。为了全面评估区域GPS网PWV资料同化对业务数值天气预报改进程度的目的,在个例研究分析的基础上,进行了连续38天的GPS/PWV资料三维同化(3D-Var)改进数值业务预报的试验。研究方法是根据长江三角洲地区GPS气象网在2002年梅雨和盛夏季节观测的PWV资料,通过三维变分同化建立中尺度数值预报模式MM5的初始场,逐日作出长江三角洲地区24小时的降水量预报。以6小时累积雨量为对象,与未同化GPS/PWV资料的MM5的相应预报比较,通过多种评分方法,评估了GPS/PWV资料改进MM5降水预报的效果。结果表明GPS/PWV资料同化后的MM5降水预报能力在大部分时间和大部分地区都有所提高,主要是伪击率有较明显的下降,对小范围降水预报的改进更为明显。预报明显改进的区域恰好位于GPS站填补常规探空站间距较大的地区。

TCD、PWV和ABI联合检测在脑卒中早期诊断中的应用效果观察

目的探讨应用经颅多普勒超声(TCD)、脉搏波传导速度(PWV)、踝臂指数(ABI)联合检测对脑卒中患者进行早期诊断的效果。方法选择52例脑卒中患者作为研究观察组,52例健康体检人群为对照组。比较TCD单独检测与联合检测的确诊率。结果观察组患者的PWV明显高于对照组,而ABI则明显低于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05);应用TCD对脑卒中患者进行检测的确诊率为82.69%,同时应用以上三种检查进行检测的确诊率达到98.08%,联合检测的确诊率明显高于单纯TCD检测(P<0.05)。结论联合应用TCD、PWV和ABI于早期进行联合检测可以更加全面地评估脑卒中患者情况,提高确诊率,同时也可以对患者的预后进行预测,并为后续临床治疗提供指导,具有较大的临床价值,值得推广。

颈动脉粥样硬化患者臂踝脉搏波传导速度baPWV与颈动脉内中膜厚度IMT相关性研究

目的:通过联合运用多普勒超声与动脉硬化仪探讨颈动脉粥样硬化患者颈动脉内中膜厚度(IMT)与臂踝脉搏波传导速度(ba PWV)的相关性,综合评价补肾中药复方首参颗粒的临床疗效。方法:选取156例颈动脉粥样硬化患者,随机分为西药组73例和中药组83例,西药组口服普法他汀治疗,中药组服用首参颗粒治疗,疗程均为6个月。分析颈动脉粥样硬化患者ba PWV与IMT的相关性,观察两组患者治疗前、治疗后IMT与ba PWV变化。结果:156例颈动脉粥样硬化患者IMT与ba PWV之间呈显著正相关(相关系数为0.1873),两组治疗后IMT与ba PWV均较治疗前明显降低(P<0.01或P<0.05),两组间同期比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论:IMT与ba PWV可作为颈动脉粥样硬化患者临床监测的有效指标,首参颗粒可能通过降低颈动脉粥样硬化患者IMT、ba PWV进而有效干预动脉粥样硬化。

三种人群BMI、WHR、BMD以及PWV和ABI比较研究

对水上运动专业女大学生、普通女性大学生、非水上运动专业女性大学生的BMI、腰臀比、骨密度、PWV和ABI指标进行测量和比较分析,研究认为:水上运动对人体的形态具有较好的作用;水上运动对心血管的机能具有明显的影响作用;普通人群在从事水上项目时要注意进行抗阻力训练,以免引起骨质疏松。

基于PWV/ABI检测的社区中老年人血管机能状况研究

选取196名参与我院体质健康测评服务进社区活动的中老年人,使之全部完成规律运动调查问卷及(PWV/ABI)血管机能检测,以比较不同性别、年龄、运动习惯血管机能的差异.结果发现中老年人在不同年龄阶段其血压分布呈现一定的规律性,随着年龄段的增长,高血压人群比例逐渐扩大;臂踝脉搏波速度(baPWV)随着年龄段的增大而显著上升,且各年龄段之间差异显著(P<0.01);规律运动的中老年人其血管弹性优于无规律运动组(t=-2.807,P<0.01).由此得出结论:51～60岁是高血压发生的高危年龄段,处于血压高值范围内的人尤其要警惕高血压的发生;中老年人血管弹性程度随年龄段增大呈现明显下降趋势;规律运动可影响中老年人血管机能状况,提示中老年人参加规律性体育锻炼有利于预防心血管疾病.

24周太极拳运动对中老年人AIP、ABI和PWV的影响

为研究24周太极拳运动对中老年AIP和ABI/PWV的影响,将120名51~70岁中老年分为51~60岁组、61~70岁组各60人,两年龄组再随机均分为太极拳组和对照组.太极拳组进行24周24式太极拳训练,对照组保持原有生活规律.检测受试者24周前后外周血中血脂及AIP和ABI、baPWV等指标.结果显示:24周后,太极拳组TG、TC、LDL-C/HDL-C和AIP明显下降,LDL呈下降趋势,而HDL显著升高;太极拳组AIP显著下降;太极拳组和对照组ABI/L、ABI/R均未发生明显变化,而太极拳组baPWV/L、baPWV/R均显著降低,与对照组相比具有显著性差异,且51~60岁组较61~70岁组baPWV/L、baPWV/R降低幅度大.太极拳运动可显著改善中老年血脂代谢水平,降低外周血中之动脉粥样硬化指数及下肢肱踝动脉的脉搏波传导速度,以及中老年发生动脉粥样硬化的风险.

利用GNSS PWV的AOD自适应预测方法

气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)是气溶胶总含量的基本参数,对研究大气空气质量变化具有重要作用。为了探究不同类型AOD对空气质量的影响,本文提出两种基于GNSS PWV的AOD自适应预测方法。提出的方法考虑了相邻历元间AOD的时间自相关性,且模型系数能够自适应更新。一种方法是直接基于GNSS PWV对550 nm的AOD进行建模,简称TAF(total AOD forecast)模型。另一种AOD建模方法顾及了5种不同类型AOD对PWV的敏感性,简称FTAF(five type-based AOD forecast,FTAF)模型。该模型首先建立PWV与5种类型AOD的函数关系。其次,依据550 nm AOD与5种类型AOD之间的关系,确定不同类型AOD在550 nm AOD中所占的权重。最后,利用PWV预测5种类型的AOD,并通过加权平均获取最终的550 nm AOD。选取京津冀地区16个GNSS测站数据对提出模型的精度进行验证,结果发现提出的两种550 nm AOD预测模型均具有较高的精度,且FTAF模型优于TAF模型。本文提出的AOD预测模型能有效地将GNSS反演的对流层参数应用于大气环境遥感监测,为大气环境质量研究提供了一种新思路。