闪电定位密度数据泰森多边形优化方法

从识别、修订闪电定位监测数据异常值、提高闪电定位监测产品准确度的目的出发,以闪电定位栅格密度图为研究对象,结合人工观测雷电日数据及国内外对小电流幅值闪电数据剔除的研究成果,引入泰森多边形、数据分布假设检验、异常值(五数概括)处理算法等模型,建立了可用于判别和优化闪电定位监测数据栅格密度异常值的方法,以福建省为例,对该方法进行了实例应用。结果表明,在福建省西、北部区域,闪电定位监测数据存在一定探测误差或数据丢失的情况,并使用人工观测雷电日数据对这些异常值所在的区域进行了修订,该方法适用于闪电定位仪覆盖数量较少区域的闪电定位监测数据异常值识别与优化应用。

福建省闪电监测数据与雷暴日关系分析及片状函数研究

以福建省67个县市2004-2010的年雷暴日观测数据与闪电定位系统监测到的雷闪次数为数据基础,对区域雷暴日与闪电监测数据的关系进行了研究。结果表明除了福建省中部区域雷暴日与闪电监测数据的相关程度较高外,总体上福建省雷暴日与闪电监测数据间的关系呈现不规则的片状分布,论文通过数学的方法证明了该片状分布是一具有稳定形态特征的区域分布,为此论文提出了片状函数的概念,用来表达不规则片状分布数据的数学特征,通过对片状函数特征的讨论,对实践中一些看似没有相关规律的数据做了可能存在片状分布规律的猜测。

基于GIS的网格化雷电灾害风险评估模型及其应用

在分析雷电灾害风险评估技术发展现状以及大片区化工厂、建筑群雷电灾害风险特点的基础上,提出了基于地理信息处理技术的网格化雷电灾害风险评估模型,建立包含高势层及其梯度、土壤散流层及其梯度、雷击密度层、直击雷防护效率层、电气电子设备抗雷击风险值、雷击燃爆风险值、人员密集度等指标在内的多层网格化雷电灾害风险评估模型,并以某化工厂的雷电灾害风险评估为例,对模型的应用做了示例,对模型在实践应用过程中可能遇到的问题、模型未来可能改进的方向做了讨论。

应用系统分析与事故树模型的设备雷电灾害风险评估

分析目前国内雷电灾害风险评估发展现状,针对精细化雷击风险评估需求,以某大桥塔体电梯雷电灾害风险评估为例,在对雷击损坏途径进行系统分析的基础上,引入事故树(FTA)分析方法对电梯雷击损坏事件的致因关系进行了建模、分析与评价,得出电梯雷击损坏事件发生的年预计概率、导致雷击电梯损坏事件发生的关键以及最佳控制雷击电梯损坏事件发生的最有效因素。

福建省地闪时空分布特征分析

为了给防雷减灾工作提供必要的参考依据，以福建省2007—2011年闪电监测资料及ASTERGDEM高程数据为基础，运用数理统计方法并结合SURFER及ARCGIS软件，详细分析了福建省地闪的时空分布特征。研究表明：正／负地闪活动均在8月最为强烈，负地闪主要集中在5～9月，正地闪在12～3月发生概率较高；一天中，负地闪在13：00—20：00发生最为频繁，正地闪迟于负地闪，并在凌晨存在一小高峰；正地闪强度中位数呈现较为显著的月变化，负地闪则不明显；一天中各时段都以0—37．5kA的地闪为主，但任何时段都可能发生强地闪；地闪密度分布受地形影响较大，受流域分布影响小，地闪密集地带多处于丘陵与平原交接地带；地闪强度中位数在沿海海岛较大；正／负地闪密度及正地闪强度中位数与海拔存在着非线性关系，负地闪强度中位数随海拔变化不明显。

基于雷电临近预警技术的主动防雷应用

为了使雷电临近预警技术在雷电灾害防御业务中更好地发挥作用,针对电子系统的雷电灾害特点,在传统被动防雷技术基础上,提出基于雷电临近预警的主动防雷技术,应用雷电临近预警和远程控制等技术,开发以B/S结构为架构的雷电临近预警应用系统。对2013年8月一2014年8月福建省泉州市4个无线电监测站的主动防雷应用效果进行两种方法的预警效果检验。检验结果表明:主动防雷技术是对被动防雷技术的一个较好的完善和补充。采用闪电数量对比分析,4个监测站的有效预警率为69%,采用预报评分方法对比分析,4个监测站的平均准确率为53%,对雷电活动发生较为集中的区域预警效果较好,对雷电活动发生较为零散的区域预警效果有所降低。

基于综合评价算法的雷电灾害易损度区划模型研究

选取落雷密度、雷灾发生率、雷灾经济损失率及雷灾生命损伤率为评价雷电灾害易损性的指标,运用解析几何的直线方程对指标数据进行了标准化,引入层次分析法对评价指标数据真实性程度对结果的影响进行了修正,采用聚类分析方法对总易损度值进行更为合理科学的区划分级,并以福建省为例对新模型做了实例计算。结果表明,综合评价算法模型在关系计算、级别区划、结果分析等方面体现出一定的数学优势,能较细致、完整地反映出雷灾易损度区划指标之间的联系及各指标因素对雷灾易损度的综合影响关系。

区域雷电灾害风险评估模型与应用

在分析国内雷电灾害风险区划发展现状进行的基础上,从区域雷电灾害事前风险评估的角度出发,采用灾害评估的承灾体、致灾体模式,引入雷电风险、地域风险和承灾体风险作为评估指标,针对每个指标选取与其发生紧密度较高的参数作为2级评价标准,对区域雷电灾害风险进行基于事前致灾因子的区域雷电灾害风险评估研究,并以福建省为例,应用该模型进行了计算。结果表明,基于承灾体、致灾体模式的区域雷电灾害风险评估模型能较好地反应出区域雷电灾害发生的损失程度,对于行政区域范围的雷电灾害风险度区域与政府决策支持具有积极的指导意义。

基于GIS的闪电数据可视化监测与统计分析系统

基于ArcEngine开发平台,结合大型网络数据库sqlServer2005,设计并实现了基于GIS的闪电数据可视化监测与统计分析系统。有效地将闪电数据与GIS平台进行无缝对接,实现其相关数据管理、查询以及时空统计分析等功能,为气象部门进行有效的雷电灾害监测,更好地掌握雷电发生的规律提供有利的可视化平台,同时也为GIS与气象专业领域的结合进行了有益的探索。

基于ARIMA模型的福州市雷暴日趋势分析

在分析ARIMA(p,d,q)预测模型的基础上,以福州市1961-2006年的雷暴日为时间序列基础,通过对该序列进行平稳性分析、差分处理、自相关、偏自相关系数计算与绘图、ARIMA建模、参数估计、假设检验及模型预测,将ARIMA模型运用在雷暴日的趋势分析上.研究结果表明,ARIMA能很好地拟合计算出未来短时段内的数据,可以应用于实际的雷暴日分析.

福清市雷暴日分布趋势研究及其在雷电灾害风险评估中的应用

以福清市1961—2007年总雷暴日观测数据为样本,对福清市雷暴日的极端值和短期预测值进行研究与应用。采用频数分析的方法拟合得到福清市年总雷暴日的概率密度分布函数,由此计算得到福清市年总雷暴日的极端数值,并对福清市年总雷暴日观测数据进行趋势分析及多元回归预测,为雷电灾害风险计算中雷暴日参数的选取提供了参考。

基于闪电距离判定、雷达产品阈值控制的雷电预警算法研究

从研发专业雷电临近预警服务产品及提高其时效性的目的出发,以0.01°×0.01°栅格、6min为一个预警单元,在雷达阈值控制的雷电临近预警模型的基础上,对每个预警网格进行前5个时段内所发生闪电与网格的距离计算,按闪电逼近网格的距离和变化趋势确定预警规则,生成当前时刻往后6min栅格、重点区域雷电发生情况的临近预警产品,并对模型的预报成功率进行了定量和定性化的评估,结果表明该模型相比传统依靠雷达阈值控制进行雷电临近预警的方法在栅格、区域的预报准确率都有一定的提高,计算速度快,可以较好地被应用到实际特别是专业雷电临近预警服务中。

基于遥感影像大数据、卷积神经网络的福建省有效致灾雷电分布模型及应用

为了研究福建省有效致灾雷电的分布情况,基于福建省2004—2012年闪电定位数据及雷击人员伤亡数据、福建省L17级谷歌遥感影像瓦片,引入卷积神经网络模型对遥感影像所在区域是否属于人员活动的属性进行建模、训练和预测,得到福建省人员活动属性的格点产品,结合福建省历史雷电数据对有效致灾的雷电分布情况进行了分析,结果表明:(1)设计的遥感影像+CNN识别模型具有一定的可行性和准确率,通过显著性水平为0.01的假设检验;(2)福建省有63.55%的格点为无人员活动区域;(3)平均有45.36%的闪电落在无人员活动的区域,因地制宜地对其他致灾闪电进行预警是提高应急减灾服务效果的可行途径;(4)有效致灾雷电密度与历史雷击人员伤亡数据的相关性远大于常规雷电密度与历史雷击人员伤亡数据的相关性,有效致灾雷电分布在表征雷电灾害上比常规雷电分布更具有指示意义。

基于卷积神经网络的雷电临近预警模型

从研究人工智能雷电临近预警模型的目的出发,以卷积神经网络模型为基础,结合多个时间序列的雷达产品(组合反射率、液态水含量、回波顶高)与闪电数据,对雷电临近预报方法进行基于卷积神经网络结构的应用,以福建省2017—2018年雷达、闪电数据为样本完成了模型的训练与预测研究。训练结果显示,15~30 min模型训练样本测试集准确率为0.7985;选取福建省2019年20个雷电过程验证分析表明,15~30 min模型对动力抬升型雷电过程预警TS评分为0.716,夏季局地热雷暴预警TS评分为0.694,与常规采用雷达、闪电阈值控制的雷电预警算法相比,准确率有一定的提高,具有一定的实践意义。

福建省多回击闪电特征参数的统计分析

选取福建省2013—2015年ADTD闪电定位资料,根据多回击闪电特征,借鉴多回击闪电判别指标,对闪电资料进行回击归并处理,重点统计分析同期福建多回击闪电的分布规律与特征参数。结果表明:福建省多回击闪电占比为30.58%,平均回击次数为1.49次,其中正、负极性闪电平均回击数为1.02次和1.52次,负极性多回击最多包含12次回击,而正极性多回击最多包含4次回击;正极性多回击闪电的首次回击和继后回击的平均电流强度分别为45.03 kA和26.81 kA,最大电流强度分别为163.13 kA和149.21 kA,负极性多回击闪电的首次回击和继后回击的平均电流强度分别为-11.52 kA和-9.23 kA,最大电流强度分别为-103.71 kA和-96.12 kA,首次回击的电流强度多数大于继后回击的电流强度;回击间隔时间呈准正态分布,其中间隔时间为60~90 ms的回击次数最多,其算术平均值为135.36 ms;正、负多回击次数的日峰值分别出现在17时和16时,5—9月为多回击闪电的高发期。

基于GIS图层叠置法的精细化雷电灾害易损度区划模型

本文从雷电致灾因子、孕灾环境和承灾体方面研究雷电灾害风险评估及区划方法,根据自然灾害系统理论和自然灾害风险评估理论,以福建省三明市为例,利用气象探测资料、地理信息数据、社会经济发展规模、人口密度、土地利用现状以及雷电灾情等数据,采用统计方法、灾情解析、调查问卷确定权重等方法,建立起评价指标与风险评估的定量关系,利用GIS技术将易损性构成要素进行图层叠置,在GIS平台上将所有数据落实到1km×1km的格栅上进行处理,各地的雷电灾害易损性便以1km×1km的单元进行计算量化,最终得到精细化的雷电灾害易损性风险区划图,完成基于GIS图层叠置法的精细化雷电灾害易损度区划模型研究,形成较科学的雷电灾害风险评估及区划技术方法体系,具有很好的应用推广价值,为发展智慧气象,提升防雷减灾公共服务能力提供科学参考,对开展雷电监测、预警、预报以及防雷减灾研究都具有重要意义。

雷电学科发展与福建省雷电灾害防御研究报告

雷电是大气电学研究的重要内容之一,雷电发生时伴有高电压、大电流和强电磁辐射,瞬间释放巨大能量,雷击易造成人员伤亡和财产损失,严重影响经济与社会发展。减少雷电灾害的影响,对雷电的监测、预警和灾害防御等技术提出了更高的需求,该报告主要阐述雷电学科发展前景及雷电灾害防御展望。开展雷电综合监测业务是提高雷电预警、防护及机理认识的关键。福建省雷电学科发展以业务需求为导向,开展应用型业务技术研究,建立自然闪电观测试验基地,开展自然闪电精细化监测,研发融合多种观测资料的雷电临近预警关键技术,建立雷电灾害风险区划模型等工作,全面提升雷电灾害防御的科技支撑能力,为雷电灾害防御提供科学决策依据。

多时段、多近邻处理的网格化气象预报神经网络模型研究与应用

为研究建立网格化气象预报神经网络模型,对人工智能网格化气象预报可能涉及的气象数据特征进行了讨论,提出采用“多时段、多近邻模式”进行人工智能网格化气象预报的方法;以雷电临近预警预报的神经网络模型研究为例,对该方法进行实例检验:选取闪电、雷达组合反射率、液态水含量、回波顶高等参数,经处理后得到1296个输入维度的神经网络模型。该模型以福建省2016年、2017年历史闪电数据进行训练,测试集准确率最终维持在95%左右;使用福建省2018年5~8月的数据对模型的准确率进行了检验,相比常规预报算法准确率提高了13.9%。结果表明,应用“多时段、多近邻模式”处理网格化气象预报大类别量输出的思路是可行的。

超强台风“玛莉亚”闪电活动特征分析

采用中国气象局提供的台风数据,全球闪电定位系统、福建省三维闪电定位系统提供的闪电数据以及福建省气象局提供的雷达数据,分析直接登陆福建的最强台风1808号超强台风“玛利亚”的闪电活动特征。结果表明,闪电活动主要发生在气旋稳定期与消散期的内核与外雨带,在台风强度迅速增强期间内核闪电活动最活跃,内核闪电的突然爆发对气旋强度加强有一定指示作用,台风登陆前闪电活动锐减,登陆一段时间后闪电陡增而后快速减少。闪电活动区域与雷达回波高于35 dBZ区域存在较好一致性。

雷电灾害预警关键技术研究与应用

针对雷电灾害损失居高不下，传统防雷技术难以满足现代防雷减灾的发展需求，结合雷电临近预警技术和“互联网＋”自动控制技术，提出了主动防雷技术。创建精细化雷电临近预警指标体系，开发了福建省雷电预警应用系统、自动识别雷电预警级别、自动生成雷电预警控制指令、自动通过远程控制装置和电操执行机构对闪电电涌入侵通道进行阻断隔离，实现对雷电灾害的自动规避。