人工增雨(雪)三要素作业潜力指标分析及其应用

对2015—2016年秋冬季4次小雨过程云中液水含量、地面降水量和近地面大气细颗粒物浓度PM_(2.5)三要素观测资料统计,得到47个数据组个例,根据冷云催化和天气动力学原理,在对47例增雨(雪)潜力定性分析基础上,结合大气污染数值模拟结果对三要素关联性进一步综合分析,探讨和研究了三要素组合的潜力量化指标。即地面未降水时作业潜力指标为:1.5>N>0.1,PM_(2.5)<78;2.5>N>1.5,PM_(2.5)<86;N>2.5,PM_(2.5)<93。地面降水时的作业潜力指标为:1.5>N>0.1,R<1.9,PM_(2.5)<78;2.5>N>1.5,R<2.6,PM_(2.5)<86;N>2.5,R<2.8,PM_(2.5)<93(其中N、R、PM_(2.5)分别为小时云中液水含量、地面降水量和近地面细颗粒物浓度)。采用C#.net编程技术,开发了三要素潜力分析平台并投入业务应用。利用2018—2021年39次小雨过程对三要素潜力指标进行分析和验证,分析平台均适时输出潜力判别结果,经统计准确率达87%;选取2019年4月13日一次作业实例,对大气污染条件下的降雨过程结合三要素潜力等综合分析,取得预期效果,为人工增雨(雪)科学作业决策提供了依据。

0℃层高度的变化对冰雹融化影响的分析和应用

通过冰雹融化过程的热量平衡公式得到0℃层高度与冰雹融化能力的近似关系,分析小尺度冰雹条件下0℃层高度对0℃层冰雹半径和地面冰雹半径的影响。结果表明:地面冰雹半径随0℃层冰雹半径和0℃层高度变化,设定冰雹云判别的雷达回波高度和中心强度等指标时应考虑0℃层高度变化的影响;0℃层高度在2000~6000 m范围内时,0℃层冰雹最小半径临界值在0.32~1.08 cm,临界降雹的最小上升气流速度在11.5~21.2 m·s^(-1);结果分析可初步了解0℃层高度对冰雹融化的影响,为冰雹预报及人工防雹作业提供重要参考依据,降低通过WSR-88D增强HDA算法做冰雹尺寸预报的虚警率。

雷达定量测量降水中的异方差性及加权判别函数处理

利用Z-I关系法,通过2006年两次积层混合云降水过程的回波和雨量资料分析A,b值的变化规律。针对Z-I关系的非线性和不稳定性,发现Z-I统计关系拟合中存在着异方差性,提出了对传统的最小二乘法和最优判别函数法进行加权处理的方法,并与其他方法的计算结果作了对比分析。研究结果表明:使用加权判别函数法,可以在符合Z-I关系实际变化规律的前提下抑制异方差性在计算过程中的不稳定,同时保持回波反演降水与实测降水之间的偏差最小化。

线性回归模型的最小二乘法基本假设在Z-I关系拟合中的应用

由于Z-I关系的非线性,线性回归模型中常规最小二乘法的一些基本假设在拟合过程中无法满足。研究表明使用不同的计算方法,同样的数据可能得到差异明显的A、b值。本文从常规最小二乘法基本假设入手,通过2006年大连地区两次降水过程的回波和雨量资料,对不同Z-I回归模型中关于误差项的物理意义、期望和方差进行比较,提出在Z-I拟合中采用加权最小二乘法。

旅顺口北海风能资源分析

利用1992～2002年旅顺口北海电接风记录仪连续观测资料,分析其当地有效风时数、平均有效风能密度以及有效风能等风能参数的特征和规律。分析结果表明:北海地区地形效应显著,风能资源丰富,具有开发价值。

碧流河水库流域人工增雨的强降水天气类型分析

利用 1 992～ 2 0 0 1年人工增雨主作业期内大连碧流河水库流域 1 3个雨量观测点的降水量资料 ,结合天气图 ,分析降水过程开始时的天气形势和高低空系统配置 ,对降水天气进行分类。结果表明 :冷涡型、台风型、切变型、副热带高压后部西风槽型可作为实施人工增雨作业的天气系统。

大连地区冰雹气候特征及防雹天气预警概念模型

利用近20年大连地区7个测站的降雹观测记录和气象资料,分析了大连地区冰雹的分布规律和气候特征;对大连地区产生降雹的天气背景条件及相关气象要素进行了系统的总结,归纳了大连地区防雹作业的天气预警指标;并根据各项防雹预警指标着重研究了3种主要的大连市防雹作业天气概念模型,为更好地科学组织防雹作业提供基础。

多普勒雷达特征参数在人工防雹决策中的应用

对大连地区2003—2008年多普勒雷达观测到的37个冰雹和强雷雨个例雷达体扫资料进行PUP软件计算和处理,得到了每个个例雷达回波强度、回波顶高、30 dBz强回波中心高度、强回波顶高和垂直积分液态水含量几个主要雷达参数值、以及各参数随时间的变化特征,总结了冰雹云识别的雷达技术指标模型;根据大连地区降雹特点,将冰雹云分为强(超级单体)雹云、多单体雹云和单体雹云三类,总结了冰雹云类型判别的雷达指标(即防雹作业决策指标)。

大连市人工防雹作业与概念模型的研究

对大连地区2003年以来多普勒雷达观测到的29个降雹个例雷达体扫资料进行了PUP软件计算,得到每个个例的回波强度、顶高、30 dBz强中心高度、强回波顶高和垂直积分液态水含量的主要雷达参数值,将冰雹(强对流)云分为单体、多单体和强(超级)单体雹云三类,并总结了防雹作业判据指标;对3种类型实例的多普勒雷达PPI和RHI雷达回波强度和速度场进行分析,总结了3种不同类型冰雹云实例的防雹作业概念模型;集成了最新防雹催化理论和研究成果,结合作业实践,研究和设计了大连市防雹作业技术方案,以期为雹云判别和防雹概念模型及作业提供参考依据。

一次层状云火箭增雨作业效果分析

文章采用统计检验和物理检验方法对2015年4月12日大连市出现的一次层状云降水过程进行了火箭增雨试验和作业效果评估,结果表明,通过作业区和对比区雨滴谱分钟雨量观测值与拟合值的对比计算发现,被催化云体在催化后的30～50 min内产生了最大雨强和降水,其相对增雨量达到49%（α〈0.001）,显著性较高;同时,催化云体的雷达回波强度、回波面积、降雨时间,以及雨滴谱的变化特征等均表现了很好的物理效应,增雨试验效果显著。

火箭增雨作业部位和催化剂量的确定

讨论了采用新一代多普勒雷达指挥火箭增雨作业时,对大连地区不同类型云催化时目标云选择、催化潜力判断、催化时机把握、催化部位确定的技术思路和方法。

大连市大气污染天气特征及污染成因模拟分析

利用大连市2014～2015年地面观测资料、高空地面形势场和2015年12月NCEP/NCAR再分析资料,结合WRF-CMAQ数值模式,对大连市污染天气特征和污染过程的成因进行分析研究.结果表明:2014～2015年大连市共有大气污染日数145d,占20%,大气污染天气过程35个;发生大气污染时的高空形势场主要为槽后脊前的西北气流场,占63%,槽前西南气流场次之,占21%,槽区、脊区各占6%;地面形势场主要表现为风速较小的均压场(68%)和等压线密集风速较大的非均压场(32%)两种气压场.2015年12月出现的5次污染过程中,大气层结均为稳定层结,且近地面水平风速均值较小,对污染物垂直方向和水平方向上的扩散起到抑制作用,导致空气质量恶化;模拟结果发现大连市冬季污染过程中大气气溶胶的的主要成分是硝酸盐、铵盐和硫酸盐等细颗粒物,其中硝酸盐占比最大,且污染过程的增幅最为明显,说明机动车和燃煤排放已对大连市城市污染的形成产生重要影响.

一次大气污染过程的降水天气特征及相关分析

本文分析了大连市2015年11月16日一次污染过程的降水(降水量为5mm)天气特征及NCEP/NCAR再分析资料,结果表明,天气形势场为典型的大连秋、冬季的高空槽降水,而大气层结无论是在污染前期,还是污染后期的降水阶段均为稳定层结,有逆温层存在;空气上升运动于降水前持续了较长时间(近十几小时),表明近地面细颗粒物(PM_2.5)随着上升气流会源源不断输送到高空,其中部分颗粒物转化为云中冰核,补充了降雨云中冰核数;同时,对本次污染降水过程及大连近两年秋、冬季另外三次小雨(降水量<5mm)降水过程的云中液态水含量、地面降水量和PM_2.5的小时观测值及其变化进行了详细讨论和分析发现,当PM_2.5浓度较低时,降雨云中的冰核数缺乏,地面降水较小,适合实施人工增雨(雪)作业,增加云中冰核及地面降水,当PM_2.5浓度较高,特别是出现大气污染时,降雨云中的冰核数会相对增加(甚至过量),地面降水较充分(或出现消减雨情况),此时人工影响作业应根据实际情况减小作业剂量,或减少作业。此外,相关综合分析表明,大连市大气污染源有两种,一为本地源,二为外来源;一定程度的降水对本地源大气污染能起到沉降作用,对外来源不明显。

基于模块化设计的数字雷达人工增雨作业指挥系统

以计算机模块化设计为基础,将火箭人工增雨流动作业决策指挥系统分为6个模块:(1)雷达产品的自动生成,(2)增雨潜力分析和车辆调度,(3)云状自动识别,(4)作业条件判断与参数输出,(5)再作业自动判别,(6)作业结束判断。最后以这些模块作为系统的框架,利用概率分布函数自动判别回波的移向移速;采用SHY95算法和BL算法,基于神经网络的模式识别方法自动识别云状。通过人工影响天气最新研究成果、雷达图像和地理信息图像叠加、雷达产品二次开发等综合技术集成,实现了自动化程度较高的,火箭增雨流动作业的科学决策指挥系统。

火箭增雨作业中雷达和3S技术的应用

为了提高作业的科学性 ,采用新一代多普勒雷达和 3S技术指挥火箭车适时科学流动作业 ,在分析当地天气特点、雷达回波特征以及充分运用现有人工影响天气技术的基础上 ,运用多普勒雷达指挥作业对不同类型云进行催化时目标云的选择、催化潜力判断、时机把握、催化部位的确定等关键问题进行了研究。提出了包括雷达监测、判别指标、作业参数生成和效果反馈分析等内容的新一代火箭增雨作业技术方法 ,并运用 3S技术对作业车辆实时定位跟踪 ,适时调整 ,科学指挥火箭车流动作业的技术思路。

大连市火箭人工增雨流动作业技术与业务流程

文章通过统计和分析大连地区1975—2004年30年过程降水≥5 mm的40个天气样本资料,总结了主要降水形势为大槽型、中纬度系统型、北涡型和南涡型4种类型;同时分析了2003年6—10月过程降水在5 mm以上的22个多普勒雷达观测个例,总结得出大连地区主要降水云系为层状云和积层混合云,且积层混合云多于层状云,表明大连地区更适宜开展火箭增雨作业,进而统计和建立了火箭增雨的雷达作业预警、决策判别指标模型;并研究了通过自然降水落区与社会需水综合分析确定作业区域的技术方法;根据雷达预警判别指标权重分析,侧重研究了作业车辆适时调度技术方案及业务流程,为火箭人工增雨科学、高效作业提供保障。

多普勒天气雷达速度场特征及在人工增雨中的应用

对大连2003—2005年降水天气过程的多普勒雷达速度场资料进行统计和分析,得到几种雷达回波速度场特征对降水变化及人工增雨作业的影响,总结了雷达回波速度场的零速度线呈"S"型、"弓"型和速度不对称型几种常见的分布特征对人工增雨潜力分析和作业条件判别的辅助判据指标。并结合EVAD技术和变分法定量计算大气平均散度和垂直速度方法,对大连2006年夏季一次人工增雨作业过程进行了分析,得到了回波速度场特征与计算的平均散度和垂直速度的较好的配合关系。

大连市人工防雹决策指挥系统

利用大连历史气象资料,系统地分析并建立了防雹作业预警和决策判别指标体系,归纳了防雹概念模型,借鉴最新防雹技术理论、科研成果和作业实践对防雹作业技术方案进行了科学设计和研究。在MICAPS平台基础上,采用新一代天气雷达先进的开发技术,综合集成了雷达探测、卫星遥感、气象探空、地理信息、闪电定位,以及人工防雹最新研究等综合技术,研发出适合大连地区特点的具有防雹作业预警、雹云识别、作业决策判别、作业方案确定、实时效果分析等功能全、自动化程度高、操作简便、科学实用的市级人工防雹决策指挥系统。该系统建成后可投入防雹作业业务使用,且标准化的软件编程也便于系统推广应用。

GRAPES模式对2005年登陆强台风预报检验分析

针对2005年4个登陆强台风,在台风移动路径、登陆时间、地点、强度等方面,对GRAPES模式的预报能力进行检验评价,并进行了误差原因分析。检验结果显示,GRAPES模式台风中心位置预报24 h平均误差131 km,48 h平均误差252 km。模式预报台风登陆的时间、地点接近实况,预报比较准确;台风登陆时的强度预报偏弱。模式48 h预报准确性略低于24 h。误差原因分析表明,需要加强对非常规观测资料的同化应用,改进模式初始条件;提高模式分辨率,使得模式对中小尺度系统的预报模拟能力增强;改进模式地形的精细处理方法,提高模式对地形影响涡旋移动的模拟能力。

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。