RMAPS模式预报总辐射的3种订正方法应用

为降低光伏功率预测中预报总辐射误差且探讨各类订正方法的适用性,分季节对比分析逐步回归、支持向量机(SVM)和相似误差订正(AnBC)方法对快速更新多尺度分析和预报系统短期预报总辐射的订正效果.结果表明,订正后明显降低了预报误差,一定程度上改善了预报总辐射分布较分散和偏大的情况.酒泉鸿坤光伏电站秋季逐步回归订正效果相对最佳(平均绝对偏差(M_(AE))降低4.56 W/m^(2)),冬季、夏季和春季均是AnBC效果相对最佳(M_(AE)依次降低10.33、12.71、44.27 W/m^(2));敦煌电建汇能光伏电站秋季和冬季均是SVM订正效果相对最佳(M_(AE)分别降低4.73和7.85 W/m^(2)),夏季和春季均是AnBC效果相对最佳(M_(AE)分别降低16.24和34.17 W/m^(2)).两座电站逐小时误差分布显示AnBC效果相对最佳;就各季节相对最佳订正方法而言,订正后春季提高时次百分比最高(酒泉鸿坤为73.88%,电建汇能为77.28%).晴天SVM订正效果最明显,非晴天AnBC效果最明显.

2022年陇南“4·19”强对流天气成因及其对配电线路故障的影响分析

配电线路长期暴露于自然环境下,易受强对流天气影响而发生故障。2022年4月19日午后,受大风、雷电等高影响天气影响,陇南市13条配电线路先后出现故障。利用陇南市自动气象观测站的极大风速和闪电定位数据以及风云4A(FY-4A)红外云图、探空资料、多普勒天气雷达等资料,对此次强对流天气过程及其对电网影响进行分析。结果表明:(1)此次强对流天气以雷电、雷暴大风天气为主,西和、礼县、武都、康县等县(区)出现大面积用户停电和电力负荷损失等不利影响。(2)强对流发展主要受高原槽和切变线共同影响,在“上冷下暖”的大气层结不稳定条件下,由地面辐合线触发较强的雷暴大风天气;卫星云图和雷达回波也显示对流云团的发生发展与地面雷暴大风相吻合。(3)陇南市配电线路故障范围分布与强对流天气发生时间和过境路径基本一致,利用逐10 min极大风速和闪电定位数据,探讨得出当极大风速值超过15.0 m·s^(-1)、或正地闪电流强度超过43 k A、或负地闪电流强度超过26 k A时,配电线路发生故障的可能性较大。

基于Logistic回归和神经网络的甘肃省道路结冰预警模型研究

为更好地开展公路交通道路结冰预报预警服务工作,利用甘肃省道路结冰高发区路段(甘肃武威以东)的交通气象站逐小时观测资料,分析道路结冰空间分布特征,探讨道路结冰与气象要素的相关性,采用Logistic回归法和神经网络算法构建道路结冰预警模型。结果表明:甘肃省道路结冰主要集中在冬季(12月至次年2月),其中00:00—10:00和22:00—23:00(北京时)出现道路结冰的频率较高。Logistic回归模型和神经网络模型对未发生结冰事件的预测准确率较高,分别为91.9%和96.2%;针对发生结冰事件,Logistic回归模型的预测准确率较低,为31.6%,而神经网络模型的预测准确率可达44.6%,说明2种模型对道路结冰预警有一定指示意义,神经网络模型预测效果优于Logistic回归模型。

张掖市森林草原火险气象等级预报技术

根据张掖市林业和草原局1988—2021年张掖市发生森林草原火灾实况数据,建立张掖市森林草原火灾数据资料库,选取张掖地区1988—2021年月降水量、平均气温、平均相对湿度和平均2 min风速数据,利用Matlab线性回归分析法,得出张掖市森林草原火灾与气象条件的密切关系,确定各因子的权重系数。研究张掖市森林草原火险气象等级周预报,利用降水实况、GRAPES_GFS数值预报场数据,运用数理统计方法,采用修正后的布龙-戴维斯方案计算森林草原火险气象指数,并应用ArcGIS绘图软件的制图分析功能,融合空间地理信息,实现张掖市森林草原火险气象等级周预报可视化。将预报产品与甘肃省气象局下发产品进行对比分析,并采用张掖市林业和草原局收集的实况数据进行检验,结果表明,该预报技术可靠性较高。

西北地区气候暖湿化增强东扩特征及其形成机制与重要环境影响

西北地区地处欧亚大陆腹地,水汽来源匮乏,干旱是其主要气候特征。近年来随着区域降水的不断增加,中国西北暖湿化问题引起国际及国内相关领域科学家和社会各界的广泛关注。为了揭示中国西北气候暖湿化增强东扩特征与形成机制及其重要环境效应,科学回应社会关切,研究团队利用多源融合数据,从多尺度、多维度对中国西北暖湿化问题开展全面深入研究,发现了西北湿化趋势具有显著的非线性增强特征,且湿化正在向东扩展,本世纪内西北仍维持暖湿趋势,明确了西北陆面蒸散对气候变暖具有特殊的负反馈机制,揭示了西北湿化趋势受多因子综合驱动机制;评估了西北暖湿化对区域生态环境、水资源、农业生产和粮食安全的重要影响及其互馈效应;提出了应对西北暖湿化的技术对策,形成了“西北地区气候暖湿化增强东扩特征及其形成机制与重要环境影响”系列研究成果。基于研究的重大决策咨询报告为新时代西部大开发和黄河流域生态保护和高质量发展等国家战略发挥了重要决策支撑,成果也受到国际学界广泛关注,并入选2022年度“中国生态环境十大科技进展”。

中国干旱状况的时空分布特征及影响因素

基于高分辨率CRU数据集1950-2009年的逐月资料,计算湿润指数,采用回归分析和偏相关方法分析中国区域干湿变化特征及原因.结果表明,1950-2009年中国总体呈现明显的干旱化趋势,以秋季最为显著;中国降水量呈现微弱的增加趋势(0.04 mm/10 a),潜在蒸发量呈现显著增加趋势(0.71 mm/10 a),潜在蒸发量的显著增加促进了中国干旱化.湿润指数变化的空间分布在东部和西部地区呈相反的趋势,降水量减少而潜在蒸发量增加的共同作用成为东部地区干旱化的直接原因;降水量增加而潜在蒸发量减少(微弱增加)为西部地区干旱适度缓解的直接原因.太阳短波辐射对潜在蒸发量的影响最大,其次为平均温度、水汽压、温度日较差、云量和降水量.

泛中亚干旱区气候变化特征分析

利用Climatic Research Unit(CRU)1949—2018年最新0.5°×0.5°网格点月均数据集,主要从EOF分解、小波分析的角度,讨论了泛中亚干旱区近70 a的气候变化特征。结果表明:(1)泛中亚干旱区近70 a降水以1.393 mm·(10a)-1的速率呈增加趋势,夏季降水呈减少趋势,其余三季为增加趋势,其中冬季最明显[0.834 mm·(10a)-1],同时冬季增温幅度也最大[0.360℃·(10a)-1];(2)降水距平场的EOF分析表明:泛中亚干旱区降水变化趋势呈整体一致性(降水第一模态),西南-东北反向变化特征(降水第二模态),由西向东“-+-”交替分布特征(降水第三模态),3个模态都存在显著的准3 a周期,第一模态还存在5~7 a和准12 a周期,第三模态存在准7 a变化周期;(3)温度距平场的EOF分析表明:温度距平变化表现出整体一致性(温度第一模态),东-西反向变化特征(温度第二模态),第一模态具有显著的准2 a、8~10 a周期,第二模态具有明显的2~4 a、准5 a周期。传统意义上的暖季并没有呈现出比较明显的增温多雨,冷季反而增温幅度更大,降水增加更明显。哈萨克斯坦中部、土库曼斯坦及蒙古国大部干旱化趋势明显,哈萨克斯坦东西两侧、我国新疆北部以及帕米尔高原的部分地方表现出显著的湿润化趋势,我国西北大部地区总体呈弱的湿润化趋势。随着亚洲夏季风的减弱,冷季降水增量高于暖季,这似乎说明亚洲冬季风对泛中亚干旱区降水的影响正在加大。本研究结果旨在加深对泛中亚干旱区气候变化特征的认识,为进一步防灾减灾、合理应对气候变化、坚持可持续发展战略提供科学依据。

河西走廊中部连续两次强对流天气对比分析

利用常规气象观测资料、卫星云图、雷达图及Ecmwf_thin数值模式,对2021年6月6日和8日河西走廊中部连续出现的两次强对流天气进行对比分析,结果表明:两次强对流天气属于不同类型。卫星和雷达在强对流天气的短时临近预报预警中发挥了极为重要的作用。虽然欧洲中心数值预报对大尺度环流形势的预报能力较强,但对中尺度辐合中心的预报和物理量的预报能力不足,导致对强对流预报的效果不佳。因此,在今后的实际工作中还需进行更多的个例总结,以提高强对流天气的预报能力。

北京一次暴雨过程的成因分析

2011年6月23日下午到夜间,受蒙古低涡东移南下天气过程及冷暖空气共同作用影响下,北京地区出现了强雷雨天气过程,局部地区降雨量达到大暴雨标准。此次大暴雨过程具有突发性、局地性、短时性和高雨强等特点。利用常规天气资料、fnl再分析6 h资料等,对此次大暴雨过程进行了分析,并对其成因作了初步讨论。结果表明:东移南下的蒙古低涡及北京北部、贝加尔湖以东的外蒙古境内的阻塞高压为此次天气过程的影响系统,北京地区处于低槽前部的不稳定区。由垂直速度场可以看出,北京地区处于垂直速度大值中心,同时位温随高度增加而减小的分布状况,表明暴雨发生时北京地区大气层结是极不稳定的,地面低压辐合带配合高空东移的横槽造成高低空辐散带叠加,产生了极强的上升运动,有利于大暴雨的发生发展。近地面东南风将渤海的水汽源源不断地输送到北京地区,借助强的上升运动,在高空呈现很强的水汽通量辐合,为大暴雨的发生提供了充足的水汽条件。

甘肃高速公路山区段路面温度特征及其预报模型

利用G30连霍高速甘肃段沿线麦积山隧道、乌鞘岭交通气象监测站的路面温度、气温、露点温度、相对湿度、风速、降水等逐时资料,统计分析了两站不同季节、不同海拔高度下路面温度与气温的差异与联系,讨论了路面温度与其他气象因子的相关关系,基于逐步线性回归方法建立路面温度统计模型,并对模型预报效果进行检验。结果表明:各个季节,甘肃山区高速公路路面温度和气温都是日出后快速升高,日落后逐渐下降,且路面温度的升、降幅度均快于气温。较低海拔站点的路面温度高于高海拔站点,但最高值出现时间、两站温差有所差异。其中,秋、冬季两站路面温差夜间大于白天,而春、夏季则昼夜相差不大。最低、最高路面温度统计模型的预报结果与实况变化趋势接近,但最高路面温度个别日期预报值与观测值偏差较大,在实际业务中应考虑各种实时气象条件及地形条件,对模型结果进行适当订正。

中国北方四类典型下垫面能量分配特征及其环境影响因子研究

中国北方疆域辽阔,多种植被类型交错分布,陆面过程较为复杂。研究该区域地表能量平衡及分配过程,有助于进一步了解其生态系统的生产力及气候变化。本文使用"中国北方协同观测实验"观测资料,选取中国北方四种植被类型——高寒草甸、荒漠草地、玉米农田及半干旱草地,在深入认识地表能量分配特征的基础上,讨论了环境因子对能量分配的影响。结果表明,上述四类典型下垫面能量闭合度在71%~91%,其中半干旱草地最大,玉米农田最小。从各能量分量与净辐射的比率来看,荒漠草地、半干旱草地净辐射主要通过感热形式加热大气,感热通量占净辐射的百分比分别为29%和36%;高寒草甸、玉米农田潜热通量占主导地位,其值分别占净辐射的42%和37%。影响各下垫面水热综合参数Bowen比的气象因子中,半干旱草地受地-气温差(R2=0.64)和饱和水汽压差(R2=0.56)的影响;玉米农田则主要受地-气温差(R2=0.52)的影响;荒漠草地地-气温差(R2=0.37)和平均风速(R2=0.23)是其主要影响因子。Bowen比与NDVI之间存在显著的指数关系(R2=0.74),且随NDVI的增大而减小。

黄河兰州上游流域近4a汛期降水变化特征

利用2015—2018年5—9月黄河兰州上游地区327站小时降水资料,定义了降水过程次数等特征量,分析该地区7个流域汛期降水变化特征。结果表明:(1)黄河兰州上游流域汛期降水量与降水日数有很好的一致性,以2018年最多,2015年最少;空间分布上都是青海东南部的龙羊峡以上流域最多,甘肃中部的刘家峡—兰州流域最少。(2)同一流域由于地理位置和流域面积大小不同等原因,各支流降水日数差异较大,特别是龙羊峡以上流域和洮河流域表现最为明显。(3)流域内降水次数日变化特征有双峰单谷型、单峰单谷型和平缓型三种形态;降水总次数、小时平均降水量大于2 mm的次数、小时最大降水量大于20 mm的次数一天中都是在傍晚后增多,且强降水出现时间多发生在19:00左右。(4)近4 a中流域内最大降水过程出现在大夏河流域,持续时间最长的降水过程在湟水河流域,小时降水量最大出现在大夏河流域。

白龙江流域甘肃段2015—2018年汛期降水特征

利用2015—2018年5—9月白龙江流域甘肃段140个气象站小时降水资料,定义流域降水过程次数等特征量,分析该流域汛期降水变化特征。结果表明:(1)白龙江流域甘肃段汛期平均降水量逐年增加,近4 a汛期平均降水量分布与逐年分布在空间上相似,均为下游的广坪河支流最多,短时强降水主要集中在白龙江主河道上。(2)流域内平均降雨日数与平均降水量的空间分布不对应,降雨日数多的年份各支流降雨日数分布较均匀,降雨日数少的年份则各支流间差异较大。(3)流域内各支流的平均降水量、降雨日数与短时强降水在空间分布上并不一致。(4)流域内白天出现降水的次数小于夜间,01时出现最多;各支流降水出现次数夜间多于白天,以22—23时、03—04时这两个时段最多;流域内短时强降水天气在21时出现最多。(5)流域内的最大降水过程的累计雨量、持续时间及小时最大降水量随着季节变化明显。5、6月累计雨量不大,持续时间较长,小时降水量较小;7、8月累计雨量大,持续时间较短,小时降水量较大;9月累计雨量较大,持续时间长,小时降水量小。

西北地区气候暖湿化的研究进展与展望

西北地区地理位置特殊,气候变化独特,形成机理复杂,对社会和自然环境的影响突出.尤其,自21世纪初有研究提出西北气候从暖干向暖湿转型的科学认识后,其气候变化问题引起了社会各界的普遍关注,也兴起了对西北气候变化趋势、驱动机制及影响的广泛研究,多年来已积累了大量的研究成果.然而,由于以往不同研究所用资料的类型、序列长度和时空分辨率不同,所关注的时段和区域不同,认识问题的视角和维度不同,使得存在一些分歧认识或者相悖结论.鉴于此,本研究通过系统梳理西北地区气候变化研究的历史经纬,归纳已有的研究成果,综合考虑不同视角和维度,划分了西北地区增暖与干湿变化科学认识的6个阶段;概括了西北暖湿化的驱动机制;评估了暖湿化对生态、农业及水资源等的影响;预估了未来暖湿变化趋势及其存在的可能风险;提出未来研究需要从大气、水文及生态等多学科相互作用角度探讨气候暖湿化的驱动机制、暖湿化背景下极端天气气候事件的变化特征、地表水分循环对暖湿化的响应特征、暖湿化与水文和生态的耦合机制、暖湿化对水安全、生态安全及粮食安全带来的机遇和风险,以及“双碳”(碳达峰、碳中和)目标下西北地区未来气候变化趋势等重点科学问题上取得突破.