面向企业的短时强降水自动预警模型及应用

利用地面自动站分钟降水数据和中国气象局强对流天气短时临近预报系统产品,融合对流风暴的移动速度和移动方向、风暴与企业的距离、历史灾情、企业位置及其应急预案等信息,确定企业的短时强降水预警阈值,建立了面向企业的短时强降水自动预警模型。该模型可实时输出个性化的短时强降水预警产品,预警产品包括时间、经度、纬度、对流风暴所在方位、对流风暴移动方向和移动速度、对流风暴质心与企业的距离、影响时间、预警等级及个性化预警提示,实现面向企业的短时强降水自动靶向预警。通过对2022—2023年广东省182次降水过程进行预警检验,预警命中率(POD)为100%,目前未发现漏发预警的情况,虚警率(FAR)为22.5%,临界成功指数(CSI)为77.5%,首次预警平均提前量为73 min。

基于PSR模型的化工园区雷电安全风险定量评价

本文利用广东省第一次全国自然灾害综合风险普查数据和相关资料成果,统计分析和挖掘研究广东省雷电灾害引发的危险化学品行业次生灾害发生特点、变化规律及风险分布情况,开展多维度、多尺度的针对危险化学品行业化工园区的雷电安全风险指标研究,得到区域压力(P)(地闪密度、地闪强度),区域状态(S)(园区面积、重点监管危化品企业数量、重点监管危化品重大危险源数量、危险化学品种类、涉及重点监管的危险工艺的企业数量),以及区域响应(R)(安全管理人员学历、安全管理人员专业分布、安全管理人员与企业数量比率和防雷减灾能力)指标。根据研究指标建立面向化工园区的状态-压力-响应(PSR)模型,利用熵值法和层次分析法定量与定性相结合的分析方法,对广东省内化工园区进行雷电安全风险定量评价和风险分级,得出相对应的风险等级图,为应急管理部门面向化工园区和危险化学品行业有针对性的开展防灾减灾工作。

面向重点企业的雷电风险差异化预警模型

利用粤港澳闪电定位、双偏振雷达、大气电场、加密气象自动站等观测数据以及广东省短临预报系统产品,融合互联网和气象大数据技术建立面向重点企业的雷电风险差异化预警模型。雷电风险R值主要由致灾因子危险性和承灾体易损性两部分构成,按照层次分析法获得各因子权重,不同量纲参数进行归一化处理后取值范围为0~1。依据历史统计数据,预警级别划分为红色、橙色、黄色等三个级别。2019—2022年178个样本预警检验显示,预警成功命中率POD为82.5%,虚警率FAR为7.1%,临界成功指数CSI可达58.4%,首次预警平均时间提前量可达30 min以上。雷电风险预警信息可实时自动推送到重点企业,满足重点企业的雷电风险差异化预警需求。

广东省中部地区雷暴团特征的初步分析

基于DBSCAN聚类算法,利用2016—2018年的粤港澳闪电定位资料,综合考虑了雷暴团的面积、闪电频次、平均电流以及闪电的最大放电电流等指标,提出了一种雷暴强度指数定义及分级方法。

基于PSR模型的雷电灾害风险定量化方法研究

选取地闪密度、雷电流强度、GDP、人口密度、经济损失和人身伤亡6种评价指标,搭建PSR雷电风险定量化模型,利用克里金插值法、熵值法和主成分分析法分别对区域压力、区域状态和区域响应进行统计分析,获得广东省雷电灾害风险定量化结果。结果表明,高风险区位于广州、深圳、东莞、中山、佛山、惠州、珠海,主要集中在珠三角地区,从南往北区域风险逐渐降低;粤东区域有一片次高风险区,位于汕头西北大部、揭阳中东部和潮州西南大部分区域;粤西风险次高区主要位于茂名和湛江北部。通过广东省内1075个雷灾伤亡发生位置进行对比分析,发现雷电风险区与实际雷灾发生情况相符,两者的二次回归相关系数达0.8820。该雷电灾害风险等级的直观显示能够为雷电安全资料不完整的地区(如偏远的农村地区)的雷电安全防护策略制定提供技术支撑,进一步做好各地尤其是农村地区的防雷减灾工作。

基于数理统计方法的闪电气候研究

基于广东省1999—2015年闪电定位系统数据,利用数理统计方法得出广东省闪电气候年际变化特征、季节变化特征、月变化特征,利用最小二乘法得到闪电密度气候变化趋势系数和年、季节的气候倾向率。利用Matlab来对广东省1999—2013年的雷暴日进行分析,得出其年际周期变化规律,最后采用EOF方法,借助Arc GIS平台得出广东省闪电密度空间向量场分布图。结果表明:由1999—2015年,广东全省的地闪密度总体趋势是逐渐增加,闪电日数最多的月份集中在6—8月(夏季);雷暴日存在变化具有周期性、规律性,分别有13～16 a,7～11 a、2～6 a 3种不同尺度的周期;闪电密度空间分布特征主要有一致型、局部型、纬向型和经向型4种类型。

广东省地闪密度空间分布的特征分析

基于广东省1999—2012年的闪电定位系统数据,利用Arc GIS地统计分析模块,采用克里金插值法和分级统计方法研究广东省地闪密度空间分布规律并进行风险区域划分。结果表明：广东省平均地闪密度为14.12次/（km^2·年）;东莞、广州、佛山、中山、深圳为极高地闪密度区,年平均地闪密度达17.33-26.35次/（km^2·年）;惠州、茂名、湛江、阳江、江门为高地闪密度区,年平均地闪密度为达13.01-16.53次/（km^2·年）;珠海、肇庆、清远、云浮、汕尾为中地闪密度区,年平均地闪密度为10.01-12.72次/（km^2·年）;河源、揭阳、潮州、梅州、韶关、汕头为低地闪密度区,年平均地闪密度为8.29-9.81次/（km^2·年）。地闪密度风险的区域分布与雷暴日、地形和社会经济有关。

广东省雷电伤亡事故特征分析

通过1995-2016年广东雷电灾害汇编记录的雷灾伤亡事件资料和1999-2016年广东省电力雷电定位系统数据对广东省雷电伤亡事故特征进行分析,(1)1075起雷灾伤亡事件中,死亡人数约是受伤人数的1.2倍,1起雷灾事件最多伤亡数为17个,2人以上的多人受伤概率要远大于多人死亡;雷灾伤亡高于全省平均水平的农村地区政府更应重视防御工作;(2)每月的雷电灾情特征与闪电活动年变化相关;雷电灾情的时间特征与人们的作息时间相关,尤其对于户外活动较集中的农村地区更应关注雷电频发时段。(3)雷灾伤亡事件发生在农田的最多,造成群死群伤事件主要是发生在未做雷电防护措施的建筑物内和大树旁。(4)雷灾伤亡人员中男女比例相当,但男女同时遭受雷击时女性更易遭受身亡。由于不同年龄段从事不同种类的工作,导致壮年年龄段(25-64岁)男性伤亡高于女性,但是在伤亡最多的31-40年龄段中女性伤亡是男性的1.46倍。总之,雷电引起的伤亡事故大部分发生在农村地区,提高农村农民防雷减灾意识和加强乡村振兴防雷减灾服务的工作迫在眉睫。

2016年广州地区雷灾特征的综合分析

基于2016年广州地区雷灾情况,结合地闪密度、各区常住人口和GDP相关情况,利用对比分析和相关分析法,得出了广州地区雷灾分布特征。结果表明:从化、花都、南沙和番禺区均是广州雷灾的高发区,广州经济水平越发达的区,越重视雷电防护安全,发生雷灾的概率也就越低;广州地区雷灾主要发生于4—9月,防雷减灾巡查工作应重点在6—7月进行;工业生产行业和电力行业雷灾受损最为严重,应该作为重点监督对象,同时应进一步加强电器、电子设备浪涌电流保护和雷电电磁感应侵入的防护;结合近年广州地区雷灾情况和地闪密度资料,初步判断近年广州地区乃至全省雷暴活动开始进入增强阶段。

测风雷达在超大城市综合观测中的探测效能评估

针对广州超大城市综合观测建设中,为了获取典型天气过程特征风数据,需使用最优观测设备连续观测城市上空边界层内风分布状况的问题,选取3部不同类型的测风雷达与清远探空站数据进行对比分析。通过计算测风雷达数据的可用率、风向风速准确率及误差情况,对3部测风雷达的探测效能做出评估,得出在边界层内不同垂直高度上探测效能最优的设备,为广州超大城市综合观测建设提供依据。

广州珠江新城地区高建筑物雷电回击磁场分析

对2011—2012年广州高建筑物雷电观测站获取到的雷电回击磁场波形数据进行统计分析,选取14个高建筑物的27次闪电过程(均为负极性地闪,含回击过程112次),其中44%的闪电个例为单次地闪过程。采用小波软阈值去噪法和基础噪声归零法进行数据预处理,分析发现:选取的回击磁场波形均呈现多峰现象,鉴于高建筑物反射峰的影响,本文只统计初始峰值;选取数据的1次闪电回击次数的算术平均值为4.2次,高度200m以下的闪电过程(14次)算术平均回击次数5.1次,高度200m以上的闪电过程(13次)算术平均回击次数3.2次;建筑物越高对磁场峰值的增强作用越显著,击中200m以上的建筑物上雷电首次回击和继后回击磁场峰值几何平均值分别是200m以下的2.2倍和1.5倍;建筑物高度对回击过程磁场波头上升时间影响不大;继后回击过程磁场波头时间远小于首次回击,与回击电场波形特征一致。

基于时钟图与地统计的广州市闪电活动

为了解闪电活动规律,以广州地区为研究对象,以闪电定位数据为基础,借助Arc GIS软件对闪电次数进行统计,通过时钟图展示了2000—2014年广州市闪电活动在时间上的演变情况,运用地统计分析模块中的空间插值法对闪电活动空间变化进行描述。研究表明:在时间上,闪电多发月份为5—8月份,多集中于午后至傍晚,闪电活动频繁。2004—2014年闪电次数普遍多于前几年,并呈逐渐递增趋势,防雷减灾工作形势比较严峻。在空间上,广州市地闪密度高值区主要集中在中部,并随着年份的推移逐渐扩散至南部区域。

智慧城市微型自动气象站试验数据对比分析与评估

文章以广州市气象局现有的自动气象站作为标准站,利用数理统计方法,对新建的4套智慧型微型自动气象站观测数据进行研究分析,通过计算风向、风速、温度、相对湿度、气压、降水等数据与标准站数据的相关性、平均误差、绝对离差和标准差,选出在各气象要素观测中性能较优的智慧型微型自动气象站。

闪电活动对NO_2质量浓度变化的影响

利用广东省环境国控站NO_2数据,分析广东省NO_2的空间分布特征,并结合闪电数据,研究闪电活动对NO_2质量浓度变化的影响。结果表明:广东省NO_2质量浓度高值区主要位于中部珠三角地区佛山和广州交界处,并从中部地区向四周逐渐减小。选取2016年4月一次强对流过程作为典型个例,从时空尺度上对NO_2质量浓度与闪电次数进行比对和相关性分析,发现两者变化趋势一致,呈直线上升趋势。对位于郊区的某一站点的闪电峰值出现的16 h后NO_2质量浓度达到峰值,两者之间存在超前滞后的相关性。

基于有限差分法的高层建筑物雷电连接过程模拟研究

为研究雷电与高层建筑物的相互作用,该文构建了一个雷电连接过程有限差分计算模型。运用Matlab编写程序,设置网格大小,确定吸收边界,引入松弛因子,对离散化后的线性方程组进行求解,计算得到空间分布的电势值,实现对闪电通道底部二维电场的数值模拟,研究建筑物高度、闪电先导起始位置对高层建筑物雷电连接过程的影响,模拟得到闪电路径图和电势等高线分布图,并将模拟得到的结果与实例进行了比对。结果表明,所构建的模型能很好地模拟出下行先导主通道向下发展特征,突出的下垫面因素会对雷电电场传播产生影响,高层建筑物对雷电存在一定的“吸引”作用,要加强高层建筑物及空旷场地孤立建筑物的雷电防护能力,防范于未然,降低雷灾风险。

广东省雷电风险区划研究

以广东省1999-2013年雷电监测数据作为数据来源,采用数理统计方法,研究分析全省雷电密度、电流强度和时间分布特征,结果显示广东省雷电活动特征明显,规律性强,每年有数百万次雷电发生,以广州为中心的珠三角区域雷电密度分布密集,粤东和粤西分布则相对稀疏,全省平均雷电密度值为13.91次/(km2?a);电流强度则以珠三角沿海一带稍微高些,全省平均雷电流为25.29k A;时间上则具有明显的集中性特征,月分布主要集中在5-9月,占总数的89.5%,时段分布则在午后至傍晚13∶00-19∶00,占总数的62.0%。通过研究发现,雷电风险与地形地貌、雷暴日、雷电密度、雷电流强度、雷电灾害、城市经济发展等因素有关,根据这些因素,利用加权综合评价法和层次分析法,形成相关评价指标,建立雷电风险计算模型,采用GIS空间分析方法,进行雷电风险区域等级划分,得出低风险区、次低风险区、中等风险区、次高风险区和高风险区。湛江北部为高风险区,广州、东莞南部、佛山东部为次高风险区,深圳、惠州、中山、清远南部为中风险区,粤东、粤北为低风险区,其它地区为低风险和次低风险区。