基于累积置信规则库推理的台风灾害直接经济损失预测

针对台风灾害直接经济损失预测问题,现有的解决方法大多是基于时间序列或评估数据的预测模型,忽略了在建模过程中对历史数据的应用和模型的可解释性。鉴于此,该文将扩展置信规则库模型(EBRB)应用于台风灾害直接经济损失预测,并针对可能存在规则过量和组合爆炸问题,提出基于聚类方法与证据推理(ER)相结合的累积置信规则库(C-BRB)台风灾害经济损失预测模型。最后基于收集到的台风灾害数据进行直接经济损失预测,并通过与已有研究成果进行比较,验证基于C-BRB的台风灾害直接经济损失预测模型的有效性和可行性。

大桥桥位不同重现期年最大风速推算

大风是威胁桥梁安全的主要灾害之一,是大型桥梁工程设计的关键,它影响到整个工程的安全性。科学的桥梁抗风设计可以有效预防或降低风险,减少损失。以安徽马鞍山长江大桥为例,借助当涂气象站1960—2022年逐年风速资料,采用时距一致性订正方法,建立相应时段当涂县气象站10 m高度10 min平均年最大风速系列(其中2000—2008年逐年最大风速,通过与未受城市化影响的马鞍山气象站比较进行了合理订正),利用耿贝尔法推算出大桥桥位区不同高度不同重现期10 min平均年最大风速。结果表明:马鞍山长江大桥桥位区不同重现期(100 a,50 a,30 a)10 m高度10 min平均年最大风速分别为28.8 m/s、27.2 m/s和26.0 m/s。利用指数和对数法,将桥位区风速外推到200 m以下每10 m高度层最大风速。

全球变暖与季风

全球很多地区是季风气候,季风带来风和雨对人类生产和生活以及社会与经济发展有明显影响,因此,长期以来,季风是热门研究课题。根据有关研究,本文简述观测到的全球和区域季风变化,人类活动的影响,以及预估未来全球变暖背景下,全球和区域的季风变化。

基于IBES-XGBoost的高速铁路沿线风速预测模型

为保证高速铁路沿线风灾预警信息具有较高时效性,需要进行高速铁路沿线超短期风速的提前多步预测。针对众多预测模型在预测中可能存在较大误差的问题,采用Tent混沌映射和BFGS拟牛顿法对秃鹰搜索算法进行改进,并用改进的秃鹰搜索算法(IBES)对XGBoost的初始参数进行优化。在构建IBES-XGBoost模型时,加入风速以外的其他气象特征,以提高预测精度。实验结果表明:(1)改进的秃鹰算法相比其他智能优化算法有更好的寻优能力,与其他模型相比IBES-XGBoost在超短期风速的提前多步预测上有着较高的精度和较好的拟合效果。(2)Tent混沌映射和BFGS拟牛顿法对秃鹰算法有着较好的改进效果。(3)IBES-XGBoost能为高速铁路规范下的大风预警提供可靠的提前多步预测结果。

中国典型复杂地形风能资源特性及其形成机制

为提高对复杂地形风资源特性及其形成机制的认识,改进复杂地形风场数值模拟方法,分别选取代表极大起伏山地与宽谷地形的藏南谷地、代表极大起伏山地与深谷地形的横断山区以及代表中、小起伏丘陵山地的山西高原开展风资源特性观测实验,分析不同典型复杂地形条件下天气背景风场、局地大气环流、地形动力强迫、地表摩擦与热力作用对风资源特性形成的贡献,结果表明:山西高原局地大气环流的作用较小;藏南谷地和横断山区的山谷风环流对其风能资源特性的形成起主要作用,尤其是横断山区还存在多尺度的局地大气环流,传统的风电场风资源CFD数值模拟不足以描述如此复杂的风场。因此,在局地大气环流作用明显的复杂地形地区,需要采用中尺度与CFD结合的风电场选址风资源数值模拟方法。

基于PI-BBI的高铁沿线秒级风速质量控制算法研究

由于高铁超声波测风仪碍于安装环境限制易受外部干扰产生秒级异常风速,而现有的基本质量控制方法与气象领域分钟级时距质量控制算法无法准确识别秒级异常风速,导致监测风速不能很好地满足高铁秒级风速监测预警需求。为了解决该问题,基于高铁沿线风速监测异常值数据特征,提出一种基于PI-BBI的秒级风速监测数据质量控制算法。该方法首先利用基于物理信息的双向长短期记忆网络对风速异常值进行预测,并得到预测误差;接着通过改进的指数加权移动平均法对预测误差进行平滑;最后使用孤立森林检测平滑误差序列中的异常值,从而能够识别原始风速序列中的异常值。实验结果显示,该质量控制算法能有效改善高铁沿线风速监测数据的质量,从而提高监测预警的准确性。

基于FSN-MCCN-SA-BiLSTM的短期风速预测

为了提升短期风速预测的准确性,提出一种新型的短期风速预测方法。该方法以历史风速和气象数据作为输入,首先利用特征选择网络量化输入序列中每个时间步不同特征的重要程度,其次采用多尺度因果卷积网络捕捉其局部时序特征,然后引入自注意力融合不同卷积层的特征,得到能反映风速多尺度变化特性的高维特征序列,最后利用双向长短期记忆网络提取高维特征序列的长期时序特征并得到风速预测结果。实验结果表明,该方法能考虑不同输入特征对于风速的动态影响,同时充分提取风速序列的局部与长期时序特征,其进行提前1 h的风速预测时,所得归一化均方根误差与平均绝对误差分别为11.92%和8.11%,相关系数和决定系数分别为0.9735和0.9477,可有效提高短期风速预测的准确性。

中国地表日平均风与日极大风气候特征的对比

据多项研究指出,中国地表平均风速在全球变暖的背景下呈现长期下降的趋势。而极大风速与平均风速特征变化是否一致,值得我们关注。通过对比分析国家基本气象站1951—2018年的地表日平均风速和日极大风速数据,结果表明:全国范围内,日平均风速主要集中在2 m·s^(-1)左右,而日极大风速主要集中在8 m·s^(-1)左右,这两种风速在青藏高原地区和内蒙古地区较大。此外,日平均风速出现小风速概率更高,而日极大风速的概率分布更接近于正态分布。从1960—2010年,日平均风速下降了19%,而日极大风速下降更为显著,达到20%。然而,在2010年之后,随着全球变暖的加剧,二者均略有回升,尤其是日平均风速的回升更为显著。这一结论强调了在全球变暖背景下持续关注和研究风速变化的重要性,有助于深入了解中国地表风速的变化特征,同时也为风速预报、风能开发等项目提供科学参考。

尺度适应性起沙机制在CMA-CUACE/Dust中的应用

沙尘暴是影响我国重要的灾害性天气之一,针对中国气象局亚洲沙尘暴数值预报系统CMA-CUACE/Dust(China Meteorological Administration Unified Atmospheric Environment for Dust)的沙尘质量浓度在中亚高估、蒙古北部低估、在我国消散过快以及极端沙尘暴预报峰值偏低等问题,应用与模式格距匹配的尺度适应性起沙机制并更新风蚀资料库对模式进行改进。对2021年3月13—17日东亚最强沙尘暴个例和2023年3—5月与业务运行环境一致的连续预报试验表明,改进后的模式(CMA-CUACE/Dust V1.5)有效改善了上述不足,极端沙尘暴过程传输至我国后的沙尘质量浓度峰值与观测接近。连续预报试验TS(threat score)评分显示:CMA-CUACE/Dust V1.5预报一致性和连续性较好,1~5 d不同时效预报TS评分明显高于改进前和韩国模式ADAM(the Asian Dust Aerosol Model),漏报率明显降低,对2023年5次沙尘过程的4次预报TS评分高于0.3,部分过程超过0.5。

封面图片说明

封面图片来自论文“塔楼群玻璃幕墙碎粒飞行轨迹预测方法研究”,是河南工业大学土木工程学院郑德乾教授课题组为探究不同风场中颗粒状飞掷物的运动轨迹,结合某一实际案例进行了高层建筑群三维非定常绕流场下飞掷物轨迹模拟。首先,在对大涡模拟方法及参数设置的有效性验证的基础上,通过紊流边界层风场内塔楼群的非定常绕流大涡模拟,获取了建筑周围的三维非定常绕流场。然后,采用五阶龙格库塔法,求解粒状飞掷物的三维刚体运动方程,通过均匀流场下飞掷物轨迹计算方法与文献试验结果的对比,验证了本文方法的有效性。

川藏铁路四川段沿线强风特征及其危险性评估

强风是影响川藏铁路安全建设与运营的主要气象灾害之一.为减轻或避免强风灾害对川藏铁路建设与运营安全的影响,以四川段为例,利用200余个地面区域自动气象站2009-2022年的10 m高度测风数据,分析了川藏铁路四川段沿线强风分布特征,并根据强风对施工期与运营期的不同影响,分别建立不同评估指标评估其强风危险性.研究结果表明:泸定县以西路段受高原地形影响,强风频次较高,大部路段各月大风日数超过5 d,年均极大风速超过10.0 m/s,极大风速盛行风向以偏北风为主,其中理塘和春季分别是大风日数最多的路段和时段.泸定县以东路段受盆地地形影响,强风频次较低,全年大风日数可忽略不计,年均极大风速为5.0~10.0 m/s,全年极大风速盛行风向以偏东风为主.川藏铁路四川段沿线施工期与运营期强风危险性等级分布较为一致,其中较高及以上等级区域均集中于雅江县西部至理塘县路段.基于区域自动气象站数据开展川藏铁路沿线强风特征及其危险性分析更加精细,可为川藏铁路四川段建设与运营期的强风防灾减灾提供参考.

降水和风对苏州地区PM_(2.5)浓度影响分析

为了解降水和风对苏州地区细颗粒物(PM_(2.5))质量浓度的影响,利用2018—2022年逐日降水量、风向风速和环境空气质量数据,分析苏州市降水和ρ(PM_(2.5))的月变化特征及日降水强度、降水时长和风向风速对ρ(PM_(2.5))变化的作用。结果表明,降水对PM_(2.5)存在一定湿清除作用,全年雨日ρ(PM_(2.5))平均值较非雨日低21%,1—2月和11—12月最为显著。降水的湿清除效率受日降水量级和日降水时长等因素的影响,当日降水量达到中雨及以上量级时,ρ(PM_(2.5))下降样本数超过总样本数的60%,降水的湿清除效率随着降水量级的增加而显著提高;当日降水时长>6 h时,降水对污染物浓度的改善作用明显,ρ(PM_(2.5))下降样本数超过总样本数的50%。不同风向、风速的清除作用也有差异,静风或微风状态下,高温高湿的西南风最易造成苏州地区的霾污染;当西北风速>4 m/s时,受到冷锋前的污染气团南下扩散影响,ρ(PM_(2.5))升高;对于东北风、西南风和东南风这3个风向,当风速达到5 m/s时,对污染物具有有效的干清除作用。

1981—2020年中国风速变化及其与大气环流的关系

基于1981—2020年中国地面气象站观测数据,利用分段线性回归模型、Theil-Sen斜率估计、Mann-Kendall趋势检验以及逐步回归模型等方法,探究近40年中国近地面风速变化的区域差异及其与大气环流的关系。结果表明,1981—2020年的风速整体上呈下降趋势,西风、东风、南风和北风的风速下降幅度分别为-0.08,-0.06,-0.14和-0.14(m·s^(-1))/10a;不同时期风速的变化趋势有差异,在拐点年份前呈下降趋势,在拐点年份后呈上升趋势,且南风和北风的平均风速上升幅度大于西风和东风;不同区域和不同方向的风速变化存在差异,中国北部(西北、华北和东北地区)南风和北风的平均风速在2012年前后从下降趋势转为上升趋势,中国南部(华南地区)4个方向的平均风速在1990年前后从下降趋势变为上升趋势;大气环流与中国区域近地面风速的变化具有较强的相关性。亚洲极涡强度的年际变化指数在逐步回归模型中被保留的频率最高,与风速正相关,对中国北部风速的影响大于中部和南部;太平洋年代际振荡指数在逐步回归模型中被保留的频率最高,与风速负相关,对中国南部风速的影响显著小于北部和中部。

基于测风塔和WT数值模拟的贵州山地风能资源评估——以册亨县为例

【目的】精细化评估贵州复杂山地地形下的风能资源分布,对贵州风能资源开发利用具有重要的指导意义。【方法】利用贵州册亨县境内5座测风塔2020年11月—2021年9月观测资料及其周边气象站数据,采用基于计算流体力学模型的Meteodyn WT软件,对整个册亨县境内山地风能资源进行模拟分析评估。【结果】册亨县风资源较好的区域主要分布在中部的秧坝镇、者楼镇、丫他镇以及北部的坡妹镇和冗渡镇的较高山脊处,具备一定开发利用价值;受册亨独特的地理位置和地形地势以及季风的多重影响,册亨县风能资源有较明显的月变化特征,11月—次年5月风资源较好。【结论】基于测风塔和WT数值模拟的风能资源评估方法模拟误差较小,适用于贵州山地复杂地形下的风能资源评估。

内蒙古强冷空气时空变化特征及大气环流型分析

【目的】为探究1981—2022年内蒙古强冷空气事件的气候特征及大气环流型。【方法】利用中国气象局逐日降水和日最低气温及NCEP/NCAR再分析数据集,对内蒙古强冷空气事件进行判别,并采用REOF及合成分析等方法对内蒙古强冷空气时空特征及大气环流型进行分析。【结果】就强冷空气事件线性变化趋势空间分布特征来看,2月强冷空气次数增加的站点最多。分析各区冷干型、冷湿型强冷空气次数,1区、2区冷干型强冷空气过程多于冷湿型,3区冷湿型强冷空气过程多于冷干型。长期变化趋势只有3区冷干型、冷湿型强冷空气次数都为减少趋势,1区、2区冷湿型强冷空气次数为增加趋势,1区、2区冷干型强冷空气次数为减少趋势。【结论】各区域形成冷干型强冷空气过程的主要条件是需要有西北气流影响该区域,而形成冷湿型强冷空气过程的主要条件是东南的暖湿气流输送到该区域。

近几十年丝绸之路遥相关对中国夏季气温的影响

为分析近几十年丝绸之路遥相关对中国夏季气温的影响及可能机理,基于1961-2020年CN05.1高分辨格点气温资料和ERA5大气再分析资料,采用经验正交分解、回归分析和相关分析等统计诊断方法分析丝绸之路遥相关对中国夏季气温的影响及可能机理,结果表明:(1)丝绸之路遥相关主要沿亚洲急流自西向东传播,呈显著的“-+-+”分布,其活动中心主要位于里海、巴尔喀什湖和中国北方地区,并存在明显的年际变化和年代际变化。中国夏季气温整体上呈一致的变化趋势,其中20世纪60-80年代由暖到冷,90年代后又明显升温。(2)除新疆西部和西藏西部、东北地区西部及江淮地区为负相关分布外,夏季丝绸之路遥相关与同期中国大部分地区气温之间为显著的正相关关系。(3)丝绸之路遥相关可通过影响北半球对流层中高层位势高度、垂直速度和涡度平流等环流因子导致中国夏季气温异常。具体表现为受丝绸之路遥相关影响产生的位势高度正异常有利于晴好天气的维持,同时对流层中高层受负涡度平流控制,以下沉运动为主,导致中国夏季气温异常升高。

内蒙古中西部一次冬季沙尘暴焓通量特征分析

2022年12月11日至12日内蒙古中西部地区出现沙尘暴天气,此次沙尘暴天气持续时间较短,但沙尘暴范围较大,本文利用地面常规观测资料,研究沙尘暴焓通量变化特征.结果表明:焓通量在-201.79~109.15 w/m~2,从数值看总体随着时间逐渐增加,绝对值呈“V”型结构。相对于地表,沙尘暴的10min焓的最大增加量是最大减少量的2倍。当H_(E)<0时,焓通量对沙尘暴呈正反馈作用;当H_(E)>0时焓通量对沙尘暴呈负反馈作用,当H_(E)=0时,2m沙尘暴的焓等于地表的焓,2m沙尘暴与地表之间不进行能量传递。焓通量的绝对值与沙尘暴的能见度呈正相关,焓通量越大沙尘暴能见度越大。希拉穆仁通过0.05显著性检验,置信度可达95%。包头通过0.01显著性检验,置信度可达99%。

乌兰布和沙漠公路“麦草沙障-梭梭”的防护效益

[目的]研究公路防护体系的防风固沙作用为区域公路沙害防治提供科学依据。[方法]以乌兰布和沙漠东北部磴—额线沙漠公路防护体系为研究对象,并对防护体系的输沙量和风速进行了同步观测。[结果](1)风沙流穿过防护体系后各高度风速和总输沙量降低,地表粗糙度增大,防护体系上风向(B点)和下风向(C点)风速由高到低较A点降低分别48.7%,14.4%和3.9%;总输沙率分别较A点降低86.4%和98.3%,地表粗糙度约由0 cm增大到4.92 cm。(2)沙物质粒径的垂直分布表现出中砂含量显著降低,细砂含量显著增加;表层沉积物颗粒粒级变小,频率分布曲线部分波段变窄,分选性变差,颗粒分布均匀且颗粒向着细粒化方向发展,易风蚀颗粒范围在180~200μm。[结论]对于道路防沙工程要有“以阻为主,阻固结合”的建设思想,同时本研究区道路防风固沙体系实践可以为其他区域公路防沙提供重要借鉴经验。

亚州-太平洋涛动对中国汛期降水的影响

为更好分析近几十年来亚州-太平洋涛动(Asian-Pacific oscillation,APO)的时空变化特征及其对降水的影响。基于1961-2020年CN05.1逐月降水量资料和NCEP/NCAR月平均再分析资料,采用经验正交函数分解、合成分析以及回归分析等方法分析汛期(5-9月)APO的气候特征及其对中国同期降水的影响。结果表明:汛期亚州-太平洋地区对流层中上层扰动温度存在“跷跷板”式的反向分布特征,即亚洲对流层中上层扰动温度偏高(低)时,太平洋上空对流层中高层扰动温度偏低(高)。汛期亚州-太平洋涛动指数(APO index,APOI)与中国同期降水的相关关系由南至北呈“正—负—正”的空间分布,与长江流域汛期降水呈显著负相关关系、华北汛期降水呈显著正相关关系。对大气环流的分析表明,APO可通过改变亚洲夏季风环流影响中国汛期降水,APO与东亚和南亚夏季风均为正相关关系,即当APOI偏高时,亚洲夏季风整体偏强。

广西沿海“23.6”弱热带低压破纪录暴雨过程的诊断分析

利用多源观测资料及ERA5再分析资料,基于大气热、动力诊断方程,对2023年6月7—9日广西沿海破纪录热带低压暴雨过程的成因及低压维持的可能机制进行了分析,结果表明:(1)在中高纬度与低纬度天气系统相互作用背景下,热带低压在广西境内盘旋少动,促成了此次强降水过程。期间大气热力、水汽因子均伴有显著异常,整层水汽通量散度、大气可降水量及K指数标准化异常分别达到-5.5、3.2、1.3。(2)降水最强时段集中于夜间至凌晨,准静止的中尺度对流云团以及对流系统“列车效应”使降水不断在局地累积,造成破纪录累计雨量。(3)7日(8日)夜间至8日(9日)凌晨,热带低压东南侧(东侧)暖式切变线(边界层急流)以及陆面摩擦为强降水的发生、发展提供了动力条件。9日边界层急流辐合强于8日切变线辐合,锋生强迫更强。热带低压系统增强导致的气压梯度力增大以及位势高度经向平流对应的气压梯度力做功过程促进了局地动能增长,是边界层急流发展的原因。(4)热带低压环流不断将中国南海水汽卷入其内部,水汽辐合及垂直输送使得湿层不断增厚,有利于降水率增大。持续的暖湿气流输送有利于不稳定层结维持,使大气低层对流不稳定结构贯穿整个降水过程。其中,风垂直切变和大气斜压性的有利配置使得9日层结不稳定特征较8日更强,与动力条件相结合促使9日出现更强降水。(5)热带低压系统维持主要受水平风场辐合效应支撑,地转风分量在整个过程中贡献相对较弱,非地转风分量的水平散度项主导了局地涡度变化,与非地转风惯性旋转后向热带低压中心辐合有关。