应用特性系数法求算泰安地区不同重现期短时降雨强度

为向城市规划、工程设计部门提供不同重现期概率短时可能最大降雨强度资料，本文引用国外一种特性系数法求算出泰安地区各县（市）城区二百年一遇、百年一遇……的短时（１０、３０、６０分钟等）最大降雨强度。计算结果表明，泰安市内６０分钟可能最大降雨强度，五十年一遇为９７．６ｍｍ／ｈ，百年一遇为１１０．２ｍｍ／ｈ，二百年一遇为１２３．２ｍｍ／ｈ．同时，也给出了其他县（市）不同重现期不同时段的最大降雨强度。此计算将为工程设计提供科学依据。

色季拉山急尖长苞冷杉林不同层次土壤CO2浓度对短时降雨的响应

为阐明不同层次土壤CO_(2)浓度日变化特征及对短时降雨的响应,以西藏东南部色季拉山急尖长苞冷杉(Abies georgei var. smithii)林为研究对象,在自然降雨条件下,分析短时降雨及水分再分布过程中各层次土壤CO_(2)浓度变化特征。结果表明:在0—60 cm层次内,土壤CO_(2)浓度随土壤层次的加深而显著增加(P<0.01),二者之间呈显著对数函数关系(R=0.9764,P<0.01);短时降雨脉冲使表层5 cm土壤CO_(2)浓度显著下降,而10 cm层次土壤CO_(2)浓度显著增加;在降雨和水分再分布阶段,5 cm与10 cm层次土壤CO_(2)浓度之间极显著负相关,10、20、40 cm和60 cm之间均呈极显著正相关(P<0.01);5 cm层次土壤含水量显著影响0—60 cm剖面CO_(2)浓度,降雨阶段,二者之间极显著线性正相关(P<0.001),而水分再分布阶段,二者之间符合极显著幂函数负相关(P<0.001)。即降雨引起表层土壤含水量的快速增加,显著提高土壤剖面CO_(2)浓度,而降雨停止后,有利于土壤CO_(2)向土表的释放;土壤温度和含水量对CO_(2)浓度的影响效应在各层次之间表现不一致,除40 cm均为正效应外,其他各层均表现为相反的影响效应。这些结果表明,短时降雨使各层次土壤含水量增加,减少土壤表面CO_(2)释放量,使下层土壤体系中CO_(2)浓度升高,在分析土壤CO_(2)通量时间变化时,应考虑短时降雨对不同层次土壤CO_(2)的影响。

基于神经网络和模型集成的短时降雨预测方法

为了得到更精准的短时降雨预测结果,提出了一个基于神经网络的预测模型,可通过多普勒雷达图像序列预测某区域36min内的降雨概率。通过对神经网络和传统光流法的对比分析,还提出了一种结合了两种方法各自优点的集成预测模型。集成模型学习到了更丰富的降雨带变化模式。在一个包含多地、多月真实雷达数据的大规模数据集上的实验表明,神经网络模型实现了具有较高精度的短时降雨预测,且集成模型在整体的预测性能上有明显改进。

短时强降雨天气风电场发电功率预测模型设计

为确保发电场正常供应电力,设计短时强降雨天气风电场发电功率预测模型,提升发电功率预测效果。通过欧式距离与角度原则扩充短时强降雨天气小样本;利用改进深度可分离卷积算法,在正常天气样本内,提取气象-功率时空特征,并输入长短期记忆网络内,建立正常天气风电场发电功率基准值预测模型,得到发电功率基准值;在Transformer算法内,输入扩充样本,建立短时强降雨天气下发电功率损失值预测模型;利用基于注意力机制的Sequence to Sequence网络,结合扩样本,构造发电功率损失时间点预判模型,结合损失值预测模型,得到最终发电功率损失值;利用基准值减去损失值,得到短时强降雨天气下风电场发电功率预测结果。实验证明:该模型可有效扩充短时强降雨天气小样本;该方法可精准预判发电功率损失时间点,得到发电功率损失值,完成发电功率预测;不同风速下,该模型发电功率预测的关键失误指数与偏移程度均较低,即发电功率预测精度较高。

PPNet:基于预先预测的降雨短时预测模型

降雨短时预测一直以来都是气象预测问题中的热点问题。传统的预测方法基于数值天气预测模型展开预报,但近些年利用深度学习展开基于雷达回波图的降雨短时预测方法受到了广大研究者的关注。其中,时序预测网络存在不能并行计算导致耗时过长的问题且存在梯度爆炸问题。全卷积网络可以解决上述两个问题,但是却不具备时序信息提取的能力。因此,该文以泰勒冻结假设为理论依据,提出一个基于预先预测辅助推断结构的2维全卷积网络(PPNet)。网络先行提取粗粒度时序信息与空间信息,然后利用全卷积结构细化特征粒度,有效缓解2维卷积网络不能提取时序信息的缺陷。此外,该文还提供一种时序特征约束器对预先预测特征进行时间维度的特征约束,使预测特征更倾向于真实特征。消融实验证明所提预先预测辅助推断结构和时序特征约束器具有优秀的时序特征能力,可以提升网络对时序信息的敏感度。与目前最好的降雨预测算法或视频预测算法相比,该文网络均取得较好结果,特别在暴雨指标上达到最优。

南宁市一次非汛期暖区极端短时强降雨形成原因分析

利用探空、卫星云图、多普勒雷达及加密自动观测资料,分析南宁市2020年3月25日极端短时强降雨的形成原因。结果表明,此次过程没有切变线及锋面参与,是一次弱强迫环境下的暖区暴雨过程,两支高空槽的存在提供天气背景场:高原槽东移使南宁上空处于上干冷下暖湿的对流不稳定状态,高原槽与副高的对峙促进低层双低空南风急流的生成和维持;南支槽则从抬升暖湿气流、槽前正涡度辐合上升及引导暖湿水汽输送三个方面为强降雨的发生提供优越的动力、热力和水汽条件;双低空南风急流为极端短时强降水提供充足的水汽和热力条件,超低空急流出口区的辐合和低空急流入口区的辐散出现的耦合配置,加强中尺度抬升和水汽辐合,促进对流的发生;925 hPa急流顶端的暖湿气团与桂北相对干冷气团形成的露点锋,是对流不稳定能量爆发的触发机制,在925 hPa东南急流顶端,露点锋南侧形成此次过程的最强降雨。

短时强降雨对能见度的影响

利用安装在宁沪高速公路沿线26个AMW自动气象观测站监测的每小时雨量、每分钟雨强与每分钟能见度资料,分析了强降雨对能见度的影响,结果表明:短时强降雨大多数产生在暴雨天气过程中,随着每分钟雨强的增大,能见度急剧减小危及行车安全;结合交通运营管理部门的实际需求,确定了短时强降雨的定义和预警阈值,制定了短时强降雨的预警、临近预报流程。应用实例证明:该流程能够满足交通气象服务中短时强降雨的预警预报要求。

西南山区短时强降雨诱发型低频泥石流成因机制分析——以四川省宝兴县冷木沟泥石流为例

以四川省雅安市宝兴县城后山冷木沟为例,通过野外调查及降雨数据分析,对冷木沟2012年8月18日泥石流的特征、成因及可能发展趋势进行了评估。结果显示:冷木沟此次泥石流过程具有隐蔽性强、暴发突然及强输沙能力的特征;前期累计降雨量对该次冷木沟泥石流过程贡献较小,而短时强降雨尤其是泥石流发生前55.9 mm/h降雨量是诱发泥石流的最主要原因;2012年泥石流发生前,冷木沟流域内崩滑等不良地质现象轻微,泥石流的物源主要来自于流域沟道内堆积的松散崩坡积物与早期山洪泥石流堆积物,泥石流物源在高速沟道洪水的揭底和侧蚀作用下启动形成泥石流。此外,由于2012年冷木沟泥石流在中、下游沟道内形成的大量的松散堆积物,加之2013年"4.20"芦山7.0级地震的影响,流域内潜在崩滑体的发育数量增多,冷木沟泥石流极有可能会由低频转化成高频泥石流,需要提出针对性的防治对策。

“12.7.22”四川暴雨的MCS特征及对短时强降雨的影响

利用FY2D卫星云图云顶亮温(TBB)资料、雷达回波产品和常规气象观测资料、地面自动站降水资料及NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,对2012年7月21-22日四川暴雨中的中尺度对流系统(MCS)特征及其对短时强降雨影响进行分析,结果表明:(1)这次暴雨过程在21日00-06时和21日21时至22日03时有两个明显的6 h短时强降雨阶段。第一阶段中,500 hPa高原涡与700 hPa低涡切变线、低空急流作用,引发盆地西部短时强降雨;第二阶段中,500 hPa高原涡与700 hPa西南涡作用,引发盆地南部短时强降雨。(2)短时强降雨通常由MCS中的深对流特征造成,水平尺度多为β中尺度或更小的γ中尺度系统,具有云顶亮温低、雷达反射率因子大和垂直累积液态水含量高等特点。(3)探空资料分析表明,MCS增长初期,大气不稳定能量高,存在风垂直切变,在低层冷暖平流交汇明显且温度梯度大的区域,有利于激发MCS生成,另外高低层系统作用产生的深厚正涡度对其发生发展亦具有重要作用。在演变过程中MCS具有低层正涡度、负散度,高层负涡度、正散度的垂直结构,且上升速度明显,这种结构特征可能是MCS发展维持的重要因素,亦是产生强降雨的机制之一。

基于短时强降雨探测的拉曼激光雷达测温数据WRF同化方法

为挖掘激光雷达高垂直分辨探测优势,将其引入降雨观测与研究中,重点构建一套测温数据模式同化方法,目的在于评估激光雷达数据对降雨模拟的影响。借助激光雷达测温数据综合多级质量控制技术对雨前探测信号进行反演优化,获取更可靠的温度廓线,这种垂直间隔4 m左右的雷达数据对于降雨是一种新型数据。设计三步实验研究新数据WRF模式(weather research and forecasting model)同化方法。第一步开展控制实验,通过模式检验与参数调试获取最佳模拟方案,为同化实验提供依据。第二步开展常规探测数据同化实验,通过WRF模式同化模块将90组地面、高空测站数据融入模式初始场,TS评分提高了0.07,并成功消除了陕西西南部虚假暴雨中心,但存在空报率偏高等问题。第三步开展激光雷达数据同化实验,重点解决制约模式初始场中尺度信息测站稀少的关键难题,引入MQ法将单点数据扩展为49组格点数据并完成三维变分同化模拟,克服了常规数据同化所致空报率偏高的问题,且模拟雨强更接近实况,同时降水TS评分提高了0.12,漏报率降低了0.09。定性与定量分析均表明借助Multiquadric将激光雷达探测数据融入WRF模式可造成模拟效果提升。本文结果表明激光雷达可用于探测短时强降雨,且探测位置宜设在对流云外围。

吉林省短时强降雨天气特征及大尺度环境条件

本文利用2005-2010年常规气象观测资料,对吉林省50个气象站43例短时强降雨从时空分布特征、影响系统、大尺度环流背景特征以及中尺度天气分析等方面进行了较详细分析,结果表明:短时强降雨主要集中在7月20日-8月14日间,呈中部多、东西部少,相对平坦的区域多、山区少,盆地多于山区的特点。500h Pa影响系统主要有四类,即西风槽、切变、Ω型高压两侧槽或切变,以及冷涡四类。不同系统的形势配置和物理条件有一定差异,Micaps业务平台中的探空、环境物理参数和物理量指标对短时强降雨预报具有较好的指示意义。

吉林省短时强降雨卫星云图特征分析

本文利用2005-2010年常规气象观测资料及FY-2静止卫星云图资料,总结归纳了吉林省短时强降雨的中尺度对流系统以及它们的尺度、形态、生命史和云顶亮温(TBB)等特征,并根据共同发生发展的环境场和物理条件建立了概念模型,为短时预报预警提供参考。

基于ERA5再分析资料探究建德短时强降雨季节阈值指标

统计18a建德站出现的短时强降雨个例资料,结合高时空分辨率ERA5再分析资料,分析其发生规律和不同季节出现短时强降雨的环境对流参数的阈值指标。结果表明:春、夏、秋季对应的高低层温差阈值是21℃、22℃、21℃,比湿阈值是11g/kg、15g/kg和9g/kg,暖云层厚度指标阈值分别是4.1km、4.2km、4.8km,K指数阈值是32℃、35℃、34℃。垂直速度的季节性特征不明显,-0.2m/s只可作为500hpa短时强降雨发生的参考阈值。

辽宁省短时强降雨防御工作探讨

短时强降雨防御工作一直是防汛工作的重点和难点问题。由于经济社会的高速发展,人类对自然的干预活动越来越强,在厄尔尼诺、拉尼娜现象的影响下,近年来,极端天气情况不断增加,短历时强降雨多发频发,给预警预报和防范工作带来极大困难,对经济和社会发展造成巨大威胁。2016年辽宁采取有力措施,成功防范了多次短时强降雨,实现了零伤亡的目标,给这项工作带来了新的启示,也提供了可借鉴的思路。

一种多时间尺度SVM局部短时临近降雨预测方法

近年来支持向量机(support vector machine,SVM)在气象领域得到了广泛应用,在该类应用中单一建模是目前普遍采用的一种思路,单一建模方法寻找的是大而泛的预测模型,预测的目标以面降雨为主。本研究针对每个气象站点进行单独动态建模,建模方法为多时间尺度SVM,探索建立一种动态SVM短时临近降水预测模型,充分考虑不同站点、不同时刻的气象要素差异,初步解决了单一建模过于注重整体规律、建立固定的整体预测函数模型而忽略不同站点、不同时刻局部气象变化的不足,并尝试提高短时临近降水预报的准确率。初步实现了地理空间上更高密度、更精细化的降雨预测,时间分辨率为1 h,TS评分始终保持在较高的水平,对1 h预测的TS评分平均可达40%以上,部分站点接近50%,且模型预测准确率具有一定的稳定性和参考价值。

施工扬尘环境下短时强降雨屋面径流中砷、汞、铅、镉、锌的污染特征研究

以南京北郊为例,测量分析了屋面径流中砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)和锌(Zn)5种元素的浓度、形态特征。结果表明:短时强降雨过程中这5种元素浓度在较大范围内无规则波动,且不同元素间浓度分布存在较大差异;Zn与Pb的平均浓度分别高于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)的Ⅴ类和Ⅳ类标准限值,污染程度从大到小依次为Zn>Pb>As>Hg>Cd。元素形态分析表明,径流中除Hg外其他4种元素主要以颗粒态形式存在,各元素颗粒态占总形态的平均分数分别为:As,64.5%;Hg,43.7%;Pb,76.5%;Cd,54.6%;Zn,54.3%。

黄山地区短时强降雨的地形增幅机制

应用黄山地区191个地面自动观测站资料,统计分析了201 5年发生在黄山地区短时强降雨时空分布。统计发现:发生短时强降雨过程次数在午后及傍晚(14和18时)时段中明显增多;黄山山脉及其附近是短时强降雨多发生的中心地带,发生短时强降雨次数分布与山脉形态一致、和地形高度相关,短时强降雨与地形关系密切。分别利用三个典型个例分析了山脉地形动力阻拦和热力对短时强降雨的增幅作用,结果表明:(1)山脉地形迎风坡处因地形抬升速度与地面辐合线相配合降雨增强,水汽收支方法诊断计算降雨增量可达6成;(2)锋面过境山脉时垂直扰动增强水平位温梯度增大锋生,在背风坡处地面涡度、上升运动增强,导致降水增幅;(3)山脉西南区域因地面感热通量差异形成热低压,在该区域增暖增湿,大气不稳定增强,受冷平流影响形成强对流天气,导致山区降水增幅。

中国短时强降雨对暴雨的贡献特征

中国暖季暴雨有显著的对流性特征,但尚不明确对流导致的短时强降雨对不同等级暴雨的贡献程度。利用1951—2019年的逐时降水资料,统计分析了中国两种强度的短时强降雨(小时雨量≥20 mm和小时雨量≥50 mm,分别简称为HR20和HR50)和不同等级暴雨之间的关系,得到了两类短时强降雨对不同等级暴雨的贡献特征。结果显示,短时强降雨发生频率高的暴雨分布区域与暴雨日数多的区域并不一致,在华北南部到黄淮地区和西南地区到华南地区短时强降雨对暴雨的影响最为显著,其超过50%的暴雨中伴随HR20,华北南部和华南中部地区暴雨中发生短时强降雨的占比超过了70%;随着暴雨等级的提升,伴随短时强降雨的比例逐渐增大,尤其HR50的占比增加显著,超60%的特大暴雨中伴有HR50,表明暴雨越强,其对流性越强。在华北南部到黄淮地区、西南地区东部和华南地区,短时强降雨雨量对暴雨雨量的贡献也最大,且随着暴雨等级的提升,这些地区短时强降雨雨量在暴雨总雨量中的占比呈显著增长的趋势,HR50的贡献增幅超过100%;而江淮、江南等地区短时强降雨雨量的贡献较小,随暴雨强度等级的增强其增大程度也相对不明显。此外,伴随有HR20的暴雨、大暴雨平均日雨量较无短时强降雨的暴雨平均日雨量分别多20%和40%以上,进一步印证了中国暴雨对流性强的特点。

发生短时强降雨的对流云合并作用分析

利用静止气象卫星、新一代多普勒天气雷达、地面、wrf数值模拟和LAPS再分析资料,对2013年6月30日皖南山区一次短时强降雨过程中的对流云合并现象进行了观测和分析。综合观测显示,这是一次由三个强弱不同的对流云先后发生合并的过程;强弱不同或强度相当的两对流云合并后的新对流云系统短时间内强度是增强的。分析认为,山区夏季对流云合并发生在水平垂直风切变及垂直涡度增大的湿斜压不稳定增强的环境中;对流云合并过程中伴有中气旋、地形涡等中γ系统形成,中气旋与地形涡系统内的强烈垂直运动导致低层形成辐合的垂直环流是山区短时强降雨触发机制。

基于随机森林的短时临近降雨预报方法

近年来随机森林在各领域得到了广泛的应用,在处理大数据集中具有明显的优势,且机森林(Random Forest,简称RF)模型精度高、稳定性好。该文在不考虑其他气象影响因素的情况下用RF模型对短时临近降雨事件有无降雨进行分类预测。结果表明,基于RF短时临近降雨预测的预测结果较为理想,预测结果的各项评分始终保持在较高的水平,具有一定的参考价值。