基于DBSCAN聚类的2σ闪电跃增算法应用

针对业务运行中雷达观测存在遮挡和雷达产品延迟,提出利用带噪声基于密度的空间聚类(density-based spatial clustering of applications with noise,DBSC AN)算法对闪电数据的聚类结果替代雷达产品,并分别利用北京三维闪电定位网(Beijing Total Lightning System,BJTLS)和升级后的国家闪电定位网(DDW1)总闪数据,应用2σ闪电跃增算法对北京2022年6月4日和12日两次强对流致灾过程进行临近预警,对比强对流单体识别法和DBSCAN聚类法的预警效果。结果表明:两种算法和两种闪电数据均能有效预警北京地区的灾害性天气,基于BJTLS总闪数据的预警效果较优;对于BJTLS总闪数据,两种方法的预警效果相当,预警命中率、误报率、临近成功指数和平均预警提前时间依次分别为100%,11.9%,88.1%,38.9 min和100%,13.3%,86.7%,42.8 min;仅利用闪电数据并应用2σ闪电跃增算法可对灾害性天气进行临近预警,摆脱对雷达产品的依赖。

不同闪电跃增算法在北京地区应用效果对比

基于S波段多普勒天气雷达基数据、北京闪电定位网全闪定位数据和北京地区降雹的人工观测结果,对比分析Gatlin和σ两种闪电跃增算法在不同配置下对北京地区2015—2018年共177次冰雹天气过程的预警效果。结果表明:不同倍数的σ算法预警结果差别很大,2σ(要求当前闪电频数变化率超过之前平均闪电频数变化率两倍标准差)在σ算法中的预警效果最佳;不同N(总闪频数变化率的数量)配置下的Gatlin算法的预警结果差别不大,其中当N=6时的预警效果最佳。2σ算法的命中率、虚警率和临界成功指数分别为80.2%,41.6%和51.1%,N=6的Gatlin算法的相应结果分别为82.5%,62.0%和35.2%。另外,详细分析了一次多单体雷暴过程和一次飑线过程中两种算法的应用情况,结果也表明Gatlin算法比2σ算法的命中率略高,但虚警率偏高很多,临界成功指数偏低。综合Gatlin算法和σ算法对冰雹预报结果评估情况,发现2σ闪电跃增算法更适于对北京冰雹天气的预警,对提升闪电数据在北京地区冰雹预报业务的可用度有一定参考价值。

贵州中西部冰雹云闪电活动特征及对降雹指示作用研究

利用VLF/LF三维闪电监测资料、CINRAD/CD雷达资料和地面降雹观测资料,对贵州中西部冰雹云闪电特征进行分析。结果表明:高原台地威宁平均POP和Z值均高于斜坡过渡带区域,两者平均POP值均高于贵州10 a(2006—2015年)平均POP统计特征值。斜坡过渡区域内总闪峰值平均为22次/5 min,威宁总闪峰值平均为13次/5 min。斜坡过渡带区域2σLFCR闪电跳跃信号和闪电频次峰值提前量平均为20 min和13 min,威宁2σLFCR闪电跳跃信号和闪电频次峰值提前量平均为33.7 min和29 min。2σLFCR闪电跳跃信号指示降雹优于闪电频次峰值信号,在实际中可以综合利用闪电2σLFCR跳跃信号与峰值信号识别降雹。