增雨防雹火箭数字化寻迹定位系统设计与实现

近年来,我国的人工影响天气事业发展迅速,传统的人工影响天气装备(如WR-98增雨防雹火箭)已经被广泛应用到各省、市、县级气象局。但是现有的人影火箭作业功能单一,作业系统简洁,在作业完成后并不能追踪到火箭的轨迹状况。针对这一问题,论文主要设计了一款增雨防雹火箭数字化寻迹定位系统。该系统主要由寻迹定位系统、火箭发射系统和数据服务器组成,实现了火箭飞行轨迹在地图上二、三维可视化和火箭飞行状态图表化功能,可以实时记录火箭的飞行数据,对作业效果进行精确的分析评估,提升人影装备在极端天气和高空风场下的作业效率,有利于人工影响天气作业整体科学化水平的提高。

一次中尺度温度和湿度锋区对冰雹回波系统的影响

为了更好地监测预警冰雹和雷暴大风等强天气,使用常规天气图、自动气象站、雷达拼图等资料,采用天气学和雷达气象学等原理,对2021年5月10日江西大范围雷暴回波群中樟树、丰城冰雹天气过程进行分析,结果表明:雷暴回波群中超级单体产生大冰雹并伴随雷暴大风天气,没有出现短时强降水;湿度锋区达到≥40%/100 km和温度锋区达到≥10℃/100 km时,能够触发产生对流回波;当对流回波系统移到温度和湿度锋区附近时,会快速发展加强,超级单体组合反射率强度可达65~70 dBZ,60 dBZ回波面积迅速扩大。风暴跟踪信息能较好地指示超级单体回波的移动方向和移动速度;多条风暴跟踪信息指向一致时可信度更高。这些研究成果为江西雷暴回波群形势下冰雹天气的预报预警提供了依据。

一次冰雹风暴的CINRAD/SA产品分析

分析了 2 0 0 2年 9月 2 7日发生在山东东阿附近一次冰雹风暴发生、发展各阶段新一代天气雷达CINRAD/SA反射率、平均径向速度等产品的演变过程。在风暴中 ,观测到了低层前侧入流缺口、有界弱回波区 (BWER)、中气旋 (M)等超级单体风暴的特征。中气旋在风暴中维持了约 90min ,通过连续时次各仰角高度风暴相对速度产品的分析 ,揭示了中气旋发生、发展和消亡的过程。分析表明风暴跟踪信息 (STI)、冰雹指数 (HI)、垂直积分液态含水量 (VIL)、中气旋 (M)

1951—2008年辽宁冰雹的时空分布特征

选取1951—2008年辽宁省56个站气象资料和中国气象灾害大典等资料,对冰雹时空分布进行统计分析。结果表明:辽宁冰雹日数以山地为最多,丘陵次之,平原和沿海最少。移动路径基本与山脉、河流、海岸线等地形走向一致。冰雹具有明显的季节变化,主要出现在4—10月。5—6月为冰雹多发期,6月为最多,5月次之。近30 a(1979—2008年)辽宁省年冰雹日数呈减少趋势。冰雹发生主要集中在中午至傍晚。辽西走廊、辽宁中部平原及辽东半岛南部大连地区为冰雹灾害重点防御区。产生冰雹的高空天气系统主要有4种:冷涡、冷涡后部横槽、高空槽和槽后西北气流,对应地面形势多为低压冷锋。

新一代天气雷达三维组网产品在人工防雹的应用

基于冰雹云的雷达三维拼图反射率分布形态特征,提出在人工影响防雹作业中识别冰雹云的6个候选指标,分别是组合反射率、云回波顶高、最大反射率回波顶高、垂直累积液态水含量、垂直累积液态水含量密度以及垂直累积液态水含量跃增值。基于新一代天气雷达组网数据应用风暴跟踪(SCIT)算法实现风暴跟踪并计算部分指标,形成模糊逻辑判断方法,确定防雹作业区域。结果表明,应用该方法对北京、江西的多个降雹个例进行三维风暴单体的冰雹云识别试验,对比地面降雹观测数据,计算多个个例模拟命中率>77%,误报率<26%,空报率<22%。考虑组合反射率三维形态分布特征的模糊逻辑法可以较好地识别大部分可作业冰雹云,跟踪模拟效果较好,有利于在人工影响防雹作业中的有效应用。

改进的SCIT算法在人工防雹作业中的应用分析

基于新一代天气雷达三维组网产品,利用改进后的对流风暴跟踪(SCIT)算法,对2013年3月22日发生在江西省北部地区的一次降雹天气过程进行冰雹回波识别和跟踪分析。选用能反映冰雹云特征的6个基于雷达反射率三维拼图的人工防雹作业指标,借助经验阈值形成人工防雹作业条件的模糊逻辑判断方法。以地面降雹实况记录为检验标准,对改进后的SCIT算法的识别结果进行检验。结果表明,改进后的SCIT算法共识别出可实施人工作业的冰雹云对流单体4个,不仅多于观测到的地面降雹站点数(3个),也多于未改进的SCIT算法识别出的冰雹云回波单体数,且识别出的位置与实况完全一致,表明应用改进后的SCIT算法有助于增强人工防雹作业的准确率。

一次强对流天气过程的多普勒雷达特征分析

利用常规气象探测资料、自动站资料和鄂尔多斯多普勒雷达观测资料,对2014年7月28日夜间到29日凌晨发生在鄂尔多斯市中部的一次强对流天气进行分析。结果表明:这次强对流天气发生在高空槽和低层切变的相互配合下,较好的水汽条件及对流不稳定条件促使雷电等强对流天气过程的发生发展。通过对多普勒雷达产品的分析得出:这次强对流天气在组合反射率因子CR图出现了大于58 dbz强回波区及大于63 dbz强回波中心;径向速度V图显示,在强对流形成低层出现气旋辐合,中低层出现了逆风区,高层出现了反气旋辐散等特征;强回波区与VIL中心在位置上有很好的对应关系,同时VIL的变化为判断风暴中冰雹的增长及落区提供了有效的信息;冰雹指数HI对冰雹发生概率与落区的预报有很大帮助;风暴跟踪指数STI对强对流系统走向及方位的判断上有较好指示意义。

修正SCIT算法在冰雹识别、跟踪、预警中的应用

冰雹是包头市的重要灾害天气之一,文章以地理信息平台为基础,结合强对流天气监测预报原理,在充分考虑包头地区地理环境和气候背景的前提下,对SCIT算法做了6项修正,研制了包头市冰雹自动识别跟踪预警系统,实现了冰雹的自动识别、跟踪与外推预警,能够精准定位冰雹的落区,将预警预报精细到村镇级别。经2014—2018年发生在鄂尔多斯市和包头市的83次强对流天气过程检验,系统可以及时识别出新生单体,跟踪预警预报的落区与实况对比一致。

风暴分类识别技术在人工防雹中的应用

利用新一代多普勒天气雷达资料,在风暴跟踪识别算法的基础上,发展了风暴分类技术,以提高人工防雹作业指挥的效率。首先以SCIT算法为基础,结合风暴的结构特征,综合利用雷达、探空资料,自动提取风暴结构特征指数;其次采用基于决策树模型的风暴自动分类技术,将风暴按强度分为雷雨云、单体风暴、多单体风暴和强风暴;最后根据风暴强度、高度和位置等属性,对有可能产生冰雹的单体,结合GIS,自动对下游方向或附近作业点进行预警或输出作业参数。通过对2006—2014年期间重庆、辽宁大连和河南三门峡三地发生的较为典型的31次冰雹天气过程、182站次冰雹样本的检验来看:该方法通过对风暴按强度、垂直结构等综合属性进行分类,能有效提高冰雹识别的命中率、降低空报率,其中强风暴的命中率能达到100%,空报率仅为11.4%。能有效提高人工防雹作业的自动化程度,对防雹作业的科学决策有着重要参考作用。

雷达对冰雹灾害落区的跟踪及鉴定

以2018年河北省中南部两次冰雹天气过程为例,探索了利用雷达资料跟踪冰雹灾害路径和影响区域的方法。通过台站观测冰雹与雷达识别冰雹区域的对比分析,发现依据雷达反射率因子、回波顶高、垂直累积液态水含量三个参数能够基本识别'冰雹最有可能发生的路径和影响区域'。对雷达识别区域与农业受灾面积进行分析,得知二者成正比关系,进一步说明可以用雷达识别得到的区域对冰雹灾害进行跟踪和鉴定,为更加科学的冰雹灾害风险评估奠定基础。

甘肃中部地区冰雹灾害分析及防御

在全球气候变暖趋势背景下,甘肃中部地区极端气象事件显著增多,尤其是冰雹灾害频繁发生,给农业生产造成了较严重损失。根据近30 a冰雹落区、地形地貌对冰雹天气发生发展的影响、冰雹移动路径分析表明,中部地区雹云生成发展和移动路径除受天气系统影响外,复杂的地形地貌是影响降雹的最主要影响因子之一。结合冰雹预报预警,提出人工消雹作业流程,取得了良好的消雹试验效果,为防雹减灾提供了科学依据。

乐清四中型水库库区的大暴雨成因分析

大暴雨是浙江省乐清水库致洪的直接原因。利用NCEP1°×1°全球再分析资料、常规资料、雷达资料和地面中尺度自动站资料,详细分析了2004—2008年乐清四中型水库大暴雨过程的发生、发展机制。水库大暴雨是在有利的大尺度环流背景下,不断有中小尺度系统的发生发展而产生。主要影响系统为登陆台风、西风低槽和低空急流。物理量诊断分析表明,低层强辐合,高层辐散、旺盛的上升运动以及强大的低空急流和充沛的水汽供给,为水库大暴雨的发生发展提供了极为有利的动力条件。台风强降水出现在台风螺旋雨带或者台风眼周围的密闭云团中的强降雨中心内。业务预报中可利用新一代天气雷达的基本反射率叠加风暴跟踪信息和冰雹指数,结合基本速度和垂直积分液态含水量等指标来跟踪台风强降雨中心,对水库大暴雨的监测和预警有重要意义。

基于人工智能的冰雹天气识别方法研究

冰雹天气是强对流天气系统产生的一种强天气现象,具有历时短、局地性强、破坏力大等特点,是主要的灾害性天气之一,因此对冰雹天气的识别一直是气象领域一个重要的研究课题。提出一种基于人工智能的冰雹天气识别方法,通过使用Faster R-CNN深度学习对冰雹天气区域进行识别,在测试集上的识别率和准确率分别达到87%和97%。通过理论分析,结合实际降雹情况及与传统冰雹天气识别方法对比验证的方式,验证了识别结果的准确性及可靠性。实验结果对冰雹天气这种灾害性天气的识别与预警具有重要的参考意义。

冰雹云单体识别与跟踪算法评估及检验改进

利用兴义新一代多普勒天气雷达CINRAD/CD复合体扫基数据及气象产品风暴单体识别与跟踪SCIT,对发生在黔西南地区的2007-2008年的冰雹天气过程个例进行验证、分析,分别从识别、跟踪评估、位置预报3个方面进行评估分析,并进行了算法补尝,提出了解决的办法,在降低反射率因子识别的基础上在时间关联中增加一个方向性阈值,提取反射率因子水平结构ZSIGN、反射率因子空间变化率δZ/δH、垂直累积液态含水量VIL、冰雹概率SHI 4个最能描述对流风暴特征的物理量,并对其分配权重,建立概率判别函数P,对2008年3月19日一次超级单体风暴的发展演变过程中P变化进行了分析,对2007-2008年的冰雹天气过程重新进行评估,与算法改进前的评估效果进行对比分析,结果表明,算法改进后识别成功率有明显上升,但对单体的跟踪及位置预报效果不明显。