湖南省夏季大型水库人工增雨效果效益评估方法

2001～2007年，对湖南省境内4大水库分别开展了夏季人工增雨蓄水发电工程性试验。给出了7次试验的概况，并对所产生的作业效果和直接经济效益进行了初步评估。在有利天气形势下，实施有计划的云催化试验，针对夏季积云进行地面人工催化作业，对大型水库过境云水资源进行有效利用和开发，增大地面降雨量，增加入库地面径流，从而增加水库的水资源。为了客观科学地评价人工增雨的效果及其产生的效益，采用非随机区域控制回归方法和单门高炮人工增雨计算法对人工增雨效果进行检验与评估，并对水电产生的直接经济效益进行评估。分析表明，人工增雨的有效增雨率为24％，产流系数为0．3～0．5时，7次大型水库人工增雨作业期库区增水总量为5．67亿m^3；采用水电耗水率计算法对效益进行分析得出，增加发电量累计4002万kw·h，直接增电量效益为1605．51万元，试验的投入产出比平均为1：5．67。结果表明，“蓄水型”人工增雨不仅能增加水库的水资源，也能为水电部门产生较大的经济效益，是一项投入少、科技含量高、经济效益明显的工程技术。

2008年湖南极端冰冻特大灾害天气成因分析

2008年初,湖南出现了有完整气象记录以来罕见的特大低温冰冻雨雪极端灾害天气。常规资料分析表明,高空中高纬阻塞高压稳定,副高持续偏强,孟加拉湾低槽稳定少动,湖南一直处于槽前西南气温中;700hPa西南急流带来大量暖湿气流,一方面有利于降水的形成与持续,另一方面有利于逆温层的形成;850hPa切变线在湖南境内南北摆动,造成全省大范围降水;地面冷空气不断从洞庭湖区补充南下。大环流背景有利于低温冰冻天气的维持。分析探空站的大气层结、地面气象要素与冰冻的关系表明:大气层结的逆温层、融化层,地面温度在0℃附近及以下是形成冰冻的关键因子;降水对于冰冻的形成具有重要作用,日降水量大于0.1mm持续性大范围稳定性的雨夹雪或小雨有利于冰冻的形成与加强;气温与冰冻的发展呈反相关;当大气层结、降水量与海拔高度基本相同时,气温是冰冻发展的关键因子。

几种计算参考作物蒸散量的模型在湖南的适用性研究

[目的]探讨几种计算参考作物蒸散量的模型在湖南的适用性。[方法]利用衡阳站的日气象观测资料,对4种常用参考作物蒸散量模型的计算结果与小型蒸发皿实测值进行月平均值的比较、相关分析及均方差、平均偏差分析。[结果]4个模型计算的月平均值与实测值的变化趋势基本一致。由Penman-Monteith模型计算出的参考作物蒸散量与实测值变化趋势的一致性最好,线性相关较好,与实测值偏差最小,能较好地反映当地作物蒸散变化的实际。[结论]Penman-Monteith模型在湖南的适用性较好。

2008年湖南两次暴雪灾害过程初步分析?

针对2008年湖南低温冰冻雨雪极端灾害天气的两次暴雪天气过程,利用多种气象资料进行了诊断分析,结果表明:稳定的大气层结、持续的水汽输送、有利的动力条件导致了降水的产生,促进了冰冻发展。

湖南秋季积层混合云系飞机人工增雨作业方法

统计分析2007-2016年秋季湖南省长沙市地面气象观测资料、湖南省飞机人工增雨作业资料,得到湖南省秋季积层混合云系的降水分布情况、一般结构特征和相应的飞机增雨作业方法。使用多普勒天气雷达、GRAPES_CAMS数值模式和中小尺度气象站网等资料对典型作业天气过程进行云降水物理和数值模拟分析,采用成对对流云和基于TREC算法的回波跟踪等方法进行作业效果评估。归纳得到湖南省秋季积层混合云系人工增雨作业条件判别的12个宏微观指标,探讨在使用运7飞机、碘化银烟条作业装备条件下,开展飞机增雨作业的最佳催化时机、部位和剂量。针对积层混合云系中的降水性层状云系、积云对流泡,飞机增雨适宜作业的区域、播撒高度和催化剂量:在过冷高层云的-15^-5℃层,播撒达到30 L^(-1)的人工冰晶浓度;在过冷积云的-15^-7℃层,静力催化使冰晶浓度达到30 L^(-1)或动力催化达到100 L^(-1)。这些方法在实践中取得了较好的人工增雨作业效果。

2016年7月湖南一次极端持续性暴雨成因分析

利用NCEP(1°×1°)逐6 h再分析资料、FY-2E卫星云图和常德多普勒天气雷达资料,结合HYSPLIT(hybrid single-particle lagrangian integrated trajectory v4.9)气流轨迹扩散模式对2016年7月1—5日湘中以北一次罕见的持续性暴雨过程进行综合分析。结果表明:(1)中纬度高空槽的东移、带状分布且稳定少动的副热带高压为中低层西南低涡不断生成发展及"人"字型切变线的维持提供了有利的环流条件;(2)低空、超低空西南急流异常旺盛,并稳定维持5 d,强降水发生时850 h Pa逐6 h区域(27°N—29°N、110°E—114°E)平均风速增大,可作为强降水预报中重要参考指标;(3)线状排列的多个中-β尺度对流单体不断长大、互相合并,发展成积雨云团,稳定维持在湘中以北一带;(4)模拟气团输送路径的结果显示,低层的水汽主要从南海向北输送到湘中以北;中层水汽从孟加拉湾以偏西南路径为主向湘中以北输送;高层水汽沿着西风带向湘中以北输送。

2018年12月湖南极端低温暴雪环流特征及成因分析

应用多源资料对2018年12月发生在湖南省一次极端低温暴雪天气过程及环流异常特征进行了分析。结果表明:此次天气过程中,暴雪与低温均达到极端事件,湖南11县市最低气温突破历史同期极值,益阳南县的积雪深度创历史记录;中高纬度乌山阻塞高压和低纬度南支槽异常偏强,西伯利亚冷空气堆异常强盛,地面中心气压达1070 hPa,副高较常年偏强偏北,副热带锋区强盛,南北温度梯度达18℃以上,是造成此次过程的大尺度环流背景场;锋生函数在降雪加强初期指示作用明显;700 hPa西南低空急流加强、湿层发展至400 hPa以上、高低空急流耦合及700 hPa低槽过境为降雪加强提供了有利的水汽和动力条件;东北-西南向云带中镶嵌有-20℃^-40℃中尺度云团持续经过湖南是造成极端暴雪的直接原因,雷达回波径向速度场存在明显的“牛眼”特征,2.4 km以上有深厚的西南急流建立,且维持了近14 h,是强降雪持续的主要原因。

湖南一次重大森林火灾人工增雨作业条件与效果分析

人工增雨作业是森林灭火的一个重要科技手段,作业条件预报与作业时机的把握是作业成败的关键。本文以湖南省“20130810”大乘山重大森林火灾人工增雨作业情况为基础,利用多种气象资料对作业条件预报与作业方案设计进行分析,采用作业前后雷达回波参量变化、最大相关系数的雷达回波跟踪法(TREC)对作业效果进行评估。结果表明:大乘山重大森林火灾人工增雨作业通过捕捉台风外围边缘快速生消的积云云系,有效地让局地积云降水降落到了位置相对集中的火场,8月15日第7、第8次地面人工增雨作业15min后雨势加大,有效压制火势,及时解救了火场被困人员;8月16日第11次作业为明火扑灭发挥了重要作用。针对局地积云开展森林灭火人工增雨作业,使用火箭、高炮等地面装备更容易抓住作业时机,针对大范围的积层混合云系更适合开展飞机增雨作业,飞机在火情侦察拍照和气象探测等方面能发挥重要作用。

湖南省雨滴谱仪与常规降水观测对比分析

湖南省97个国家气象站自2017年开始陆续安装了雨滴谱仪,2018年1月1日起进行平行观测。为分析评估其探测降水量的准确性,选取湖南省12个国家站2018年雨滴谱仪观测资料和自动站翻斗雨量计小时降水资料,从总体观测误差、不同降水量级下观测误差和累积降水量观测误差3个方面进行对比分析。结果表明:①雨滴谱仪小时降水量和翻斗雨量计小时降水量存在显著的相关性,决定系数平均为0.94,其中南岳站决定系数最低为0.90,浏阳站决定系数最高为0.98,12个站的小时降水量绝对偏差均值为0.34 mm;②当小时降水量R_(h)<1.0 mm时,各站雨滴谱仪降水量较翻斗雨量计降水量平均偏大0.05 mm,且平均差值绝对值均在0.2 mm以下;当1.0 mm≤R_(h)<2.6 mm时,大部分站点雨滴谱降水量均大于或与翻斗雨量计降水量相当;当2.6 mm≤R_(h)<5.0 mm时,株洲和南岳站雨滴谱降水量较翻斗雨量计降水量明显偏小,武冈和娄底站雨滴谱仪降水量则明显偏大;当5.0 mm≤R_(h)<8.0 mm时,除株洲和南岳站外,其它各站雨滴谱降水量均大于或与翻斗雨量计降水量相当;当8.0 mm≤R_(h)<16.0 mm时,除株洲和南岳站雨滴谱仪降水量偏小外,其他各站雨滴谱仪降水量均较翻斗雨量计降水量偏大;当R_(h)≥16.0 mm时,雨滴谱仪降水量偏差明显变大,平均偏差绝对值达到3.57 mm;③雨滴谱仪累计降水量和翻斗雨量计累计降水量变化趋势基本一致,除汨罗和南岳站外,雨滴谱仪累计降水量常表现为偏多。通过分析可见,湖南省雨滴谱仪雨量观测有较好可靠性,可为强降水监测预警、人工影响天气及降水数据订正等提供数据支撑。

“碧利斯”与“圣帕”引发湘东南特大暴雨雷达回波对比分析

利用多普勒天气雷达、常规气象观测等资料,从雷达气象学和中小尺度天气学出发,对引发湘东南特大暴雨的两次强热带风暴"碧利斯"与超强台风"圣帕"进行了对比分析。结果表明:两次过程均为东风带系统影响,地形增幅作用显著。螺旋带状、弥合回波阶段是造成强降水的主要时段。均有低质心暖性降水回波特征,降水效率高。"列车效应"是造成特大暴雨的关键,但形成方式不同:"碧利斯"主要由带状回波形成,而"圣帕"主要由回波在同一区域加强形成。"碧利斯"回波强度、回波顶高均大于"圣帕"过程,对流更旺盛,范围小而雨强大,与西风带冷式切变线暴雨回波相似。"圣帕"回波均匀,持续时间长,与西风带暖式切变线暴雨回波特征相似,回波移动缓慢,降水总量大。两次过程都有暖平流上叠加辐合风场的特征,形成了有利于强降水的环境背景。中γ尺度"大风核"造成有组织的次级环流,可能是"列车效应"形成和维持的主要原因。谱宽表明,受地面的摩擦作用,低层有强烈的湍流和乱流,有利于低压中心从低层减弱。中层为强而稳定的气流,有利于气旋强度的维持,形成长时间强降水。

一次积层混合云系人工增雨作业的综合观测分析

综合利用多普勒天气雷达资料、FY-2E静止卫星反演云参数、MODIS极轨卫星反演产品和地面降水资料,对湖南2013年8月17日一次飞行作业的积层混合云降水结构及催化效果进行了分析。研究表明,作业云系以云顶温度较低的积层混合云为主。-10℃以上存在深厚的冰相增长带,云顶以冰相的大粒子为主;-10℃层以下,云滴的凝结碰并作用显著,冰相过程显著。光学厚度与地面降水有很好的正相关性,能很好地反映降水落区。回波垂直廓线表明,催化云系冷层厚度较大,0℃层附近液水含量较为充沛,降水以冰相过程为主。深厚的冰相层和冰水混合层的配置有利于降水的发生,在以冷云过程形成降水的位置进行催化作业,催化部位和时机较为科学合理。物理统计分析发现,催化后高层的回波强度率先增长,低层响应较为滞后,说明催化率先引起高层降水粒子的增长,雨滴增长下落后导致低层回波出现增长。相对于对比区,催化能引起回波强度和降水增强,并能相对延长目标云区的生命期,催化效果较为明显。

基于多变量混合长短期记忆神经网络的长沙PM_(2.5)预报模型

为了提高PM_(2.5)浓度预报准确率,基于长短期记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络构建多变量混合预报模型(hybrid long short-term memory,hLSTM),利用空气质量数据、气象数据和日期时间信息对长沙10个空气质量监测站未来24 h PM_(2.5)浓度进行逐小时预报,并对模型精度进行评估。结果表明:hLSTM逐小时PM_(2.5)预报模型误差随预报时效的增加呈现前陡后缓逐步增大,均方根误差(root mean squared error,RMSE)、平均绝对误差(mean absolute error,MAE)和平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error,MAPE)分别从1 h的6.53μg/m^(3)、4.03μg/m^(3)和16.02%增大到24 h的20.62μg/m^(3)、13.56μg/m^(3)和47.34%;模型误差存在明显的季节性差异,呈现冬季>秋季>春季>夏季的特征;相较于基于决策树(decision trees,DTs)、循环神经网络(recurrent neural network,RNN)和普通LSTM的预报模型,hLSTM模型能更好地提取长沙PM_(2.5)浓度数据的时序特征,达到更高的预报精度;利用hLSTM模型对长沙2019年12月13—16日重污染天气过程PM_(2.5)浓度进行预报,各时效的预报结果均能反映污染过程中PM_(2.5)的变化趋势,其中3 h内的预报结果与观测值吻合程度较高。可见hLSTM可较好提取长沙PM_(2.5)浓度变化特征,为其短临预报提供一种新思路。

洞庭湖生态经济区热量资源变化特征

基于洞庭湖生态经济区25个地面气象观测站1961—2013年的逐日平均气温、最高气温和最低气温观测资料,组合成100项热量特征指标,利用统计方法系统性分析该区域的热量资源变化特征,并采用贡献率探讨了最高、最低气温在年平均气温变化中的作用。结果表明:洞庭湖生态经济区不同气温要素的空间分布形态不同,日平均气温≥0℃、≥5℃、≥10℃、≥15℃、≥20℃的积温空间分布形态一致,均呈西低东高分布;稳定通过0℃、5℃、10℃、15℃、20℃的初、终日期在区域内相对集中。年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温均呈显著或极显著上升趋势,但存在升温的不均匀性,气候变暖以最低气温升高为主要特征,最高气温在春季起到升温加速作用,导致洞庭湖区春季气温上升速率较其他季节大。气候变暖带动日平均气温≥0℃、≥5℃、≥10℃、≥15℃、≥20℃的积温呈极显著上升趋势,但升温的不均匀性直接关联到稳定通过一定界限日平均温度初、终日期的变化及积温突变时间的变化,5℃、15℃初日呈显著提前趋势,≥0℃、≥5℃、≥10℃积温增加突变时间与最低气温相近,≥15℃、≥20℃积温增加突变时间与最高气温相近。

几种人工增雨效果评估方法的应用与研究

综合介绍了近年来全国及湖南省人影工作中包括大面积抗旱、日常人工增雨、水库人工增雨试验以及云物理外场试验研究工作中几种常用的人工增雨效果评估的方法及应用。但目前湖南省能进入对流云中对微物理过程及变化的实际探测不够,在种种条件的限制下,所介绍的这几种方法在目前日常工作中的可操作性和合理性就显得比较重要。

洞庭湖地区的水汽输送来源特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料、地面站点资料,引入拉格朗日方法的轨迹模式,定量分析洞庭湖地区2014—2017年夏半年水汽输送来源特征,对比2017年“6·22”极端降水2个时段的水汽输送来源差异,得到以下结论:洞庭湖地区夏半年的主要输送源地为太平洋(32.3%,水汽输送贡献),孟加拉湾—南海(28.3%),印度洋(26.6%),中国东部水汽输送相对较少,但不可忽视。各源地各月水汽输送具有较大差异,其中4、5月以太平洋和孟加拉湾—南海水汽输送为主,6、7月以印度洋水汽输送为主,太平洋、孟加拉湾—南海次之。“6·22”极端降水环流背景:中低纬西太平洋副热带高压稳定维持,洞庭湖地区处于副热带高压西侧的强水汽输送带中,有利于水汽不断往暴雨区输送。极端降水期间,印度洋水汽输送异常偏多,太平洋水汽输送异常偏少。第一个时段的水汽源地主要为印度洋,其次为孟加拉湾—南海,其它源地水汽输送贡献较小,欧亚大陆为干冷空气输入。第二时段中国东部和欧亚大陆无水汽来源,中低层无干冷空气侵入,印度洋、孟加拉湾—南海水汽输送仍占主导地位,太平洋水汽输送明显增多。

基于“天擎”的模式产品云化技术研究与实现

数值天气预报目前已成为天气预报不可或缺的重要基础和手段,将数值模式产品以更方便快捷的方式共享给各类预报及服务平台使用,已成为一项重要的任务,气象大数据云平台("天擎")将承载气象业务应用,提供数据共享服务,为省、市、县各级以及云上应用提供唯一权威的数据接入服务。本文基于"天擎"所共享的数据、接口、容器三大类资源,研究实现将模式图片产品和json信息产品云化,通过对数据云化存储、接口云化实现以及模式产品生成算法容器实现,完成了基于"天擎"的模式产品云化技术研究,为其他业务系统进行"天擎"融入提供借鉴思路。

民航芷江机场飞机人工增雨作业保障技术研究

通过研究分析民航芷江机场的基础保障、气象保障和空域保障能力,总结人工增雨作业飞行保障经验,结果表明:芷江机场存在机场净空差、通讯导航设备简单、机场跑道短、开放标准高等不足,对复杂气象条件的探测与分析能力有限,空域保障也存在不利因素,根据需求结合机场综合保障能力,适合使用空军"运-7"飞机作业,作业指挥需要注意当降水天气系统影响本场时出现低能见度概率大,起降飞行发生撞山撞高压线的安全风险高,易导致着陆时剧烈颠簸;应在保证本场达到目视飞行最低开放标准条件下,根据气象、空域条件科学设计人工增雨作业区域和飞行航线。

湖南省超级早稻高温热害预警技术研究

湖南省超级早稻抽穗扬花期间的主要气象灾害是高温热害。开展高温热害预警研究,为双季超级早稻及时采取高温热害防御措施,对于减轻高温热害不利影响具有重要意义。引入温度异常度概念,构建超级早稻的高温热害预警指数SA(standardized anomaly),利用TS(threat score)评分法确定了超级早稻抽穗扬花—灌浆成熟期的SA指数预报阈值,并结合欧洲中心细网格温度预报资料,进行湖南省超级早稻的高温预警。利用2012和2015年2 a典型的高温年份检验,结果表明,SA指标预警结果与实况基本一致,因此可以使用该方法进行长江中下游地区超级早稻高温热害预警。