贵州省汛期降水特征及强降水过程分型研究

【目的】为探究贵州省汛期降水的时空分布特征及演变规律。【方法】利用贵州省81个气象观测站1981—2020年汛期降水资料,采用EOF、REOF及交叉小波分析等方法对贵州省汛期降水时空特征进行分析及强降水过程分型研究。【结果】贵州省1981—2020年汛期平均降水量为924.9 mm,降水量在682.7~1194.1 mm,呈显著上升趋势,上升速率为16.94 mm/10 a。贵州汛期降水大体上呈现西南向东北递减的趋势,强降水过程次数及持续天数分布及波动变化与汛期降水基本一致。【结论】贵州省汛期降水分布不均,具有显著的年代际变化。贵州省汛期强降水空间场主要有全省一致型、东西反向型和南北反向型3种典型模态。经REOF方法可将贵州省细分为3个强降水区域,根据环流场分析,又可进一步划分为东部型强降水(Ⅰ型和Ⅲ型)与西部型强降水(Ⅱ型),各类型强降水落区受500 hPa环流分布情况以及850 hPa水汽来源与强度的影响。

贵州冰雹灾害强度评估方法研究

【目的】为快速评估单次过程冰雹强度和范围,及时为灾后救援、勘察和保险核灾工作提供参考依据。【方法】该文利用贵州省2021—2023年141次冰雹过程的多普勒天气雷达资料和探空资料,结合降雹观测资料和灾害损失调查记录,在贵州山区防雹业务预报预警指标的框架下,通过历史资料回算的定性评估结果跟网格化处理后的降雹数据做一致性对比,选取冰雹强度精细化评估的影响结果覆盖94%以上的降雹观测点位置且收敛性较好的阈值作为单时次的识别指标确定的依据,采用加权时间积分方法建立冰雹过程评估模型,该模型能够对冰雹过程进行精细化评估得到1 km空间分辨率的评估结果。【结果】为验证评估结果的准确性,选取了一次典型灾害开展无人机遥感调查,将反演结果与评估结果作对比检验,25处冰雹受灾位置中有22处降雹区位于评估范围的重度区域内,3处降雹区位于评估结果对应的中度灾害范围内,调查情况与冰雹精细化评估的强度范围和分布一致。以六盘水市风雹灾害损失记录和冰雹影响面积区域评估数据作对比分析,结果表明3种不同冰雹强度的评估面积与直接经济损失数据的两两相关系数均达到0.8以上,在0.01的显著性水平下进行假设检验,具有显著正相关。【结论】检验结果说明该评估方法在冰雹区域强度评估中能够较好地反映实际受灾程度。

贵州人影作业空域自动化综合指挥系统研究

人影作业空域自动化综合指挥系统率先在贵州省及下属市、县各级气象部门实现了地面人影作业空域申请批复与作业信息上报的一体化和系统化。该系统根据贵州省实际人影作业需求,依托气象基本业务通信网络,以数据库为核心,基于SOA(面向服务的架构)设计,解决了贵州省各级人影部门针对作业信息新要求面临的作业信息数字化、上报内容增多等难题。作业申请与填报进行一体化,智能关联代替部分人工填写,一定程度上降低了人工填报的差错率,进而提高了业务工作效率;同时,加强了与空域管制部门的沟通,实现了部分数据共享,形成了上下联动、左右协同的人影作业申请填报业务体系,实现了业务系统的高效利用和管控。

贵州威宁冰雹云演变特征雷达观测研究

【目的】为研究云贵高原东侧台地对流云(冰雹)单体形成发展演变过程。【方法】结合冰雹云单体回波演变特征,着重分析了2018年5月17日和2019年4月27日2次冰雹天气过程冰雹云单体Zh、Zdr、φdp、ρhv等偏振参量特征,以及不同相态降水粒子分布与温度形成环境条件的对应关系。【结果】(1)若以45 dBz回波高度在0℃层高度以上、回波强度Z≥55 dBz、VIL≥20 kg·m-2作为冰雹识别指标,比降雹时间提前1~3体扫观测时间,冰雹预警时间提前量为6~18 min。(2)非球形大粒子区的Zdr在2.8~5.4 dB之间,φdp在179~191°之间,ρhv在0.85~0.99之间,与强回波区相对应,主要是有大雨滴粒子群所组成,近似于球形大粒子区的Zdr在-2.3~1.2 dB之间,φdp在180~235°之间,ρhv在0.54~0.90之间,主要分布的是霰或冰雹等球形粒子。(3)当近似于球形粒子(冰雹)位于非球形粒子(雨滴)的前侧且存在Zdr正中心区和负中心区时,这是由于风向风速的拖曳作用,使大雨滴团移动较小,霰或小冰雹朝向风的方向移动较快而使其处于强回波区前沿的结果。(4)研究中粒子识别分类算法没有考虑水凝物粒子所存在的温度环境条件,导致暖云中存在湿雪(WS)、冰晶(CR)等固态降水粒子,且缺少霰粒子分类识别产品,因而需要对水凝物粒子分类识别算法予以改进。【结论】研究结果可为偏振参量订正、数据质量控制和模糊逻辑粒子相态识别算法改进提供参考。

省级学会能力建设和提升对策——基于贵州省气象学会的实践

省级学会是科技创新和科学普及两翼融合的纽带和桥梁,也是助力地方经济高质量发展的重要力量。在科技创新上升为国家发展战略的新时代背景下,该文以贵州省气象学会为例,结合工作成效,总结工作经验,探析推动省级学会发展的关键因素和路径。研究发现,省级学会应立足于自身职责定位,以建设特色一流学会为目标,不断提高学术凝聚力、创新服务力和文化传播力,充分发挥省级学会作为国家创新体系重要组成部分的积极作用。

贵州省61年冰雹气候特征及其成因分析

选取1961—2021年贵州省84个国家站冰雹观测资料,运用回归分析、小波分析和EOF分解对贵州省近61年冰雹发生的时空分布特征进行研究,并通过分析大气环流和外强迫因子的异常,探究冰雹日数极端年份的成因。结果表明:贵州省一年四季均有冰雹,春季最多,秋季最少。冰雹出现时间以14—01时的午后到夜间为主。贵州省冰雹的发生有14年和8年的周期,1995年后主周期变短,出现频次减少。冰雹主要分布在中西部,年均冰雹频次与海拔呈正相关,EOF分解后,贵州省冰雹空间分布前两个模态在空间向量场上呈现为全省一致型和东西相反型,受大尺度环流及地形影响产生的冰雹为减少的趋势,1991年后贵州省中部以东受地形激发及局地对流产生的冰雹有略微上升的趋势,但其方差贡献率较小,因此贵州省整体冰雹日数为下降趋势。通过极端冰雹年的大气环流和外强迫因子的分析,发现La Nina年海温的异常激发了热带西北太平洋异常气旋,导致该地区副高偏弱,进一步影响到贵州及其周边的位势高度有负异常,不利于贵州省冰雹的发生,对应贵州的少雹年,而El Nino年则相反,对应贵州省的多雹年。

乌蒙山东侧冰雹云形成机制及催化机理研究

【目的】解决山区冰雹预报及防控技术难题,深入认识复杂山地环境下冰雹灾害天气形成机理。【方法】采用多源观测资料与数值模拟结合,使用乌蒙山东侧雹源地(贵州冰雹防控外场试验基地)布设的垂直观测系统加密观测资料及ERA5高分辨率再分析资料,结合云贵高原下垫面资料,研究贵州西部冰雹源地的地形影响、环境条件、深对流触发动力因子、云微物理形成和人工防雹催化等方面的特征和机制。【结果】建立贵州西部冰雹观测数据集;探讨冰雹源地地形位涡的存在性、演变及其产生机制;分析雹源地上空不稳定层结条件下深对流触发的动力学特征,发现存在3个加减速关键区:云底加速、云顶加速、下沉减速,上升气流、下沉气流和水汽条件等因素对冰雹增长具有重要影响;对贵州西部1次冰雹过程进行了催化模拟研究,结果表明不同催化高度、催化剂量和催化时间的催化效果存在显著差异,给出了最佳的催化方案。【结论】研究为理解和预测雹暴等深对流的发生发展提供了重要的理论依据,也为实际的防雹作业提供了科学依据。

心脑血管疾病与气象因素关系预测模型的建立与评估

目的探讨心脑血管疾病的发病状况和气象因素之间的关系,运用机器学习方法预测心脑血管疾病发病风险等级,为疾病防控提供科学依据。方法以贵州省疾病预防控制中心提供的心脑血管疾病患者为研究对象,通过相关性分析确定模型的预测因子,分别基于支持向量机、极端梯度提升、轻量级梯度提升机、随机森林这4种机器学习模型构建心脑血管疾病发病风险的预测模型。将纳入患者以8∶2的比例分为训练集和测试集。训练集用于模型训练和参数优化,测试集用于评价模型效果。主要以准确率来评价各模型的预测效果。结果本研究共纳入60岁以上心脑血管疾病患者16383例,其中女性6507例,且日发病例数表现为不平衡数据,其中诊断类型包括急性心肌梗死、卒中、心绞痛、心源性猝死。日发病例数与气压、气温、湿度3大类26种气象因素存在相关性,与气压、相对湿度呈正相关,与气温呈负相关。采用GridSearchCV函数找出最优权重的配比后,使用机器学习方法构建模型,并通过测试集验证输出模型指标参数。轻量级梯度提升机模型在预测任务中表现最佳,准确率达到85.68%,精确率为82.56%,召回率为85.68%,F1分数为79.56%(均P<0.05)。心脑血管疾病患者发病前72 h气温的INP值为63814,是影响日发病例数最重要的气象因素,排名第2和第3的是发病前48 h气温和发病前24 h气温,对应INP值分别为62002、43216。结论基于机器学习方法建立的心脑血管疾病发病预测模型具有较高的预测价值,其中轻量级梯度提升机模型的预测效果最好。

西南地区汛期降水次季节变化主模态的低频环流传播路径特征

【目的】该文探讨我国西南地区汛期(5—9月)降水次季节变化的主模态,以及中高纬和热带次季节波动如何影响该地区持续性异常低频降水,能为了解和预测西南地区汛期降水的次季节变化提供参考。【方法】利用西南地区111个地面气象站1961—2015年逐日降水资料和JRA-55再分析环流场资料,采用EOF经验证交分解方法,分析西南地区汛期降水次季节变化主模态的低频环流特征和传播路径。【结果】西南地区汛期逐日降水主模态的空间分布为南北纬向型分布,空间特征向量高值区域分布在西南地区的南部和东南部,其高值区对应的SWDR与PC1的相关系数达0.991(通过0.05信度检验),PC1气候平均值的显著周期为12.9 d,且逐年PC1的显著周期主要集中在10~20 d时段,占比为60.0%;在PC1的典型低频年中,汛期季节内及其各分月的PC1均能较好地表征对应降水异常分布型的时间演变特征,且二者低频分量的正相关性更高(通过0.05信度检验),即PC1低频分量均能更好地把握SWDPI低频分量的准双周振荡特征,尤其在6、7和8月,这可能与影响主模态降水异常分布型的同期大气低频环流信号更为稳定有关;PC1的季节内变化不仅与中国东南部和南海形成的对流异常偶极子有关,还与在西南地区对流层高层形成的位势高度异常偶极子息息相关,该对流异常偶极子的形成与前期菲律宾以东OLR正异常的西北向传播和巴尔喀什湖东南部OLR负异常的东南向传播有关,并且菲律宾以东被抑制的对流向西北方向传播总是伴随着低层的局部反气旋,而西南地区的西南部对流的增强(抑制)总是伴随着高层北部的负(正)位势高度异常,同时,西南地区对流层高层的位势高度异常偶极子的形成,与中高纬对流层高层类似Rossby低频波列东南向传播过程中在青藏高原东侧顺时针转向有关。【结论】从气候背景看,影响PC1季节内变化的低频波列传播主要与2个方面的因子有关,一方面对流层高层西风急流轴主体位置南压和强度增强,通过影响中高纬类似Rossby低频波列的东传南下,从而影响在西南地区对流层高层形成位势高度异常偶极子型分布;另一方面印度季风槽的北抬加强了南海—菲律宾海域异常反气旋西北侧的西南气流,促使西南地区低层异常气旋形成,同时东亚季风槽增强也有利于热带西太平洋低频对流发展并向西北传播,从而影响在中国东南部和南海的形成的对流异常偶极子型分布。

黔北一次冰雹天气过程C波段双偏振雷达资料分析

【目的】为进一步探索C波段双偏振雷达参数指标的本地化运用。【方法】利用习水C波段双偏振雷达资料、地面自动站资料、探空资料,对2022年3月16日发生在黔北的一次冰雹天气过程成因以及双偏振雷达回波特征进行分析。【结果】(1)此次强对流天气发生在500 hPa前倾槽前、低层低涡切变东南侧,中低空急流的北侧及地面低压倒槽内,同时午后升温及中高层干冷平流入侵,使得层结更趋于上干冷下暖湿的不稳定层结,冷锋前沿的地面辐合线为过程提供了触发机制。(2)过程由多单体风暴引发,最大反射率因子达65 dBz, 40 mm冰雹出现了三体散射,剖面图中出现了悬垂结构和有界弱回波区,低层观测到辐合速度对。(3)对比30 mm和40 mm的冰雹双偏振参数发现:融化层以上冰雹ZDR在-1~0.2 dB,CC值在0.90~0.99之间,KDP均为0;从融化层以下,30 mm冰雹CC值在0.70~0.90,40 mm冰雹CC值在0.80~0.97,两者有所区别,ZDR也有明显增加,在0~4 dB之间;由于融化层以下大雨滴的混合,KDP在0~3.1°·km^(-1)之间。(4)大冰雹偏振参数出现明显ZDR柱、KDP柱,CC谷,CC图中出现明显的非均匀波束充塞,ZDR和CC图中有明显的三体散射现象。【结论】该文仅是对一次多单体天气过程个例的偏振参数特征粗略分析,未来仍需分析更多个例用以完善C波段双偏振天气雷达在强对流天气中各种偏振参数的标准,为实际业务提供更精准的参考。

基于气象要素的贵州中东部区域烤烟单叶重模型的比较

选取贵州中东部烟叶种植区域2010-2021年47个区(县)气象和烤烟单叶重数据,分析气象要素对烤烟单叶重的影响,运用线性和非线性4种方式基于年尺度4个气象要素(四要素)和旬尺度多个气象要素(多要素)分别建立烤烟单叶重模型,并验证模型的准确性和稳定性,探究不同模型在贵州中东部区域评估单叶重的优劣。结果表明:(1)贵州中东部烟区近12a下部叶单叶重平均为5.7g,中部叶单叶重平均为9.2g,上部叶单叶重平均为10.8g,下部叶单叶重变幅小于中部叶和上部叶。(2)基于四要素建模,下部叶单叶重BP神经网络算法模型的模拟效果最优,R^(2)为0.26,RMSE为0.84g;中、上两部叶单叶重的随机森林算法模型的模拟效果最优,中部叶R^(2)为0.33,RMSE为1.08g,上部叶R^(2)为0.16,RMSE为1.59g。基于多要素建模,下、上两部叶单叶重的随机森林算法模型的模拟效果最优,下部叶R^(2)为0.22,RMSE为0.85g,上部叶R^(2)为0.16,RMSE为1.57g;中部叶单叶重的BP神经网络算法模型的模拟效果最优,R^(2)为0.18,RMSE为1.14g。(3)基于多要素的逐步回归算法在下部叶的准确率为34.86%,其他算法对同叶位的模拟准确性普遍在70%以上,多要素BP神经网络模型预测下部叶单叶重准确率最高,为86.24%,四要素随机森林模型中部叶单叶重准确率最高,为89.91%;多要素随机森林算法预测上部叶单叶重准确率最高,为84.4%。(4)基于四要素算法模型对贵州中东部2021年单叶重预测,中下部叶单叶重四种算法模型准确率差别不大,上部叶单叶重随机森林算法的准确率最高,为91%,明显高于其余三种算法模型;基于多要素情况下,各模型下、中、上部位平均模拟准确率为81%、74%和85%。(5)在市州维度四要素条件下,下部叶单叶重模拟结果BP神经网络平均准确率为84%;四种算法模型对中部叶模拟结果无显著差异;上部叶模拟结果随机森林算法平均准确率最高,为92%。多要素条件下,下部叶单叶重模拟结果线性回归平均准确率为91%;上部叶单叶重模拟结果线性回归平均准确率最高,为88%。综上,针对贵州中东部平均烟叶单叶重,采用四要素运用BP神经网络和随机森林算法能较好地模拟气象因素对烟叶单叶重的影响,为烟叶生产的调控提供科学依据。

中国不同地区金钗石斛气候品质对比分析

利用中国贵州赤水等35个国家气象站1991—2020年的年平均气温、1月平均气温、年降水量、年平均相对湿度、年日照时数等气候标准值,应用专家打分法,确定影响金钗石斛生长发育的气候品质评价指标及其权重;基于气候品质评价指标模型,计算贵州赤水等35个不同地区金钗石斛的气候品质评价指标等级。结果表明:金钗石斛生育期主要为休眠期和茎生长期,而茎生长期主要包括萌芽期、现蕾开花期和茎采收期。建立了中国金钗石斛气候品质评价指标模型,并将气候品质评价指标分为3个等级,即最适宜为3级,适宜为2级,不适宜为1级。贵州赤水和四川合江的金钗石斛气候品质评价指标为最高等级,其各气候要素品质评价指标均为3级,总分均为2.5,表明赤水河流域地区(贵州赤水、四川合江)是全国气候条件最适宜金钗石斛生长的区域,即贵州省赤水市气候条件是金钗石斛种植最适宜区;其次是贵州罗甸、三都,四川夹江、犍为,重庆开州,广西靖西、金秀的气候条件适宜金钗石斛生长。河北安国、云南维西、湖北神农架的气候条件不适宜金钗石斛生长。

习水南部一次秋季最强降水中的地形作用

该文利用习水107个站点的降水观测数据、高空和地面形势实况资料、习水双偏振雷达数据、ERA5全球再分析资料,通过天气学统计方法,分析2021年9月12日习水强降水过程成因,并解释了地形对此次强降水的增强作用。分析结果表明:(1)此次过程发生在双台风夹击的背景下,主要影响系统有对流层中层高空槽、低空低涡切变线;(2)高空槽东移迫使低涡切变线发展加强,为此次过程提供了抬升条件,14号超强台风“灿都”外围的偏东气流减缓了低涡切变线东移速度,使得其在习水停留时间变长,同时,低空偏南气流和偏东气流的辐合为强降水的发生发展提供了热力不稳定和水汽条件;(3)雷达回波是以积云为主的混合降水回波,多对流单体活动,并有明显的“列车效应”现象;(4)由于大娄山南侧地形对对流层的气流有辐合抬升作用,对流单体在山脉南侧移速减慢、合并增强,导致降水强度和范围增大,从而形成此次强降水过程。

辣椒品质的综合评价方法及影响辣椒品质的关键气象因子

为探究辣椒品质的综合评价方法及影响辣椒品质的关键气象因子,以卓椒52、骄阳6号和辣研12号3个辣椒品种为供试材料,在贵州省麻江县、云南省砚山县、湖南省长沙市、重庆市石柱县4个辣椒主产区进行栽培试验,并进行辣椒品质指标测定,采用相关性分析、主成分分析、逐步回归等方法,明确影响辣椒品质的关键气象因子,建立辣椒品质综合评价模型与气候品质评价模型,并对4个辣椒主产区的气候资源优势进行比较。结果表明,种植于4个种植点的3个辣椒品种品质指标存在较大的变异,其中辣椒二氢辣椒素含量、辣椒红素含量、辣椒素含量的变异系数均在50%以上,而还原糖含量、氨基酸含量、粗脂肪含量、粗纤维含量变异系数均在20%以内。种植于云南省砚山县的卓椒52品质综合评价最优,而供试的3个辣椒品种种植于贵州省麻江县的辣椒品质总体优于其他3个种植区。根据主成分载荷值筛选出的辣椒品质指标为辣椒素含量、二氢辣椒素含量和粗脂肪含量。影响辣椒品质的关键气候因子为辣椒定植至采收期的平均相对湿度和总降水量。4个种植点的气象因子主成分得分分属4个象限,而7个气象因子的主成分载荷值分属3个象限,其中,与辣椒品质相关的关键气象因子平均相对湿度和总降水量位于第2象限,与贵州省麻江县的气象因子主成分得分一致。说明贵州省麻江县的气象条件有利于提升辣椒的品质。本研究结果为进一步的辣椒优质栽培、品质评价及种植区划提供了依据。

贵阳近百年气候变化及干湿演变

【目的】探索近百年来全球变暖背景下贵阳气候干湿演变过程与趋势,为应对气候变化风险提供事实依据。【方法】基于贵阳1921年以来的均一化气温和降水量序列,构建其相较于1921—1950年(早期)气温、降水量平均值的距平和相对距平序列,分析贵阳近百年气候干湿演变。【结果】1921—2023年,贵阳气温升温趋势显著,通过0.05显著性检验,降水量呈不显著减少趋势。与早期气候相比,近百年来,贵阳气候暖干化明显,偏暖、偏干气候分别为64 a、62 a,其中暖干42 a,暖湿22 a,冷湿19 a,冷干20 a;贵阳经历了冷湿(1921—1936年)到暖湿(1937—1953年),冷湿冷干并存,冷干占优(1954—1986年)到暖干居多(1987—2011年)的气候变化过程,2012年后,气候倾向暖湿化。103 a间,气温出现显著偏差年份占比达到1/5,偏高年份接近1/3,偏低11 a,出现异常偏暖6 a,异常偏冷1 a。降水量没有异常偏差年份,1936年等共6 a降水量偏少,降水量偏多仅有1954年。【结论】贵阳秋冬季气候偏干、偏暖趋势明显,秋季特别突出,偏暖74 a,偏干70 a,夏季是贵阳气候最为稳定的季节,气温、降水变化趋势均不显著。未来,贵阳应在夏季做好储水工作,以应对秋冬季可能发生的极端干暖化气候。

针对大范围降温天气的气温预报检验方法

【目的】为客观评价大范围降温天气中的气温预报效果。【方法】以传统检验方法为基础,借鉴面向对象的检验方法,构建了以降温范围和中心强度偏差、日气温大误差率为主的降温预报综合检验指标。以2020年6月1日—2021年5月31日期间中国大范围降温日为样本,对ECMWF、NCEP客观模式1~7 d时效的气温预报开展检验。【结果】临近时段各预报场预报的降温日都较可靠,但漏报较多;降温预报偏差综合指数揭示在降温空间分布上,各预报场有降温范围偏小或降温中心偏离的缺陷,ECMWF的降温预报效果优势明显,而NCEP预报效果欠佳,主要因NCEP气温预报偏差大,但其对降温形态的预报具有参考性。对降温预报检验方法开展讨论,发现引入气温变化后的降温预报偏差综合指数结果与传统检验有差异,因此针对降温天气开展检验是有必要的;通过各降温过程比较和典型个例讨论,降温预报综合检验各项指标具有检验意义,所构建的降温预报偏差综合指数能够客观反映大范围降温日的气温、降温预报性能,可用于开展各降温日、各预报的比较。【结论】降温预报时间检验和降温预报综合检验分别关注大范围降温天气下降温预报在时间和空间上的偏差,可拓展应用到不同区域范围。

基于气象因素预测心脑血管病发病风险及其与发病率的关联分析

目的基于气象因素预测心脑血管病发病风险及其与发病率的关联分析。方法采用2017—2022年兴义市心脑血管发病数据作为研究对象,根据发病人数的累积概率的25%、50%、75%和95%分位数划分发病风险等级,依托气象因素与心脑血管病发病风险的关系展开研究。结果心脑血管病发病率和气温、水汽压、气压、相对湿度具有显著相关性,和气温、水汽压呈负相关,其中与日最低气温的相关系数最高-0.504(P<0.05),与气压、相对湿度呈正相关;森林模型在预测心脑血管病发病风险上表现最优,综合评分为0.851;相对风险RR值分析发现,气象因素暴露水平对心脑血管病的发病存在滞后性关联,气温降幅超过11℃和气压上升高于8hPa可显著增加发病风险。结论揭示了心脑血管病发病率与气温、水汽压、气压和相对湿度有显著的相关性,并通过机器模型有效预测了心脑血管病的发病风险,发现极端气象条件显著提高了发病风险,为公共卫生干预提供了气象风险评估依据,强调了在极端气候变化背景下采取预防措施的重要性。