基于气象数据深度挖掘的雷电灾害自动化监测系统设计

为提高雷电灾害的预防和应对能力,设计基于气象数据深度挖掘的雷电灾害自动化监测系统。通过360度雷电传感器获取当前环境中云闪、地闪电磁波脉冲频率与次数数据,利用定位模块获取雷电发生经纬度信息,将气象数据经过Oracle10数据库存储后,使用深度挖掘算法中的Clus⁃tream算法,建立雷电灾害自动化监测框架,将气象数据输入到该框架内,使用多机器学习单元对气象数据训练集进行学习,得到基分类器,通过该分类器挖掘气象数据内的雷电灾害监测结果,实现雷电灾害自动化监测。实验结果表明,该系统具备较强的云闪电磁波采集能力和监测雷电灾害能力,应用性强。

青海省近40年雷电灾害时空分布规律

应用青海省1981-2020年以来的雷电灾害资料,统计分析了青海省近40年来雷电灾害的时空分布和时间变化规律。结果表明:青海省的年雷电灾害发生次数及雷电灾害引起的人员伤亡和财产损失情况均随着年代的增长先增加后减少;5-9月是雷电灾害的频发期,占全年雷电灾害比例的96.1%;青海省的雷灾事故发生具有较强的区域性,西宁市辖区是雷电灾害发生次数和密度最大的区域。文章最后提出了一些雷电灾害事故的主要防御措施,分析结果对青海地区雷电灾害的防御具有一定的参考价值。

青海省2000～2016年雷电灾害特征分析及防御措施

本文利用2000~2016年青海省的雷电灾害资料,统计分析了近17年来青海省雷电灾害时空分布特征和雷电灾害特点,以便掌握青海省雷电灾害发生和分布规律,为做好青海省雷电灾害防护工作提供支持。

青海省4—9月连阴雨时空特征分析

基于1961—2020年青海省48个台站4—9月的降水、总云量和日照时数日资料,计算得到青海省各站连阴雨发生次数、持续天数和累计降水量,并通过旋转经验正交函数分解(REOF)、Mann-Kendall检验、小波分析和趋势系数等方法分析青海省连阴雨时空分布特征。结果表明:青海省连阴雨年平均发生次数为4次,持续天数为26 d,累计降水量为122.0 mm:空间上表现出东南向西北减弱的特点,时间上青海西部呈增加趋势,东部呈减少趋势;连阴雨累计降水量REOF空间分区分为东部区、中部区、南部区、西北区和西南区,其中前3个区累计降水量呈减少趋势,后2个呈增加趋势;各区域突变时间分别为1988、1969、2005、1974和1975年;5个区域的降水周期特征存在不同周期的嵌套,各区域普遍存在2~3 a的周期振荡。

1995—2020年青海省雷电灾害时空分布及其灾害特征分析

利用1995—2020年青海省雷电灾害资料,研究该区域雷电灾害时空分布特征。结果表明:1995—2006年青海省雷电灾害呈增加趋势;2007—2015年青海省雷电灾害呈下降趋势;2016—2020年青海省雷电灾害呈平稳略有上升趋势。青海省雷电灾害空间分布呈,东多西少、南多北少分布特征,其中,雷灾密集区位于西宁市辖区、大通县、河南县、湟中县和互助县区域。1995—2020年,雷电灾害造成青海省人员伤亡282人,平均11人/a,同时对办公设备,广电、电力系统、通讯系统和住宅等方面也造成了损失,其经济损失达1247.12万元,平均47.97万元/a。

青海省牧区雪灾的成因及防御对策

雪灾作为牧区常见自然灾害之一,其主要对放牧牲畜采食牧草造成影响,从而导致牲畜采食不够而死亡,雪灾还会给广大牧民的生产和生活带来困难,严重时还可能威胁牧民的生命安全。本文以青海省牧区为例,对雪灾的成因及防御对策进行了简单探讨,希望为相关部门和牧区牧民防御雪灾提供借鉴和参考。

青海省东部农业区多点联合防雹个例分析

雹云发展变化的物理过程研究,对进一步认识冰雹云,总结人工防雹作业经验,提高人工防雹的作业水平具有重要意义。利用多普勒雷达资料和MICAPS常规观测资料等,从天气形势、环境条件、回波演变及效果检验等方面,对2020年7月1日发生在青海省东部农业区的一次多点联合防雹个例进行分析。结果表明:雷达图上多个对流单体的合并,有利于雹云进一步发展;作业后回波最大强度、30 dBZ回波顶高、CR≥45 dBZ回波面积等均明显减弱;作业后5 min,作业区平均雨量出现跃增现象。在雹云跃增阶段、移动方向前沿进行多点联合过量播撒作业,能起到良好的防雹效果。

青海省春季一次积层混合云飞机人工增雨作业个例分析

利用中国气象局人工影响天气中心下发的CPEFS模式产品,结合雷达、卫星及自动站降水等观测资料,从作业条件分析、作业实施情况以及作业效果等方面,对2021年青海省春季一次积层混合云飞机人工增雨个例进行分析探讨。结果表明:此次降水过程系统水汽充足,有一定的增雨潜力,具备开展人工增雨催化的条件;作业区云体密实,过冷水丰富,催化部位位于云中上层,催化层温度为-16~-12℃,催化区域和催化高度合理;实施飞机播云作业后,作业影响区云体雷达和卫星参量上均有较明显的反映,结合人工催化前后作业影响区和对比区地面站点小时降水量的变化特征,在一定程度上说明此次飞机人工增雨作业对目标云体的发展和维持起到了促进作用,催化播云效果较明显。

青海省激光雨滴谱仪数据应用系统设计与研发

地面雨滴谱特征研究,对掌握云降水物理过程和降水机制、提高雷达定量估测降水精度及评估人工增雨作业效果等均具有重要的意义和价值。为解决青海省多部激光雨滴谱仪数据批量处理、质量控制、微物理参数反演及滴谱拟合等实际需求,文章基于MATLAB开发环境,研发了由基础算法库和核心应用算法库构成为核心的青海省激光雨滴谱仪数据应用系统。系统具备雨滴形变订正、雨滴微物理参数反演、雨滴谱分布拟合、Z-R关系拟合、雨滴谱M-P分布函数拟合和Gamma分布函数拟合等功能,系统的设计和实现为激光雨滴谱数据深度应用提供了技术支撑,具有很好的应用前景。

青海东北部一次典型冰雹过程的观测分析

青海东北部是青海省主要的农作物生产区、也是冰雹高发区和灾害影响的高风险区,冰雹预报预警和人工防雹作业是降低冰雹灾害的重要手段,掌握冰雹发生时各监测资料的变化特征是提高冰雹预报能力、尽早开展人工防雹作业的前提。2021年6月29日青海东北部出现了一次大范围的冰雹天气过程,利用多普勒天气雷达、雨滴谱资料,结合高空和地面常规气象资料,对此次冰雹天气过程进行了分析。结果表明:青海东北部地区高空有冷平流输送,地面增温明显,导致层结不稳定,是产生此次冰雹的天气背景。平安地区降雹阶段平均雨滴谱和速度谱均呈多峰分布,人工观测的平安冰雹最大直径和雨滴谱仪观测的相差不大,说明雨滴谱仪能很好的观测到冰雹粒子,并且能确定最大冰雹出现的时间。雹云发展大致经历了发生、跃增、降雹和消亡等阶段,降雹前低层雷达反射率因子出现明显的“V”字型入流缺口;雹云成熟阶段具有明显的有界弱回波区结构,中低层有明显的偏南气流入流,且此时径向速度图上雹云有明显的“0线”,“0线”垂直向上,穿过悬垂回波和有界弱回波区域上部,指向冰雹云顶。此次冰雹个例的分析,对青海东北部冰雹预报具有重要的指导意义,冰雹发生前各要素变化特征是后期科学指导防雹作业点适时、适量开展人工防雹作业的重要判据。

青海省闪电监测资料及雷电灾害特征分析

本文利用青海省气象部门2010～2014年29个市县的闪电定位资料和雷灾统计数据,运用ArcGIS软件和数理统计等方法分析了青海省闪电频次和雷电灾害的时空变化特征,结果表明:青海省闪电以负闪电为主,负闪电占总闪电85%以上,每年的6～9月份,每天的14:00～16:00和19:00～22:00是雷电集中出现时间段,这与雷灾出现的时间段相吻合;在空间分布上,闪电频次高密度区在青海省东部地区的大通县和海南州的共和县,雷灾次数最多在黄南州的河南县和东部地区的湟中县,造成人员伤亡主要在农牧区,应加强防雷知识的宣传工作;经济损失主要在城市,要进一步完善电子设备的防雷措施。

青海省雷电灾害风险区划

依据自然灾害风险评估原理,结合气象统计数据、地理信息数据和社会经济数据,根据雷电灾害风险区划技术指南,利用归一化处理、百分位数法、熵值法、自然断点法等方法,开展了青海省雷电灾害风险区划。结果表明:(1)青海省闪电日数以2.2 d/10 a(1961—2017年)的速率减少,并且闪电天气多出现在夏季(6—8月),以午后居多。(2)全省平均初雷暴日为4月16日,最早初雷暴日为1月9日(1964年玛沁);平均终雷暴日为9月15日,最晚终雷暴日为11月28日(1986年囊谦)。(3)青海省年闪电日数的空间分布基本呈南多北少的纬向分布,雷电多发中心地带在青海南部地区的囊谦县、杂多县一带,以及祁连山附近地区。(4)雷电灾害的高风险区主要分布在青海省东部地区和南部地区,较低风险区主要位于柴达木盆地地区。本研究得出的雷电灾害风险区划结果可以在青海省气象防灾减灾工作中进行应用,为雷电灾害防御提供决策依据和技术基础。

基于SPI指数的青海省东部地区干旱灾害风险区划

本文利用青海省东部地区6个县的气象、社会经济和地理信息数据,从干旱灾害的致灾因子危险性、孕灾环境脆弱性、承灾体易损性和防灾减灾能力4个方面选取11个评价指标,运用GIS空间数据分析功能完成了青海省东部地区干旱灾害风险评估与区划。结果表明青海省东部地区干旱灾害风险在中部和南部地区的风险性较高,东北部和西部以及北部偏西地区的风险性较低。

基于M-K检验法的青海高原降水特征分析

利用青海省49个气象站1961-2018年降水资料,将青海省分为3个区域,采用单变量和多变量Mann-Kendall(M-K)检验法,分析了青海省降水时空变化特征。结果表明:1961-2018年,青海省年平均降水量总体呈上升趋势;年平均降水量、年平均降水日数、年最大降水量的空间分布基本保持一致,呈由东南向西北递减趋势,三者最高在黄河源地区、祁连山东段、青海省东部地区和三江源东部地区,其次为三江源中西部地区,最低值在柴达木盆地。青海省降水量总体呈上升趋势主要是由Ⅰ区(柴达木盆地和祁连山区)和Ⅲ区(三江源地区)降水量显著上升引起的,而Ⅱ区(青海省东部地区)降水量变化不显著。在整体趋势分析方面,单变量检验只能分析单个变量的变化趋势,多变量检验能综合分析联合变量的变化趋势,单变量和多变量M-K趋势分析方法结合应用,能同时考虑整体序列中的每个成分的趋势变化,从而得出更加可靠和准确的结论,分析结果对进一步了解青海高原降水特征,合理开发和利用降水资源具有重要的参考价值。

青海省东部农业区近60a降雹特征及其致灾危险性

利用1961—2020年青海省东部农业区11个地面观测站降雹资料,应用统计学方法,分析降雹日数时空分布及降雹直径、持续时间和致灾危险性特征。结果表明:(1)近60 a青海省东部农业区降雹日数以11.6 d·(10 a)^(-1)趋势(通过α=0.05的显著性检验)下降,且1995年后降雹总日数距平由正转负,化隆降雹日数最多,尖扎最少;(2)降雹主要发生在4—10月,具有季节性差异,其日变化明显,峰值出现在午后16:00(北京时)^(-1)(3)降雹日数与海拔高度呈正相关,相关系数高达0.97;(4)近60 a降雹直径小于6 mm和降雹持续时间小于9 min的过程较多,分别占总观测次数的58.33%和73.55%;(5)循化是降雹轻危险区,化隆、湟中、湟源是降雹中危险区,乐都为降雹高、特高危险区。

青海东部地区雷电灾害易损性分析与区划

利用青海东部地区10个气象台站1997—2012年的年平均雷暴日数,2008—2014年闪电定位数据和1997—2014年雷电灾害资料,将雷暴日数、雷击密度、综合灾度、生命易损模数和经济易损模数作为雷电灾害易损性评估指标,采用层次分析法确定指标的权重,建立了雷电灾害易损性评估模型,依据气象灾害学分级统计法划分出雷电灾害易损性等级,形成了青海东部地区雷电灾害易损性区划图。结果表明青海东部地区雷电灾害易损性区域呈分散分布的特征,极高易损区在大通县、化隆县,次高易损区在湟中县、互助县,中易损区在省会城市西宁市、湟源县,低易损区在乐都区、平安区、民和县和循化县。

青海省季节性冻土分布特征及在防雷接地工作中的应用

选取青海省1980—2020年47个气象台站的季节性冻土观测资料和经度、纬度、海拔高度作为主要研究资料,统计分析了季节性最大冻土深度的时空分布特征,并利用多元线性回归方法分析了季节性冻土与经度、纬度、海拔高度的相关关系,结果表明:青海省年均最大冻土深度与年度呈现负相关关系,气候倾向率为-4.83 cm·(10a);平均最大冻土深度为124.5 cm,累积距平为-2.0 cm。月最大冻土深度呈现出单峰单谷的分布特征,月均最大冻土深度出现在2月份(其值为124.9 cm),最小值出现在9月份(其值为1.1 cm)。月均最大深度为5 cm的冻土平均终日在2月11日—7月10日,平均初日在10月16日—12月2日;月均最大深度为10 cm的冻土平均终日在2月8日—7月10日,平均初日在10月20日—12月7日。季节性冻土区的土壤电阻率随冻土深度的增加呈现出增加趋势。各地土壤电阻率的具体变化情况除了与冻土深度有关外,还与土壤结构、土壤含水量等有关。根据经纬度及海拔高度和季节性最大冻土深度关系建立的多元线性模型,可用于季节性冻土区、大片连续和岛状融区的接地网设计、施工、检测和效能评估等相关工作。冻土深度分别不超过5 cm和10 cm的平均初终日可作为不同类型接地装置检测和维护时间选择的参考依据。

青海省东部地区云特征参量与降水相关性分析

利用青海省东部地区2018年7—9月、2019年4—9月、2020年4—7月FY-2G卫星反演的云特征参量及地面小时降水数据,分析了云顶高度、云顶温度、云光学厚度和云粒子有效半径4种云特征参量对降水频率及降水强度的指示性。结果表明:(1)单云特征参量中,云光学厚度对降水频率指示性最强。中雨、大雨频率分别随云顶温度下降、云顶高度及云光学厚度增加呈明显增加趋势,而小雨频率随之呈减小趋势。(2)双云特征参量(云光学厚度和云顶温度)对降水频率指示性优于单云特征参量,降水频率随云光学厚度增加及云顶温度下降而增大。当云光学厚度为21~30且云顶温度大于0℃时,小雨频率最大。云光学厚度大于40且云顶温度为-45~-31℃时,中雨频率最大。云光学厚度大于40且云顶温度小于-45℃时,大雨频率最大。(3)三云特征参量(云顶温度、云光学厚度和云粒子有效半径)对降水频率指示性优于单云特征参量,但比双云特征参量降水频率指示性弱。

1998—2020年青海致灾雷电日的气象环境参数特征研究

选用青海省1998—2013年雷暴日、2008—2020年闪电、1998—2020年探空和雷电灾害资料,分类统计一般和较大及以上致灾雷电日,采用主成分分析法和基于主成分的权重指标得分法,对比分析两类致灾雷电日的气象环境参数特征。结果表明:1998—2020年青海省致灾雷电日主要分布在青南牧区和东部农业区,呈东南较多,西北较少态势;年变化为多峰振荡型,总体呈下降趋势,有明显季节性变化,主要出现在夏季(6—8月),秋末和冬季出现概率较小。基于主成分确定权重指标得分法,发现一般致灾雷电日气象环境参数中高荷载值为0~6 km风垂直切变、0~6 km风速差和高原修正K′指数;较大及以上致灾雷电日中高荷载参数为0~6 km风垂直切变、0~6 km风速差和700 hPa假相当位温(θ_(se-700 hPa))。其中,0~6 km风垂直切变和0~6 km风速差在两类致灾雷电日中都起主导作用,说明其值的变化对致灾雷电日的发生与否有一定指示意义。

海东市主要高速公路气象灾害风险普查与防范对策

本文以G6京藏高速公路马场垣至平安段及其周边气候条件为对象,通过对近三年内现场道路排查、气候资料分析、数据对比等方法,针对高速公路在恶劣气候条件下如何做好交通管理工作和预防交通事故的发生做了进一步分析。通过所选数据分析结果显示:G6京藏高速马场垣至平安段气候对道路交通事故的影响较为明显,天气类型分析中雨、雪对发生道路交通事故有较大影响,甚至增加了一般道路交通事故中人员的死亡基数。恶劣天气下通过提高安全认识,增强责任意识,从前端指挥、源头管控两方面做好气象灾害防御和交通管理。