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    1. 基于Kolmogorov数据挖掘技术和SVM模型的FY-2G卫星反演产品冰雹识别方法研究
    彭宇翔, 唐辟如, 周永水, 李皓, 刘涛, 张超, 喻乙耽, 郭茜
    干旱气象    2025, 43 (4): 646-653.   DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-04-0646
    摘要144)   HTML0)    PDF(pc) (7685KB)(924)    收藏

    冰雹识别技术研究对提前防御和减轻冰雹灾害具有重要意义。本文基于支持向量机(Support Vector Machine,SVM)模型和Kolmogorov变量筛选过滤器,利用FY-2G卫星的7项反演产品开展冰雹识别方法研究。以贵州省2020—2022年30个冰雹日368组未降雹点与降雹点FY-2G卫星反演产品数据作为数据集,分别基于Linear核函数、Radial Basis Function(RBF)核函数、Sigmoid核函数建立L-SVM模型、RBF-SVM模型、S-SVM模型开展冰雹识别,通过交叉检验提升模型冰雹识别结果的可靠性,并对识别准确率分布进行分析,利用Kolmogorov变量筛选过滤器优化模型输入参数。 结果表明:3种核函数SVM模型均能对降雹点和未降雹点进行有效识别,且准确率均超过70%。其中,RBF-SVM模型对总样本和未降雹点样本的识别准确率最高,分别为87.50%和91.85%;S-SVM模型对降雹点识别准确率最高(89.13%)。利用Kolmogorov变量筛选过滤器优化模型输入参数后,模型识别准确率有不同程度提升。对于未降雹点数据集,优化输入参数后RBF-SVM模型和S-SVM模型识别准确率均达92.93%;对于降雹点数据集,S-SVM模型识别效果最好;对于总数据集识别效果最好的是优化输入参数后的RBF-SVM模型。综合识别效果最好的是输入参数优化后的RBF-SVM模型,若识别降雹区域则主要关注S-SVM模型识别结果。

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    2. 基于随机森林算法的青藏高原东北边坡输电线路覆冰厚度预报模型
    吕玫霞, 闫昕旸, 何金梅, 程鹏, 王小勇, 李晓琴
    干旱气象    2025, 43 (3): 488-497.   DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-03-0488
    摘要163)   HTML3)    PDF(pc) (6976KB)(141)    收藏
    电线覆冰是危害青藏高原东北边坡地区输电线路安全运行的重要因素之一,研究区域内输电线路覆冰时空变化特征,建立覆冰预报模型,对电力部门融冰除冰及冰害防御有重要意义。基于随机森林算法,利用电力部门提供的2019-2022年青藏高原东北边坡地区输电线路覆冰个例,结合覆冰个例沿线气象实况监测资料,训练出最大等值覆冰厚度与气象要素间相关性的回归模型,并对模型进行评价。结果表明:覆冰线路主要分布在甘南高原、陇中高原、陇东高原及陇南山区地带,冬季覆冰事件频发;通过调整随机森林回归模型决策树的棵数、特征个数及最小叶子数可以有效提高模型预测精度;相对湿度、过去24 h降水量对各地理分区导线覆冰有较大影响;随机森林训练出的分区域输电线路最大等值覆冰厚度模型训练集平均绝对误差均小于2.8 mm,决定系数R2>0.7。随机森林模型能够预测青藏高原东北边坡地区输电线路最大等值覆冰厚度,可实现输电线路覆冰的短期预报。
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    3. WOFOST模型对内蒙古河套灌区食用向日葵的适用性评价
    孙琳丽, 云文丽, 王海梅, 萨日娜, 高亚敏, 王彦平
    干旱气象    2025, 43 (3): 479-487.   DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-03-0479
    摘要122)   HTML0)    PDF(pc) (2764KB)(263)    收藏
    为评价世界粮食研究(World Food Studies,WOFOST)模型对河套灌区食用向日葵的适用性,实现当地向日葵生长过程的动态模拟,使用初始变量扰动法对WOFOST模型参数进行敏感性分析,结合河套灌区巴彦淖尔农业气象试验站2012年向日葵分期播种试验观测资料对WOFOST模型进行参数校准,并进一步结合同年向日葵水分控制试验观测资料、2005—2009年向日葵品比试验数据和2005—2023年向日葵农业气象观测资料对模型的模拟效果进行验证,获得向日葵模型参数,包括各发育阶段比叶面积、最大CO2同化率、单叶光能利用率及有效积温等。结果表明,模拟的出苗—开花期天数、开花—成熟期天数绝对偏差平均值(Average Absolute Deviation,AD)小于3 d,归一化均方根误差(Normalized Root Mean Squared Error,NRMSE)小于8.00%;叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)的AD为0.31 m2·m-2,NRMSE为27.96%;模拟叶重(Dry Weight of Living Leaves,WLV)、茎重(Dry Weight of Living Stems,WST)、贮存器官生物量(Dry Weight of Living Storage Organs,WSO)、地上生物量(Total above Ground Production,TAGP)及产量的AD为254.04~682.97 kg·hm-2,NRMSE为9.16%~26.37%。参数校准后的模型能够反映河套灌区向日葵的发育进程变化、叶面积扩展及生物量累积过程,模拟精度较高,具有良好的应用前景。
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    4. ROSE2.1短时强降水自动报警产品在宁夏北部的适用性评估
    程瑶, 赵腾, 杨苑媛
    干旱气象    2025, 43 (3): 469-478.   DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-03-0469
    摘要209)   HTML3)    PDF(pc) (13927KB)(152)    收藏
    为提升雷达在短临天气预报业务中对强对流天气的监测预警效能,本文利用银川C波段雷达数据及气象自动站降水资料,系统分析了2018—2022年宁夏北部地区短时强降水时空分布特征,并基于ROSE2.1雷达系统,对短时强降水自动报警产品(User Alarm Information,简称“UAM产品”)参数阈值(R)进行修正优化,通过检验评估不同参数下UAM产品准确率等关键指标,最终构建适用于本地的参数体系。结果表明:宁夏北部短时强降水以贺兰山主峰东麓最多,次峰次之,短时强降水强度最强的区域集中在次峰。银川市短时强降水多发于西夏区、贺兰县和灵武市,石嘴山市多发于平罗县、惠农区,但极端性相对银川市较差。参数评估表明,银川市雷达距离<50 km、小时雨量为20~<50 mm及石嘴山市雷达距离50~100 km、小时雨量为20~<50 mm的场景下,R11参数命中率超70%,且综合评分最优。基于该参数优化的UAM产品在报警落区、时间提前量和准确率等方面均有提升,但对于范围较广、强度较强的短时强降水过程,存在报警强度虚高、虚警率偏高等问题,需进一步改进完善。
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    5. 兰州铁路局管内铁路水害特征及降雨致灾阈值判定
    王小勇, 赵文婧, 吕玫霞, 张玥, 吴玉哲, 张培燕, 丁秀静, 蔡磊, 陈诚
    干旱气象    2025, 43 (3): 460-468.   DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-03-0460
    摘要200)   HTML4)    PDF(pc) (1540KB)(458)    收藏
    随着全球变暖,极端天气气候事件频发,对铁路安全运行带来严峻挑战,尤其是汛期频发的铁路水害,严重威胁铁路运输秩序和行车安全。本文利用甘肃、宁夏境内多年铁路水害历史资料和区域气象站资料,分析了铁路水害的时空分布特征,综合地理区域、暴雨风险区划和强降水频次空间分布,对铁路线路进行科学分类。基于已有研究结论,选取铁路水害发生前3 d逐小时雨量、前24 h累积雨量和前3 d有效雨量作为诱发水害的雨量因子;应用Box-Cox转换及分位数法,研究各类铁路线路水害发生前出巡、限速和封锁雨量警戒阈值的判定;分别选取不同类型降水过程导致的水害个例,检验各指标的可用性。结果显示:1 h雨量、24 h累积雨量和72 h有效雨量分别对短时强降水、特大暴雨和持续性降水过程导致的铁路水害预警指示作用显著;雨量警戒阈值平均可用率可达80%。相关结果可为铁路部门科学决策和防范应急预案的制定提供依据,有助于降低无效巡查成本,切实保障铁路安全、高效运行。
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    6. 太行山及以东复杂地形下多模式降水预报日变化偏差特征研究
    曲巧娜, 吴炜
    干旱气象    2025, 43 (2): 308-320.   DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-02-0308
    摘要358)   HTML1)    PDF(pc) (24817KB)(312)    收藏
    评估数值模式在降水日变化方面的偏差特征,有助于深入了解模式的预报能力。本文利用太行山脉、伏牛山及以东复杂地形区域的夏季降水观测资料,结合模式12~36 h预报时效的逐3 h降水量数据,计算了降水频次、降水强度及其峰值、振幅等关键参数。采用偏差分析和空间相关性分析等方法,将欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)数值预报模式、美国国家环境预报中心全球预报系统(National Centers for Environmental Prediction-Global Forecast System,NCEP-GFS)、中国气象局区域台风数值预报系统(CMA-TYM)、中国气象局上海数值预报模式系统(CMA-SH9)等业务常用模式的预报特征与实际观测结果进行对比,并对产生偏差的原因开展了初步分析。结果表明,区域模式CMA-TYM和CMA-SH9对降水的预报具有“低频次、高强度”的特征,全球模式ECMWF和NCEP-GFS则为“高频次、低强度”,且各模式预报结果与观测的空间相关性均较弱。区域模式中,CMA-TYM降水量预报偏差较小,在0附近波动,降水频次的峰值时间和日变化振幅预报效果较好;CMA-SH9对大部分时次的降水量预报正偏差最大,预报的降水强度峰值时间和日变化振幅效果最好,但预报降水频次偏大且其峰值时间基本为前半夜,而观测的华北平原、山东省中东部及黄淮平原北部的峰值时间主要出现在清晨,相差近12 h。全球模式中,NCEP-GFS的降水量预报大部分时次小于观测且夜间到清晨和下午的负偏差绝对值最大,预报的降水频次大部分时次为正偏差最大,降水强度为负偏差绝对值最大;ECMWF低估傍晚到夜间的降水量,高估清晨到中午的降水量,降水频次各时次均为正偏差,降水强度均为负偏差。综合分析有(无)降水时的气温场及风场,模式降水量迅速增大主要是CMA-SH9对晚上和ECMWF对中午预报的气温偏高配合东南暖湿气流,容易在近地层形成不稳定层结,从而触发对流天气,产生较大的降水量尤其是较大的降水频次。
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    7. 基于PRISM的贺兰山东麓银川段晚霜冻期间日最低气温空间插值研究
    魏建宁, 姜琳琳, 郭晓雷, 张磊, 李浩
    干旱气象    2025, 43 (2): 321-328.   DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-02-0321
    摘要262)   HTML5)    PDF(pc) (9742KB)(297)    收藏
    贺兰山东麓春季气温起伏大,酿酒葡萄易遭受晚霜冻影响,农业气象服务工作中越来越迫切需要针对酿酒葡萄种植区域复杂地形进行日最低气温的精确插值,坡面回归方程插值模型(Parameter-elevation Regression on Independent Slopes Model,PRISM)一定程度上满足了这种需求。基于2022—2023年银川市269个气象站的日最低气温和高程数据,利用PRISM对贺兰山东麓银川段酿酒葡萄晚霜冻期间的日最低气温进行插值;为验证PRISM插值的适用性,选取银川市酿酒葡萄种植区、贺兰山东麓银川段沿山附近区域、银川平缓区域的气象站作为验证站,使用反距离加权法(Inverse Distance Weighted,IDW)、样条函数法(Spline)、普通克里金法(Ordinary Kriging,OK)3种常用的插值方法作为对比。结果表明:酿酒葡萄种植区插值效果PRISM最好,然后依次是IDW、Spline,OK最差;贺兰山东麓沿山区域插值效果PRISM最好,接着依次是IDW、OK、Spline;平缓地区PRISM的插值效果较差;综合3个区域的插值效果PRISM最好,接着是IDW、OK、Spline。PRISM在贺兰山东麓银川段晚霜冻期间日最低气温插值的适用性最好。
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    8. 基于空间结构函数的地面气象观测站网布局研究
    张玉洁
    干旱气象    2025, 43 (2): 329-336.   DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-02-0329
    摘要240)   HTML4)    PDF(pc) (2289KB)(562)    收藏
    为提高地面气象观测站网布局的科学合理性,利用1992—2021年国家级基准、基本及常规气象站观测资料,分析山东省平原和山地丘陵两类地形的气温、相对湿度、降水、气压(简称“4要素”)结构函数,确定4要素站网的最佳布站方案与布设距离,并评估现有观测站网布局的适宜性。结果表明,山地丘陵地区4要素的结构函数值均高于平原地区,平原地区结构函数更接近线性;山地丘陵在3种内插方式下的内插标准误差均高于平原地区;当距离满足点值内插标准误差小于观测标准误差时,4要素均以正三角形布站的内插精度最高。山东省国家级基准、基本及常规气象观测站的合理布站方式为正三角形布设;平原和山地丘陵的最佳布站距离分别不超过36.4、29.4 km。分要素看,气温分别不超过36.4 km和29.4 km;相对湿度不超过90.9 km和73.3 km;降水不超过81.9 km和52.3 km;气压不超过44.8 km和31.2 km。平原地区观测站网布局的适宜性优于山地丘陵地区。
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    9. 基于多模式融合的湖北逐时短时强降水预报方法改进
    万羽, 许冠宇, 钟敏, 刘瑞雪, 刘文婷
    干旱气象    2025, 43 (1): 143-152.   DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-01-0143
    摘要264)   HTML14)    PDF(pc) (5966KB)(609)    收藏
    随着全球气候变暖的加剧,极端强降水事件发生频率明显增加,对经济社会发展及人民生命财产安全构成重大威胁。开展短时强降水的预报研究对于防灾减灾具有重要意义。基于湖北省区域自动站降水资料、短时强降水概率预报产品和中尺度高分辨率数值模式资料,采用邻域最优概率法和多模式融合技术对湖北省1~12 h短时强降水的落区进行预报与检验评估。结果表明,邻域法明显提高了中尺度数值模式对短时强降水的预报能力,其中面积邻域法的效果优于单点邻域法,CMA-MESO、CMA-SH9和WH-RUC模式的最优面积概率均为5%,最优邻域半径分别为50、60、60 km;多模式融合预报方法较单模式单点邻域法表现出明显优势,2023年、2024年4—9月短时强降水的1~12 h TS评分均表现为正技巧,分别提高0.014、0.020;改进后的多模式融合方法对短时强降水的命中率有大幅提升,尤其是在湖北省2023年8月7日和2024年6月28日的多次强对流过程预报中均有提前精准预报。
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    10. 西宁市短历时暴雨雨型及重现期极值降水特征研究
    王紫文, 赵海涵, 余迪, 汪洋, 陶世银, 李万志
    干旱气象    2025, 43 (1): 153-161.   DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-01-0153
    摘要367)   HTML8)    PDF(pc) (3688KB)(702)    收藏
    暴雨雨型和极端强降水重现期是城市应对暴雨洪涝灾害的重要气象参数。利用西宁市国家基本气象站近60 a逐分钟降水资料,采用模糊识别法和数理统计法对西宁市暴雨过程进行雨型分类和特征分析,并利用耿贝尔分布、皮尔逊Ⅲ型分布和广义极值分布对11种不同历时年最大降雨极值的概率分布进行拟合,评价拟合优度,并推算各历时降雨极值重现期。结果表明:1954—2022年西宁市共出现暴雨95场,过程累计雨量为25~40 mm,暴雨日数年际差异较大,整体呈增加趋势。暴雨雨型以单峰型为主,占总暴雨场次的85.3%,主要出现在7—9月。单峰雨型中,峰值多位于降水过程的前中期;雨量高值时段为20:00—次日09:00,高频率时段为23:00—次日09:00,两者并未完全重合。不同历时降雨极值的概率分布均较好地服从耿贝尔分布、皮尔逊Ⅲ型分布和广义极值分布,其中皮尔逊Ⅲ型分布的拟合精度最高。Ⅰ类雨型中小时降雨量最大达43.7 mm,超过100 a一遇的水平,Ⅱ类雨型的最大小时降雨量达38.1 mm,超过50 a一遇水平,Ⅴ类雨型的最大小时降雨量接近20 a一遇水平,其他雨型的最大小时降雨量在2 a一遇到10 a一遇水平。通过确定西宁市暴雨雨型和雨量极值的重现期,可以为城市内涝防治和室外排水设计提供科学依据。
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    11. 基于CRA空间检验技术的甘肃河东汛期降水智能网格预报偏差特征分析
    韩晶, 焦美玲, 曹彦超, 王娟, 贺涛, 徐耕, 周忠文, 金满慧
    干旱气象    2024, 42 (6): 976-986.   DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2024-06-0976
    摘要315)   HTML4)    PDF(pc) (6476KB)(580)    收藏

    研究甘肃河东地区汛期降水智能网格预报偏差特征,对提升区域降水预报预警的精准化水平和防灾减灾服务能力具有重要意义。利用甘肃河东1 766个自动气象观测站的汛期降水资料,筛选出2018—2020年264个降水个例,基于中央气象台发布的3 h智能网格降水预报数据,对预报场和实况场的连续雨区(Contiguous Rain Area,CRA)进行识别和配对,并按照命中、假警报和未命中3种情况分类分析,进一步对预报命中的CRA偏差特征进行研究。结果表明:对于预报命中的降水个例,智能网格降水预报的落区偏差以暖强迫类最大,斜压锋生类和冷强迫类次之;强度偏差以冷强迫类最大,暖强迫类和斜压锋生类次之;形态偏差以斜压锋生类最大,冷强迫类和暖强迫类次之。暖强迫类和斜压锋生类降水的落区预报偏东偏北,冷强迫类偏东偏南。3类降水预报均表现为对β及以下尺度的降水落区面积偏大,而对α尺度降水落区面积偏小。基于CRA空间检验结果,预报员可建立本地化的模式订正方案,提高智能网格降水预报的服务能力。

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    12. 冬季武汉天兴洲大桥桥面温度特征及其预报模型研究
    贺莉微, 陈英英, 翟红楠, 王雅新, 鲁静
    干旱气象    2024, 42 (6): 987-993.   DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2024-06-0987
    摘要301)   HTML2)    PDF(pc) (17238KB)(576)    收藏

    研究桥面温度差异特征及其预报模型,可为交通管理部门提供恶劣天气预判和减少交通事故的决策依据。利用近3 a冬季武汉天兴洲大桥路段3个交通气象站逐5 min路面最低温度、气温、风速、降水等观测资料,分析了桥面与路面最低温度的逐日差异、典型个例的逐时变化特征及不同天气条件下的温度变化规律,并基于多元线性回归和反向传播(Back Propagation,BP)神经网络方法建立了桥面最低温度预报模型,采用智能网格最低气温预报产品对模型进行驱动和检验。结果表明:由于工程结构、路面材质、地理环境和环境气象要素的差异,桥面温度通常低于路面温度,且在晴天条件下二者的温差最大。桥面温度下降至冰点以下的速度更快,且低温持续时间更长。多元线性回归和BP神经网络方法均能取得较好的预报效果,BP方法更适用于对预测精度要求较高的场景,而多元线性回归方法则适合对预报准确率要求较高的应用。

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