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基于机器学习的目标点雷电安全风险预警方法研究

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热带气象学报 2024年第2期40卷 217-225页

作者：殷启元林蟒杨思鹏朱怡颖方俏娴杜晖周方聪广东省气候中心广东广州510641 海南省南海气象防灾减灾重点实验室海南海口571000 海珠区气象局广东广州510220 中国气象局广州热带海洋气象研究所广东广州510641

收集广东地区1404组包括四个预警类型历史雷暴过程数据样本。结合目标点周围雷电发生的物理特征、雷电灾害的孕灾环境和承灾体特征的7个预报因子,利用四种机器学习算法训练得到面向目标点的雷电安全风险分级预警模型,并开展多指标对各... 详细信息

收集广东地区1404组包括四个预警类型历史雷暴过程数据样本。结合目标点周围雷电发生的物理特征、雷电灾害的孕灾环境和承灾体特征的7个预报因子,利用四种机器学习算法训练得到面向目标点的雷电安全风险分级预警模型,并开展多指标对各模型进行评价分析,发现无等级模型和四级等级模型中都是随机森林算法的预警准确率最好,分别是95%和73%,而传统的卷积神经网络模型效果不佳。并选取广州塔作为目标点进行模型验证方法可行性,最终得到适应于广东雷暴特征的雷电安全风险预警分级模型。同时,根据本研究过程中可能存在不足提出下一步优化升级思路和方法。

关键词：雷电雷电安全风险预警机器学习

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雷击高层建筑物引起的磁场分布模拟研究

广东气象 2024年第3期46卷 84-88页

作者：杨敢陈绍东殷启元胡锐俊肖宇坤中国气象局广州热带海洋气象研究所广东广州510640 广东省气候中心广东广州510640

基于时域有限差分算法,建立了雷击建筑物引起的磁场计算模型,模拟分析了雷击一栋建筑阳角或梯屋时在各楼层电井处磁场强度以及磁场的分布规律,为雷电电磁防护提供参考。结果表明:1)楼层越高,雷电磁场不一定越强,21至31层楼电井处磁场强... 详细信息

基于时域有限差分算法,建立了雷击建筑物引起的磁场计算模型,模拟分析了雷击一栋建筑阳角或梯屋时在各楼层电井处磁场强度以及磁场的分布规律,为雷电电磁防护提供参考。结果表明:1)楼层越高,雷电磁场不一定越强,21至31层楼电井处磁场强度随楼层升高先减小再快速增大,这与周围引下线所承载电流以及均压环的屏蔽作用有关。2)各层楼中心位置受雷电磁场的影响较小,而楼角区域磁场强度较大。在建筑外部楼夹角位置由于磁场的汇聚和反射,也存在较强磁场。另外,低楼层相对高楼层具有较均匀的磁场分布。3)雷击位置是影响磁场的重要因素。与雷击阳角相比,雷击梯屋时电井处磁场强度随楼层升高变化趋势基本一致,但幅值相对较小,雷电防护应考虑多个雷击位置中引起磁场强度最大的情况。

关键词：雷电防御直击雷高层建筑磁场分布时域有限差分算法

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面向企业的短时强降水自动预警模型及应用

广东气象 2024年第4期46卷 65-69页

作者：方俏娴黄惺惺谢礼江殷启元蔡占文唐力生广东省气候中心广东广州510640

利用地面自动站分钟降水数据和中国气象局强对流天气短时临近预报系统产品,融合对流风暴的移动速度和移动方向、风暴与企业的距离、历史灾情、企业位置及其应急预案等信息,确定企业的短时强降水预警阈值,建立了面向企业的短时强降水自... 详细信息

利用地面自动站分钟降水数据和中国气象局强对流天气短时临近预报系统产品,融合对流风暴的移动速度和移动方向、风暴与企业的距离、历史灾情、企业位置及其应急预案等信息,确定企业的短时强降水预警阈值,建立了面向企业的短时强降水自动预警模型。该模型可实时输出个性化的短时强降水预警产品,预警产品包括时间、经度、纬度、对流风暴所在方位、对流风暴移动方向和移动速度、对流风暴质心与企业的距离、影响时间、预警等级及个性化预警提示,实现面向企业的短时强降水自动靶向预警。通过对2022—2023年广东省182次降水过程进行预警检验,预警命中率(POD)为100%,目前未发现漏发预警的情况,虚警率(FAR)为22.5%,临界成功指数(CSI)为77.5%,首次预警平均提前量为73 min。

关键词：应用气象短时强降水对流风暴自动预警企业

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面向重点企业的雷电风险差异化预警模型

灾害学 2023年第2期38卷 163-170页

作者：蔡占文方俏娴殷启元庄燕洵黄惺惺陈子君广东省气象公共安全技术支持中心广东广州510640 海南省南海气象防灾减灾重点实验室海南海口570203

利用粤港澳闪电定位、双偏振雷达、大气电场、加密气象自动站等观测数据以及广东省短临预报系统产品,融合互联网和气象大数据技术建立面向重点企业的雷电风险差异化预警模型。雷电风险R值主要由致灾因子危险性和承灾体易损性两部分构成... 详细信息

利用粤港澳闪电定位、双偏振雷达、大气电场、加密气象自动站等观测数据以及广东省短临预报系统产品,融合互联网和气象大数据技术建立面向重点企业的雷电风险差异化预警模型。雷电风险R值主要由致灾因子危险性和承灾体易损性两部分构成,按照层次分析法获得各因子权重,不同量纲参数进行归一化处理后取值范围为0~1。依据历史统计数据,预警级别划分为红色、橙色、黄色等三个级别。2019—2022年178个样本预警检验显示,预警成功命中率POD为82.5%,虚警率FAR为7.1%,临界成功指数CSI可达58.4%,首次预警平均时间提前量可达30 min以上。雷电风险预警信息可实时自动推送到重点企业,满足重点企业的雷电风险差异化预警需求。

关键词：雷电雷电风险差异化分级预警

基于大气电场突变特征的一次雷暴天气过程分析

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农业灾害研究 2022年第4期12卷 129-132,135页

作者：方俏娴殷启元蔡占文李翔广东省气象公共安全技术支持中心广东广州510640 成都信息工程大学四川成都610225

利用大气电场仪、广州双偏振多普勒雷达和粤港澳闪电定位系统等资料,综合分析了2020年9月23日广州一次雷暴天气过程的发展演变和大气电场变化特征。结果表明,大气电场变化曲线和时频谱特征可以反映雷暴的生成、发展和消亡(或远离测站)... 详细信息

利用大气电场仪、广州双偏振多普勒雷达和粤港澳闪电定位系统等资料,综合分析了2020年9月23日广州一次雷暴天气过程的发展演变和大气电场变化特征。结果表明,大气电场变化曲线和时频谱特征可以反映雷暴的生成、发展和消亡(或远离测站)的过程,电场变化率、频域能量及雷达回波大值区与地闪爆发时段有很好的对应关系。电场变化率和频域能量显著增强时,说明雷暴云靠近测站或将有闪电发生。大气电场变化缓慢,电场变化率和频域能量明显下降时,说明雷暴云在消亡或远离测站。综合利用大气电场、雷达以及闪电定位资料等多源数据,分析雷暴天气发生前后的变化特征,可以更好地了解闪电的发生发展过程,提高雷电预警准确率和提前量。

关键词：闪电活动大气电场电场变化率频域能量雷达回波

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基于案例分析的雷击伤害机制及医疗救护

中国急救复苏与灾害医学杂志 2023年第11期18卷 1412-1415,1426页

作者：殷启元韦智嘉余安然周方聪广东省气候中心广东广州510640 中国气象局雷电重点开放实验室海南省南海气象防灾减灾重点实验室海南海口570203 广东省气象局机关服务中心广东广州510640

目的通过案例分析和总结阐述雷击伤害的类型和机制,并提出基本医疗救护。方法根据不同区域发生了的具体雷击案例,分析其具体损伤机制,并分析其死亡与受伤的结局与雷击损伤的机制关系。结果雷击损伤主要与心脏问题和神经系统的影响有关,... 详细信息

目的通过案例分析和总结阐述雷击伤害的类型和机制,并提出基本医疗救护。方法根据不同区域发生了的具体雷击案例,分析其具体损伤机制,并分析其死亡与受伤的结局与雷击损伤的机制关系。结果雷击损伤主要与心脏问题和神经系统的影响有关,而不是烧伤,后者通常后果较轻;雷击后,医疗救治应注意处置的顺序和原则性,实施CPR和辅助AED是最为有效的挽救生命方式,以及应该重视雷击后遗症切实有效的治疗与护理。结论结合我国雷击伤亡情况,从早期救治、院后治疗、护理观察等方面提出存在问题,为对雷击伤害的科学性质认知提供了准确的依据。

关键词：雷电雷电灾害雷击伤害伤害机制医疗救护

广州两次雷暴过程地闪与大气电场特征对比分析

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暴雨灾害 2023年第1期42卷 47-56页

作者：方俏娴殷启元李翔杜赛范祥鹏广东省气候中心广州510640 海南省南海气象防灾减灾重点实验室海口570206 成都信息工程大学成都610225 中国气象局广州热带海洋气象研究所广州510080 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

利用安装于广州塔塔顶500 m的大气电场仪(简称电场)数据、广州双偏振雷达资料、粤港澳闪电定位系统数据和ERA5再分析资料等数据,对比分析了2020年8月15日和9月23日广州两次雷暴天气过程的地闪活动特征以及地闪活动与电场变化特征的关系... 详细信息

利用安装于广州塔塔顶500 m的大气电场仪(简称电场)数据、广州双偏振雷达资料、粤港澳闪电定位系统数据和ERA5再分析资料等数据,对比分析了2020年8月15日和9月23日广州两次雷暴天气过程的地闪活动特征以及地闪活动与电场变化特征的关系。结果表明:由局地热力不稳定引起的“局地性雷暴”地闪频次低、伴随弱降水,而由中尺度系统引发的“系统性雷暴”地闪频次高、伴随短时强降水。两次过程的地闪频次和电场变化呈双峰分布,地闪爆发时电场变化显著,频域能量达到峰值。“系统性雷暴”的消亡阶段电场在正负极之间大幅度缓慢波动,呈现阻尼振荡(End Of Storm-Oscillation,EOSO)特征,而“局地性雷暴”消亡时电场未出现此特征。时域下电场剧烈变化和频域能量明显提高时,意味着雷暴云团正在靠近或附近有闪电发生;电场频域能量迅速减小且集中于低频段,表明雷暴正在消亡或远离测站。电场的时频特征对雷暴的生消具有指示性作用,为电场数据与其他资料融合应用于雷电风险预警予以参考。

关键词：地闪活动大气电场频域能量雷达回波

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基于PSO-BPNN的加油站雷电安全风险分级评价研究

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石油库与加油站 2022年第5期31卷 7-10,M0002页

作者：殷启元刘艺倩万婧吴景坛广东省气象公共安全技术支持中心广东广州510640 萍乡市气象局江西萍乡337000 广东省安全生产科学技术研究院广东广州510640 汕尾市气象局广东汕尾516600

针对加油站雷电安全风险分级开展的评价工作,结合雷电安全事故致因理论和“人、物、管、环”四要素模型,提出了结合粒子群算法(PSO)与小波神经网络算法(BPNN)相结合的算法。该算法在传统的BP算法的权值调整的基础上,引入粒子群算法的权... 详细信息

针对加油站雷电安全风险分级开展的评价工作,结合雷电安全事故致因理论和“人、物、管、环”四要素模型,提出了结合粒子群算法(PSO)与小波神经网络算法(BPNN)相结合的算法。该算法在传统的BP算法的权值调整的基础上,引入粒子群算法的权值修正量,并从防雷安全管理和生产现场防雷设施出发,选取12个参数因子构建雷电安全风险分级评价模型。神经网络模型克服了传统的BP神经网络算法的主要缺点,比如在计算时收敛速度慢和易导致局部极小的弊端。该模型精度较高,具有较好的广泛性和客观性,能有效避免专家评估主观因素的影响,可为加油站提供精准的雷电安全风险分级评价结果。

关键词：加油站雷电安全风险分级评价粒子群算法(PSO) 小波神经网络算法(BPNN)

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佛山市雷电灾害伤亡与风险区划分析

广东气象 2022年第4期44卷 66-69页

作者：曾瑛顾伯辉万婧殷启元陈景荣王玉珍佛山市气象局广东佛山528000 佛山市三水区气象局广东三水528100 广东省安全生产科学技术研究院广东广州510640 广东省气象公共安全技术支持中心广东广州510640

通过对广东省1995—2018年1 090起雷灾伤亡情况进行分析发现,广东省因雷电引起的伤亡总数1 976人,死亡人数约是受伤人数的1.26倍;考虑人口权重时,佛山市雷电死亡率由原先全省数量排名第6跃升到第2。通过对佛山市1995—2018年雷灾伤亡进... 详细信息

通过对广东省1995—2018年1 090起雷灾伤亡情况进行分析发现,广东省因雷电引起的伤亡总数1 976人,死亡人数约是受伤人数的1.26倍;考虑人口权重时,佛山市雷电死亡率由原先全省数量排名第6跃升到第2。通过对佛山市1995—2018年雷灾伤亡进行分析,发现雷电伤亡事故依然与农业农村活动紧密相关。同时综合分析6种评价指标计算得到雷电风险区划特征,发现佛山市雷电风险区划中等以上主要集中在三水、南海以及禅城一部分,其中高风险区集中在南海中心地带。

关键词：雷电防御雷灾伤亡风险区划佛山市