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基于短时强降雨探测的拉曼激光雷达测温数据WRF同化方法

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光谱学与光谱分析 2021年第7期41卷 2110-2115页

作者：李博普亚洲王楠王玉峰狄慧鸽宋跃辉华灯鑫西安理工大学机械与精密仪器工程学院陕西西安710048 中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室广东广州510080 陕西省气象台陕西西安710014

为挖掘激光雷达高垂直分辨探测优势,将其引入降雨观测与研究中,重点构建一套测温数据模式同化方法,目的在于评估激光雷达数据对降雨模拟的影响。借助激光雷达测温数据综合多级质量控制技术对雨前探测信号进行反演优化,获取更可靠的温度... 详细信息

为挖掘激光雷达高垂直分辨探测优势,将其引入降雨观测与研究中,重点构建一套测温数据模式同化方法,目的在于评估激光雷达数据对降雨模拟的影响。借助激光雷达测温数据综合多级质量控制技术对雨前探测信号进行反演优化,获取更可靠的温度廓线,这种垂直间隔4 m左右的雷达数据对于降雨是一种新型数据。设计三步实验研究新数据WRF模式(weather research and forecasting model)同化方法。第一步开展控制实验,通过模式检验与参数调试获取最佳模拟方案,为同化实验提供依据。第二步开展常规探测数据同化实验,通过WRF模式同化模块将90组地面、高空测站数据融入模式初始场,TS评分提高了0.07,并成功消除了陕西西南部虚假暴雨中心,但存在空报率偏高等问题。第三步开展激光雷达数据同化实验,重点解决制约模式初始场中尺度信息测站稀少的关键难题,引入MQ法将单点数据扩展为49组格点数据并完成三维变分同化模拟,克服了常规数据同化所致空报率偏高的问题,且模拟雨强更接近实况,同时降水TS评分提高了0.12,漏报率降低了0.09。定性与定量分析均表明借助Multiquadric将激光雷达探测数据融入WRF模式可造成模拟效果提升。本文结果表明激光雷达可用于探测短时强降雨,且探测位置宜设在对流云外围。

关键词：激光雷达测温短时强降雨 Multiquadric算法

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中国短时强降雨对暴雨的贡献特征

气象 2023年第3期49卷 267-278页

作者：周晓敏田付友郑永光孙建华王超国家气象中心北京100081 中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴实验室北京100029

中国暖季暴雨有显著的对流性特征,但尚不明确对流导致的短时强降雨对不同等级暴雨的贡献程度。利用1951—2019年的逐时降水资料,统计分析了中国两种强度的短时强降雨(小时雨量≥20 mm和小时雨量≥50 mm,分别简称为HR20和HR50)和不同等... 详细信息

中国暖季暴雨有显著的对流性特征,但尚不明确对流导致的短时强降雨对不同等级暴雨的贡献程度。利用1951—2019年的逐时降水资料,统计分析了中国两种强度的短时强降雨(小时雨量≥20 mm和小时雨量≥50 mm,分别简称为HR20和HR50)和不同等级暴雨之间的关系,得到了两类短时强降雨对不同等级暴雨的贡献特征。结果显示,短时强降雨发生频率高的暴雨分布区域与暴雨日数多的区域并不一致,在华北南部到黄淮地区和西南地区到华南地区短时强降雨对暴雨的影响最为显著,其超过50%的暴雨中伴随HR20,华北南部和华南中部地区暴雨中发生短时强降雨的占比超过了70%;随着暴雨等级的提升,伴随短时强降雨的比例逐渐增大,尤其HR50的占比增加显著,超60%的特大暴雨中伴有HR50,表明暴雨越强,其对流性越强。在华北南部到黄淮地区、西南地区东部和华南地区,短时强降雨雨量对暴雨雨量的贡献也最大,且随着暴雨等级的提升,这些地区短时强降雨雨量在暴雨总雨量中的占比呈显著增长的趋势,HR50的贡献增幅超过100%;而江淮、江南等地区短时强降雨雨量的贡献较小,随暴雨强度等级的增强其增大程度也相对不明显。此外,伴随有HR20的暴雨、大暴雨平均日雨量较无短时强降雨的暴雨平均日雨量分别多20%和40%以上,进一步印证了中国暴雨对流性强的特点。

关键词：短时强降雨暴雨雨量贡献气候特征

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短时强降雨对能见度的影响

气象科学 2010年第2期30卷 274-278页

作者：吴建军袁成松周曾奎吴震南京交通气象研究所南京210008

利用安装在宁沪高速公路沿线26个AMW自动气象观测站监测的每小时雨量、每分钟雨强与每分钟能见度资料,分析了强降雨对能见度的影响,结果表明:短时强降雨大多数产生在暴雨天气过程中,随着每分钟雨强的增大,能见度急剧减小危及行车安全;... 详细信息

利用安装在宁沪高速公路沿线26个AMW自动气象观测站监测的每小时雨量、每分钟雨强与每分钟能见度资料,分析了强降雨对能见度的影响,结果表明:短时强降雨大多数产生在暴雨天气过程中,随着每分钟雨强的增大,能见度急剧减小危及行车安全;结合交通运营管理部门的实际需求,确定了短时强降雨的定义和预警阈值,制定了短时强降雨的预警、临近预报流程。应用实例证明:该流程能够满足交通气象服务中短时强降雨的预警预报要求。

关键词：能见度预警预报短时强降雨

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城市短时强降雨中尺度观测特征分析

气象科技 2011年第6期39卷 678-684页

作者：王丛梅吴智杰刘瑾许新路河北省邢台市气象局邢台054000

通过对2009年5月9日、2007年7月18日和2006年8月28日邢台市3次城市短时强降雨过程的对比分析,应用高时空分辨率的加密自动站资料、雷达风廓线资料,研究其中尺度特征。强降水天气产生在大尺度有利的环流背景下,低层切变线系统、强中低空... 详细信息

通过对2009年5月9日、2007年7月18日和2006年8月28日邢台市3次城市短时强降雨过程的对比分析,应用高时空分辨率的加密自动站资料、雷达风廓线资料,研究其中尺度特征。强降水天气产生在大尺度有利的环流背景下,低层切变线系统、强中低空垂直风切变、地面低压倒槽提供了有利的辐合上升动力条件,低层西南暖湿气流与西风带冷空气以及边界层东北急流带来的回流冷空气相互作用,为强降水提供了有利的热力和不稳定层结条件。地面中尺度切变线是强降水的触发系统,强降水落区与地面中尺度辐合系统位置一致,地面和边界层偏东风的开始和持续时间、强度与强降水有很好的对应关系。边界层偏东气流由于西部山脉的地形作用在山前汇聚从而强迫抬升,使地面中尺度的辐合系统产生和加强,城市热力强迫与地形的共同作用触发城市强降水的产生。

关键词：短时强降雨中尺度地形作用城市热岛

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黄山地区短时强降雨的地形增幅机制

气象 2017年第2期43卷 181-188页

作者：刘裕禄杜其成黄勇安徽省黄山市气象台黄山245021 安徽省大气科学与卫星遥感重点实验室合肥230031 安徽省气象研究所合肥230031

应用黄山地区191个地面自动观测站资料,统计分析了201 5年发生在黄山地区短时强降雨时空分布。统计发现:发生短时强降雨过程次数在午后及傍晚(14和18时)时段中明显增多;黄山山脉及其附近是短时强降雨多发生的中心地带,发生短时强降雨次... 详细信息

应用黄山地区191个地面自动观测站资料,统计分析了201 5年发生在黄山地区短时强降雨时空分布。统计发现:发生短时强降雨过程次数在午后及傍晚(14和18时)时段中明显增多;黄山山脉及其附近是短时强降雨多发生的中心地带,发生短时强降雨次数分布与山脉形态一致、和地形高度相关,短时强降雨与地形关系密切。分别利用三个典型个例分析了山脉地形动力阻拦和热力对短时强降雨的增幅作用,结果表明:(1)山脉地形迎风坡处因地形抬升速度与地面辐合线相配合降雨增强,水汽收支方法诊断计算降雨增量可达6成;(2)锋面过境山脉时垂直扰动增强水平位温梯度增大锋生,在背风坡处地面涡度、上升运动增强,导致降水增幅;(3)山脉西南区域因地面感热通量差异形成热低压,在该区域增暖增湿,大气不稳定增强,受冷平流影响形成强对流天气,导致山区降水增幅。

关键词：黄山山脉短时强降雨地形抬升锋生热低压

“12.7.22”四川暴雨的MCS特征及对短时强降雨的影响

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气象 2013年第7期39卷 848-860页

作者：陈永仁李跃清中国气象局成都高原气象研究所成都610072 四川省气象台成都610072

利用FY2D卫星云图云顶亮温(TBB)资料、雷达回波产品和常规气象观测资料、地面自动站降水资料及NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,对2012年7月21-22日四川暴雨中的中尺度对流系统(MCS)特征及其对短时强降雨影响进行分析,结果表明:(1)这次暴... 详细信息

利用FY2D卫星云图云顶亮温(TBB)资料、雷达回波产品和常规气象观测资料、地面自动站降水资料及NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,对2012年7月21-22日四川暴雨中的中尺度对流系统(MCS)特征及其对短时强降雨影响进行分析,结果表明:(1)这次暴雨过程在21日00-06时和21日21时至22日03时有两个明显的6 h短时强降雨阶段。第一阶段中,500 hPa高原涡与700 hPa低涡切变线、低空急流作用,引发盆地西部短时强降雨;第二阶段中,500 hPa高原涡与700 hPa西南涡作用,引发盆地南部短时强降雨。(2)短时强降雨通常由MCS中的深对流特征造成,水平尺度多为β中尺度或更小的γ中尺度系统,具有云顶亮温低、雷达反射率因子大和垂直累积液态水含量高等特点。(3)探空资料分析表明,MCS增长初期,大气不稳定能量高,存在风垂直切变,在低层冷暖平流交汇明显且温度梯度大的区域,有利于激发MCS生成,另外高低层系统作用产生的深厚正涡度对其发生发展亦具有重要作用。在演变过程中MCS具有低层正涡度、负散度,高层负涡度、正散度的垂直结构,且上升速度明显,这种结构特征可能是MCS发展维持的重要因素,亦是产生强降雨的机制之一。

关键词：短时强降雨西南低涡中尺度对流系统(MCS) 雷达反射率因子

西南山区短时强降雨诱发型低频泥石流成因机制分析——以四川省宝兴县冷木沟泥石流为例

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灾害学 2013年第4期28卷 110-113,187页

作者：铁永波周洪福倪化勇成都地质矿产研究所四川成都610081

以四川省雅安市宝兴县城后山冷木沟为例,通过野外调查及降雨数据分析,对冷木沟2012年8月18日泥石流的特征、成因及可能发展趋势进行了评估。结果显示:冷木沟此次泥石流过程具有隐蔽性强、暴发突然及强输沙能力的特征;前期累计降雨量对... 详细信息

以四川省雅安市宝兴县城后山冷木沟为例,通过野外调查及降雨数据分析,对冷木沟2012年8月18日泥石流的特征、成因及可能发展趋势进行了评估。结果显示:冷木沟此次泥石流过程具有隐蔽性强、暴发突然及强输沙能力的特征;前期累计降雨量对该次冷木沟泥石流过程贡献较小,而短时强降雨尤其是泥石流发生前55.9 mm/h降雨量是诱发泥石流的最主要原因;2012年泥石流发生前,冷木沟流域内崩滑等不良地质现象轻微,泥石流的物源主要来自于流域沟道内堆积的松散崩坡积物与早期山洪泥石流堆积物,泥石流物源在高速沟道洪水的揭底和侧蚀作用下启动形成泥石流。此外,由于2012年冷木沟泥石流在中、下游沟道内形成的大量的松散堆积物,加之2013年"4.20"芦山7.0级地震的影响,流域内潜在崩滑体的发育数量增多,冷木沟泥石流极有可能会由低频转化成高频泥石流,需要提出针对性的防治对策。

关键词：低频泥石流短时强降雨成因机制宝兴县冷木沟

短时强降雨条件下地质灾害气象预警的实现及启示——以昭平县“5·28”强降雨地质灾害预警为例

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南方自然资源 2022年第6期 21-26页

作者：吴福江思义邹仁辉白世贤梁长凯黎荣新广西地质环境监测站

地质灾害防治工作事关人民群众生命财产安全,每年因地质灾害造成的损失巨大。2021年,全国共发生地质灾害4772起,直接经济损失32亿元。广西地处云贵高原东南边缘,山地丘陵广布,地层岩性复杂。地质灾害类型多样,具有城市地质灾害隐患多、... 详细信息

地质灾害防治工作事关人民群众生命财产安全,每年因地质灾害造成的损失巨大。2021年,全国共发生地质灾害4772起,直接经济损失32亿元。广西地处云贵高原东南边缘,山地丘陵广布,地层岩性复杂。地质灾害类型多样,具有城市地质灾害隐患多、易发多发,山地丘陵区崩塌、滑坡、泥石流多发群发,台风暴雨型群发性地质灾害频发等特点。广西自然资源部门已认定地质灾害隐患点1.35万处,地质灾害风险区6311个。

关键词：直接经济损失地质灾害短时强降雨台风暴雨泥石流山地丘陵区昭平县

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卢旺达短时强降雨对滑坡的影响研究

卢旺达短时强降雨对滑坡的影响研究

作者： NYIRANSENGIYUMVA CHRISTINE(林琴音) 兰州交通大学

学位级别：硕士

山体滑坡是山区最常见的地质灾害之一,与地形、降水和地质构造等密切相关。滑坡灾害严重影响区域生态环境和经济社会安全。素以“千丘之国”著称的卢旺达,位居东非大裂谷中段,境内地形崎岖、地质构造复杂活跃、旱季雨季交替明显,短时强... 详细信息

山体滑坡是山区最常见的地质灾害之一,与地形、降水和地质构造等密切相关。滑坡灾害严重影响区域生态环境和经济社会安全。素以“千丘之国”著称的卢旺达,位居东非大裂谷中段,境内地形崎岖、地质构造复杂活跃、旱季雨季交替明显,短时强降雨频率高、强度大。强降雨引起的滑坡灾害,使这个“世界最贫困之一”国家的生态和经济社会系统不堪重负。因此,研究短时强降雨对卢旺达滑坡灾害的影响及其规律,具有重要的理论和实践价值。当前基于XG-Boost、ANN和KNN模型等技术方法针对卢旺达滑坡敏感性的研究较少,难以充分厘清滑坡发生与短时强降雨之间的相关关系及其时空规律。因此,本文运用统计分析了方法分析卢旺达区域地理特征、强降雨、海拔高度、土地利用转型等诱发因素与滑坡之间相关关系,并基于16个滑坡条件因素结合各种机器学习模型评估了卢旺达滑坡敏感性时空格局,旨在为卢旺达滑坡风险预警和滑坡防治提供科学依据。本研究主要结论如下:(1)日最大降雨量与滑坡数量之间存在显著正相关关系(P降雨量的相关关系,最终确定滑坡前3天持续日降雨量作为滑坡临界降雨值。(2)位于海拔1800-2200m和2200-2800m的中、高山带是滑坡最敏感地带,而海拔低于1500m的低山带滑坡较少,这充分表明滑坡与海拔之间有较强相关性。1990–2020年土地利用类型转变与滑坡发生高度相关(P<0.01),林地、草地向耕地和居民地转变明显,是卢旺达中部和西南部地区从中、高滑坡风险区向极高滑坡风险区转变的主要原因。(3)依据滑坡危险度(低敏感、中敏感、高敏感和极高敏感)四个等级,卢旺达约50.26%的区域处于滑坡低敏感等级,18%的区域处于中等敏感,31%的区域具有高度或极高敏感等级。空间尺度上,西部和南部敏感性最高,中部和北部中等敏感,东部敏感性最低。卢旺达滑坡灾害很大程度上取决于暴雨和地形因素,考虑这些因素可使滑坡灾害预测准确率达85%。暴雨对卢旺达山体滑坡有重大影响,雨季日降水量可高达112 mm。(4)机器学习、数理统计和GIS技术相结合能够有效提高滑坡敏感性建模和预测制图的质量和准确性。XG-Boost、ANN和KNN模型等6种模型精度均很高,变化范围为90%(似然比模型)-98%(朴素贝叶斯模型),随机森林模型和朴素贝叶斯模型的AUC准确率分别为85%和99%。相比而言,朴素贝叶斯模型明显优于其他5个模型,朴素贝叶斯模型预测滑坡敏感性性能最好。综上所述,本研究可用于制定滑坡减灾方案和环境保护措施。定期进行滑坡敏感性调查与及时分享相关信息,对于灾害频发地区非常重要。

关键词：短时强降雨滑坡灾害降雨阈值滑坡敏感性