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集成学习和动态融合算法在福建省短时强降水预报中的应用

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气象 2024年第1期50卷 48-58页

作者：陈锦鹏黄奕丹朱婧林辉程晶晶杨德南厦门市海峡气象开放重点实验室厦门361012 福建省灾害天气重点实验室福州350001 福建省漳州市气象局漳州363005 集美区气象局厦门361021

为了提高短时强降水预报准确性,在2019—2020年4—9月福建省逐时降水实况观测资料与中国气象局广东快速更新同化数值预报系统(CMA-GD)模式预报产品的基础上,应用LightGBM集成学习算法框架,建立以30 mm·h^(-1)为阈值的逐时降水预报模型... 详细信息

为了提高短时强降水预报准确性,在2019—2020年4—9月福建省逐时降水实况观测资料与中国气象局广东快速更新同化数值预报系统(CMA-GD)模式预报产品的基础上,应用LightGBM集成学习算法框架,建立以30 mm·h^(-1)为阈值的逐时降水预报模型。通过特征处理、自助聚合及超参数搜索等技术对模型进行优化,结合AUC、AUPR与传统分类指标,设计了包括业务模拟测试在内的多项试验,通过对比各建模方案验证了模型对于较长时效的短时强降水预报的适用性。结果表明:模式预报本身的命中率和空报率均较高,各建模方案具有不同程度的改善作用。自助聚合可以增强模型预测稳定性,轻微不平衡子训练集能降低模型预测空报率而取得更高的综合评分,在验证集中最佳TS评分可达17.5%;对分类信息增益贡献最大的特征变量为K指数,其次为500 hPa露点温度和时间参数特征;试验指标从优到劣依次为:随机交叉验证、小时划分的随机交叉验证、业务模拟测试,可见模型有效性主要来自相同或相邻时刻的样本信息;设计基于逻辑回归的异质模型动态融合方案以改善静态同质模型表现,各项指标均有小幅提升,在命中率接近50%时削减空报样本超过52万个。

关键词： LightGBM 短时强降水预报样本不平衡动态融合

辽西地区大豆生长发育和产量对气候变化的响应

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江西农业学报 2024年第2期36卷 7-12页

作者：赵凌尘李忠娴王鹏孙艳云牛丹关雨姗杨光韩莹朱明宇刘振宏辽宁省气象装备保障中心辽宁沈阳110166 辽宁省气象局财务核算中心辽宁沈阳110166 辽宁省气象信息中心辽宁沈阳110166

基于多年的大豆物候期监测和分期播种试验数据,研究了辽宁西部地区大豆生长发育和产量对气候变化的响应。结果表明:大豆播种的下限温度为8.0℃,适宜温度为15.0~20.0℃,适宜土壤湿度为18%~22%,适宜播种期在5月上中旬。大豆的营养生长期... 详细信息

基于多年的大豆物候期监测和分期播种试验数据,研究了辽宁西部地区大豆生长发育和产量对气候变化的响应。结果表明:大豆播种的下限温度为8.0℃,适宜温度为15.0~20.0℃,适宜土壤湿度为18%~22%,适宜播种期在5月上中旬。大豆的营养生长期、生殖生长期、全生育期分别需要≥10℃的积温1200、1250、2600℃·d以上;有效积温与产量呈抛物线函数关系,≥10℃积温2800~3060℃·d有利于大豆产量的提高;大豆存在3个温度关键期,分别在大豆分枝期(6月上中旬)、开花结荚期(7月中下旬)和鼓粒期(8月中下旬);营养生长期干旱会使大豆的百粒重降低6.0%~18.0%;开花结荚、鼓粒成熟期干旱会使大豆的百粒重降低8.0%~25.0%;大豆产量受降水的影响呈抛物线变化,需水关键期在6月上旬至8月中旬;光照对辽西大豆产量的影响不显著。

关键词：辽宁西部大豆生长发育产量气候变化响应

两种机器学习模型在甘肃小时气温预报中的应用

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大气科学学报 2024年

作者：杨秀梅黄武斌李天江王基鑫王一丞兰州中心气象台武威市气象局

数值模式直接输出的预报结果常与观测存在偏差，对数值产品进行有效的本地化订正是提高预报准确率的重要手段。本文基于LightGBM和XGBoost两种机器学习算法，利用2020～2021年CMA-MESO模式产品和甘肃省340个国家考核站的实况数据，构建... 详细信息

数值模式直接输出的预报结果常与观测存在偏差，对数值产品进行有效的本地化订正是提高预报准确率的重要手段。本文基于LightGBM和XGBoost两种机器学习算法，利用2020～2021年CMA-MESO模式产品和甘肃省340个国家考核站的实况数据，构建两种逐小时2 m气温的时间滞后订正模型。评估结果表明：（1）LightGBM订正模型略优于XGBoost订正模型，两种订正模型预报的逐小时2 m气温准确率达74.57%、74.33%，比SCMOC分别提高27.6%、27.2%，较CMA-MESO模式分别提高53.5%、53.0%。（2）两种订正模型降低了模式对2 m气温日变化的预报偏差，对模式存在的日变化预报偏弱现象有显著改善。（3）LightGBM和XGBoost两种订正模型减小了预报系统偏差，较大预报误差出现次数明显减少。

关键词：机器学习小时气温 LightGBM XGBoost 预报性能

三江源牧草气候生产力变化及对气象干旱的响应

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中国农业气象 2024年第1期45卷 12-22页

作者：桑春云王倩郭建茂李建华李文峰王勇南京信息工程大学应用气象学院南京210044 青海省气象台西宁810000 泽库县气象局泽库811400 河南省烟草公司许昌市公司许昌461000 河南省许昌市气象局许昌461000 乌鲁木齐气象卫星地面站乌鲁木齐830000

基于1970-2020年三江源地区18个气象站点逐月地面观测资料,以不同时间尺度标准化降水蒸散指数(Standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)为气象干旱监测指标,采用逐步订正法计算牧草气候生产力,分析三江源地区牧草生... 详细信息

基于1970-2020年三江源地区18个气象站点逐月地面观测资料,以不同时间尺度标准化降水蒸散指数(Standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)为气象干旱监测指标,采用逐步订正法计算牧草气候生产力,分析三江源地区牧草生长季气象干旱和气候生产力的时空特征,初步揭示气候生产力对气象干旱的响应状况。结果表明:近50a,三江源地区牧草生长季气象干旱呈加重态势(P气象干旱的响应高于其他区域。

关键词：三江源地区气候生产力气象干旱 SPEI

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气象网页数据反爬虫措施探讨

数字技术与应用 2024年第02期42卷 112-114页

作者：乔显栋任睿智史贺龙费嘉琛昔阳县气象局山西省寿阳县气象局

随着气象事业及互联网技术的发展，气象数据逐渐成为一项重要资源，并成为数据保护的重点对象，与此同时，获取数据资源的技术，尤其是网络爬虫技术也发展迅猛。各种科研、服务对气象数据的需求日益增长，而数据使用者可能利用爬虫程序...

随着气象事业及互联网技术的发展，气象数据逐渐成为一项重要资源，并成为数据保护的重点对象，与此同时，获取数据资源的技术，尤其是网络爬虫技术也发展迅猛。各种科研、服务对气象数据的需求日益增长，而数据使用者可能利用爬虫程序使用反爬虫的对抗技术非法来获取自己所需的气象数据。本文旨在研究反爬虫措施，并结合实践，探讨如何采取相应的措施对抗数据爬虫，实现对网站气象数据资源的保护。

关键词：

基于LightGBM机器学习算法的江西气温短期预报模型研究

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高原气象 2024年

作者：孙康慧肖安夏侯杰江西省气象台江西省气象局天气预报开放实验室

为进一步提高站点气温的预报精度，增强对极端气温的预报能力，本研究利用2017-2019年江西省91个国家站地面观测数据和ECMWF模式高空和地面预报数据，基于LightGBM机器学习算法和MOS预报框架，建立了江西省24 h国家站日最高（低）气温... 详细信息

为进一步提高站点气温的预报精度，增强对极端气温的预报能力，本研究利用2017-2019年江西省91个国家站地面观测数据和ECMWF模式高空和地面预报数据，基于LightGBM机器学习算法和MOS预报框架，建立了江西省24 h国家站日最高（低）气温预报模型。2020年评估结果表明：LightGBM模型日最高（低）气温预报和观测变化趋势一致，年平均预报效果优于ECMWF、 CMA-SH9、 CMA-GFS三家数值模式、 RF和SVM两种机器学习产品以及主观订正产品。从预报误差的时空分布来看，模型冬、春季日最高（低）气温预报误差略大于夏、秋季；日最高气温预报误差呈现“南大北小、周边大于中心”的空间分布特征，日最低气温则与之大致相反。从重要天气过程来看，在高温过程中，LightGBM模型在七种产品中预报效果最优；在强冷空气过程中，LightGBM模型预报效果仍优于三家数值模式产品和另外两种机器学习模型，但日最低气温预报效果不如主观订正产品。针对强冷空气过程中低温预报误差进行简单经验订正后，模型低温预报效果与主观订正产品接近。模型重要性分析显示临近地面观测特征对模型建立也有较大贡献，该结果可以为模式改进和气温预报产品研发提供参考。目前，LightGBM模型气温预报产品已应用于江西省气象业务。

关键词：气温预报 ECMWF 机器学习 LightGBM 预报效果评估

多普勒雷达V型缺口特征在冰雹预报预警中的应用分析

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高原气象 2024年第3期43卷 749-761页

作者：李腊平杨淑华刘洁莉赵琦李小强王嘉媛山西省大同市气象局山西大同037010

利用山西4部C波段多普勒天气雷达基数据和地面观测资料,对2009-2017年山西出现的38次多普勒雷达V型缺口特征进行统计分析,研究多普勒雷达V型缺口特征与降雹的对应关系,总结V型缺口对冰雹的预报预警指标,并在2018-2022年开展实时业务应用... 详细信息

利用山西4部C波段多普勒天气雷达基数据和地面观测资料,对2009-2017年山西出现的38次多普勒雷达V型缺口特征进行统计分析,研究多普勒雷达V型缺口特征与降雹的对应关系,总结V型缺口对冰雹的预报预警指标,并在2018-2022年开展实时业务应用,对V型缺口特征及预报预警指标进行检验并订正。结果表明:降雹在V型缺口出现后开始,在V型缺口消失前结束;降雹概率与V型缺口起始高度无明显的对应关系;V型缺口对应的上升气流高度≤4 km时无降雹;V型缺口理想的观测仰角为2.4°~6.0°,最佳观测仰角为2.4°;强回波区呈现“蝴蝶状”是降雹最强阶段。降雹开始阶段预报预警指标及关注点:(1)V型缺口有弱回波区或有界弱回波区;(2)初始V型缺口沿径向长度>30 km,当≤30 km时上升气流伸展高度要超过4 km;(3)平均径向速度具有低层辐合高层辐散特征。满足以上3点可预报有冰雹出现,如果V型缺口首先在6.0°仰角观测到,可预报有大冰雹出现(直径大于1 cm),并立即发布预报预警信号。冰雹持续期间预报预警指标及关注点:(1)>50 dBZ强回波中心连续下降且回波顶高>10 km;(2)V型缺口对应的弱回波区呈倾斜状;(3)弱回波区或有界弱回波区稳定维持;(4)当在0.5°仰角观测到V型缺口时可预报冰雹仍在持续;当强回波区呈现“蝴蝶状”,可预报降雹强度增强;(5)当V型缺口最大垂直液态水含量>22 kg·m^(-2)、垂直液态水含量跃增量>26 kg·m^(-2)、垂直液态水含量密度>3.6 g·m^(-3)时,出现冰雹的概率较大。

关键词： C波段多普勒天气雷达 V型缺口冰雹预报预警指标

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日光温室附阴棚及保温对室内温度的影响

中国农业大学学报 2024年第2期29卷 99-109页

作者：佟国红王淼吴红爽王晓桐孙周平沈阳农业大学水利学院沈阳110866 辽宁省锦州市气象局辽宁锦州121001 沈阳农业大学园艺学院沈阳110866

为探明保温措施对冬季日光温室室内温度的影响,采用对比试验的方法,分别测试了设置阴棚、阴棚覆盖保温被、附阴棚的日光温室墙体及前屋面保温被加强保温这3种措施下的日光温室温度及参照温室温度,重点关注早间及夜间温度的变化。结果表... 详细信息

为探明保温措施对冬季日光温室室内温度的影响,采用对比试验的方法,分别测试了设置阴棚、阴棚覆盖保温被、附阴棚的日光温室墙体及前屋面保温被加强保温这3种措施下的日光温室温度及参照温室温度,重点关注早间及夜间温度的变化。结果表明:附阴棚日光温室与参照温室在外部温度低的早间及夜间气温平均相差一般在0.5℃以内,在外部温度高时二者气温差通常为1.0~4.0℃。阴棚覆盖保温被对日光温室增温效果不明显,1月早间及夜间最大差值为1.0℃。温室墙体及前屋面保温被加强保温的温室与具有相同阴棚设置的参照温室气温相比,早间及夜间二者在外温低的1月平均最大差值为4.2℃,在外温高的2月平均最大差值为6.5℃。研究结果对组合温室的设计建造、温室保温措施的选择以及温室管理具有参考价值。

关键词：日光温室温度塑料棚墙体保温被传热

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气象条件对蓝莓生长的影响研究

河北农机 2024年第13期 118-120页

作者：吴卓庭孟美霖付海峰周海霞吉林省靖宇县气象局抚松县气象局

白山市作为东北地区主要的蓝莓产区,常年面临极端温度、降水分布不均、大风、冰雹、连阴雨等不利气象条件的威胁,这些气象灾害会直接损伤蓝莓植株和果实,或者间接影响土壤水分和病虫害发生,导致减产和品质下降。为提高蓝莓生产的抗灾能... 详细信息

白山市作为东北地区主要的蓝莓产区,常年面临极端温度、降水分布不均、大风、冰雹、连阴雨等不利气象条件的威胁,这些气象灾害会直接损伤蓝莓植株和果实,或者间接影响土壤水分和病虫害发生,导致减产和品质下降。为提高蓝莓生产的抗灾能力,本文提出建立气象监测预警系统、加强田间管理、采取物理和化学防护措施等综合防御策略。通过布设先进的监测设备和预警系统,可以实时掌握天气变化,提前发现不利天气;通过定期检查修剪、合理施肥浇水等措施,可以提高蓝莓植株的健康水平和抗逆性;在冰雹多发区搭建防雹网,连阴雨时使用生长调节剂和加强排水防涝,为蓝莓提供直接的物理和化学防护,旨在最大限度规避气象灾害带来的风险,保障蓝莓生产的稳定性和果实品质,促进蓝莓产业的可持续高质量发展。

关键词：蓝莓气象条件气象灾害防御对策乡村振兴