一种雷电感应过电压的快速算法及其精度检验

本文基于B-P方程、Rusck方程和Agrwal耦合模型,开发出一种架空线雷电感应过电压的时域快速算法.利用该算法研究了不同参数对雷电感应过电压的影响,并利用2-DFDTD算法对其计算精度进行全面检验.结果表明:①首次回击电流产生的感应过电压的峰值较大,波头陡度小;继后回击电流产生的感应过电压的峰值较小,而波头陡度更大...     

粗糙地表对雷电电磁场传输影响的模拟研究

利用二维分形布朗运动（fBm）模式来分析分形粗糙地表对雷电产生的电磁场传输的影响。结果表明：（1）粗糙地表对雷电首次回击产生的垂直电场基本没有影响。对后续回击产生的垂直电场的幅值影响很小,但是随着粗糙度的增加波头的上升时间增大;（2）粗糙地表对首次回击产生的水平电场基本没有影响。对于后续回击,当观测距离较远,地表相对粗糙时,粗糙度引起的额外衰减对水平电场的影响很大;（3）无论是首次回击还是后续回击,地表粗糙引起的额外衰减对水平磁场基本没有影响;（4）粗糙度引起的额外衰减对电导率小的地表影响很小。     

基于FDTD的不同土壤类型及湿度对雷电电磁场传播影响的研究

为深入研究土壤类型和土壤湿度对雷电电磁场传播效应的影响,首次将工程勘察领域研究得出的土壤湿度和电导率计算关系应用到雷电电磁场模拟计算中.基于Heidler雷电通道基电流函数模型和MTLL回击模型,在Mur一阶边界条件下,利用2D-FDTD计算粘土、粉土和砂土这三种具有代表性土壤在不同土壤湿度和观测距离下的雷电电磁场.研...     

闪电定位真实地表修订算法的检验评估

采用2017年中国气象局雷电野外科学试验基地的广东闪电综合观测试验(简称:GCOELD)的人工触发闪电观测数据,对粤港澳大湾区的闪电定位探测误差进行评估,并进一步检验真实地表的地形修订算法的可靠性.结果表明:(1)针对36次人工触发闪电事件的回击过程,粤港澳闪电定位网的探测效率为61.11％;距离探测误差平均值约为34...     

湿球温度循环迭代算法及其应用

许多大型能源项目的前期可行性论证工作都必须计算干湿球温度的设计参数,但从2001年开始,按照中国气象局的要求,安徽省各台站陆续将干湿球温度表更换为湿敏电容传感器,至2007年,所有台站的自动观测设备安装完毕.新的自动观测仪器对湿球温度不再进行观测.为了解决缺少资料的问题,设计了一种计算湿球温度的循环迭代算法,并把结果数据与查表计算的结果相比较,误差小于0.1℃的占92.52%,小于0.2℃的占99.49%,结果可靠,与传统查表方法相比,具有方便快捷的特点,适合作为补充历史湿球温度序列的方法,满足了气候应用服务的需要,可以在电站设计标准计算上得到广泛的应用,也可以作为地面历史资料审核程序的有益补充.     

基于MODIS数据地表温度反演劈窗算法的比较研究

选取QIN和SOB两种代表性劈窗算法对辽宁地区地表温度进行反演,并分析二者的精度和误差分布。结果表明：QIN和SOB算法反演的地表温度（TS）与地面气象台站准同步观测的气温和地温的线性拟合显著,SOB算法线性拟合更好;从误差分布直方图上看,两种算法的反演结果与地温更接近,SOB算法与同步气温和地温在±2 ℃之间的误差比例略高于QIN算法;在野外开展与卫星遥感空间尺度一致的地表温度观测试验,QIN和SOB算法与实测值的平均绝对误差均为1.5 ℃;与NASA官网发布的地表温度产品对比发现,QIN和SOB算法的平均绝对误差分别为1.75 ℃、1.70 ℃;因此QIN、SOB算法在辽宁地区均适用,SOB算法误差更小。     

应用CGDPA评估中国大陆地区IMERG的降水估计精度

应用国家气象信息中心基于地面雨量计的逐日降水分析产品CGDPA (China Gauge-Based Daily Precipitation Analysis)为基准数据,采用定量和分类评分指标分析了2014年9月—2015年8月中国大陆地区全球降水观测GPM (Global Precipitation M easurement)多星集成降水产品IM ERG (Integrated M ulti-satellite Retrievals for GPM)的精度。结果表明:1) IMERG日平均降水量能够较好地反映我国降水量的空间分布特点(局部地区偏低),季节平均降水强度的空间分布与CGDPA具有较好的一致性(尤其中东部和南部)。2) IMERG与CGDPA日平均降水量的相关系数在大部分地区介于0. 2～0. 5,只有少数地区超过0. 6,局部地区甚至出现负相关。3) IM ERG在中国大陆东部的降水估计精度明显优于西部,但东部绝大部分地区IMERG日降水量比CGDPA偏低10%～30%,甚至更低。4) IMERG与CGDPA降水概率密度相差最大的是微量降雨,其次是中雨,其他降水强度则相差很小。5)各季节IMERG探测降水的准确率POD都比较低,空报率FAR则比较高,临界成功指数CSI也比较低。     

不同插值算法对GRAPES模式在乌鲁木齐地区的降水分级检验比较

采用三种不同的平面插值算法对GRAPES模式降水预报场资料在鸟鲁木齐地区的24h和48h降水分级预报能力进行比较和检验。总体上,24h的预报能力优于48h的。通过不同插值算法计算后,降水预报能力或保持原水平或有不同程度的提高。对比分析发现,插值算法的不同对≥0．1mm且≤10mm累积降水的影响不大,对降水量偏少的极端干旱区站点影响也不大。然而当累积降水≥10mm时,经过高斯插值算法换算以后的站点,降水能力较维持原水平的最优插值法提高了5～7倍,从衢得分情况看,具有较好的预报效果。而距离平方法的降水预报能力提高幅度更大,约为10倍,不同的是,预报效果不但没有改善,反而有所下降,尤其是在累积降水≥10mm且≤25mm时,这时空报率高于高斯插值法计算的结果,巧评分有所下降。     

超声波测风仪风速的不同算法误差分析

超声波测风仪与气象业务用风向标测风仪相比具有诸多优势,可为气象业务中风向风速观测急需解决的较多问题提供解决方案。为促成超声波风速仪尽早在气象部门业务应用,同时解决资料同化等问题,研究和选择适用于超声波测风仪的风速平均(平滑)算法显得极为重要。为此,从超声波测风仪测量原理出发,介绍了超声波测风仪获取数据的特点;利用台站获取的超声波测风仪风速的秒数据,采用不同时段、不同平均(平滑)方法,计算风速多种形式的平均值,通过统计、分析和比较,获得了标量和矢量不同算法下风速平均值的特性差异及其之间的误差,进一步验证了标量平均大于矢量平均的结论。通过对超声波测风仪的风速算法研究及其误差分析,对减小因算法带来的风速测量误差提供方法,同时探讨了超声波测风仪在气象业务使用的可能和方向。     

基于ERA Interim的L波段探空秒级风速算法检验

本文基于L波段探空雷达高垂直分辨率方位数据,通过在不同探空高度处选取不同尺度的时间窗口,设计了计算秒级风速的3种方案。通过比较3种计算方案得到的秒级风速与ERA-Interim再分析资料在平均偏差Bias和均方根误差RMSE等指标上的差异,给出了计算秒级风速的最优算法。结果表明:由于雷达的定位存在系统偏差,窗口选取过大或过小均会引入较大的秒级风速误差,选取适当尺度的时间窗口是准确计算秒级风速的必要条件。另外,基于ERA-Interim再分析资料具备良好的时空一致性,本文提出了1种检验L波段秒级风速算法优劣的新方案。     

架空传输线雷电感应电压计算公式分析与修订

利用二维时域有限差分法(FDTD)实现了对雷电感应电压的计算,并与已有研究成果对比验证了该方法的有效性。研究分析了DL/T 620-1997中规程公式估算架空传输线雷电感应电压峰值的精度,其中定性研究发现,雷电感应电压峰值与电流幅值、架空线高度之间为正相关关系,而与距离成负相关关系,这种敏感性关系与FDTD的模拟结果相同;而定量研究结果发现,规程公式计算的雷电感应电压值与FDTD计算的电压值相比均偏小。在此基础上,本文提出通过修订系数k对规程公式进行改进,通过FDTD模拟确定了修订系数k的取值为1.6,将规程公式修订为40 I0·h·S-1。最后,本文利用LIOV程序对修订后的规程公式进行精度检验,结果发现,当雷击通道与架空传输线之间距离为100 m和400 m时,修订后规范公式计算得到的雷电感应电压峰值最大误差仅为3.7%和5.5%,从而证明,利用修订后的规程公式可以更加准确地计算架空传输线上的雷电感应电压峰值。     

AERMOD空气扩散模型在沈阳的应用和验证

根据2003年1～12月沈阳逐日大气环境监测数据、气象数据以及AERMOD模式系统建立并验证了空气扩散模型;同时,应用污染源排放清单管理工具软件建立了排放清单,其输出的数据格式满足AERMOD空气扩散模型的要求。验证结果表明:颗粒物的监测日平均值与模拟日平均值的相关性较好,81%的数值落在模拟值与监测值的2倍误差范围内,模拟值与监测值的相关系数为0.68;SO₂有72%的数值落在模拟值与监测值的2倍误差范围内,模拟值与监测值的相关系数为0.64。     

中国近20 a卫星遥感土壤湿度的季节变化及其验证

分析了欧洲空间局最近基于多颗卫星微波资料研发的ECV土壤湿度产品的季节性干湿变化,并与国家气象局提供的站点资料做了对比验证。研究发现:主动与被动遥感土壤湿度的干湿季节变化在中国东部季风区有显著的不一致性。在中国东部季风区,被动遥感土壤湿度的干湿季变化和站点观测一致,均表现出夏季是干季、冬季是湿季的特征;而主动遥感的数据则存在较大的空间差异,华北地区与被动遥感数据较为一致,华南地区则呈现夏季为湿季、冬季为干季的反位相特征。两者的不一致性说明,针对欧洲空间局开发ECV土壤湿度产品的过程,融合主动遥感和被动遥感资料,研制长序列土壤湿度产品的思路在中国东部季风区不可行。     

雄安新区长历时暴雨强度公式及其设计雨型推求

设计暴雨研究是城市排水防涝工程建设的重要基础。基于1981—2020年雄安新区3个地面气象观测站的降雨资料,对其降雨量和暴雨日数的时间变化特征进行了分析;采用雄县分钟级降雨数据,通过年最大值法选样,为兼顾长、短历时降雨样本的拟合优度,选用P-III型曲线对降雨数据进行理论频率分析,通过MATLAB的高斯—牛顿法求解暴雨强度公式中的参数,最终得到长历时综合暴雨强度公式,根据同频率分析法对雄县1440 min的设计暴雨雨型进行推求。结果表明：雄安新区多年平均降雨量为490.4 mm,暴雨日数为4.4 d;2000—2020年暴雨日数呈增多趋势,尤以大暴雨增多明显,近10 a大暴雨发生日数占暴雨日数的比率最大,为20.8%,较21世纪初10 a大将近7倍。编制的长历时综合暴雨强度公式,可计算5—1440 min任意历时、2—100 a任意重现期的设计暴雨。雄县以5 min为步长的1440 min设计暴雨雨型为单峰型,雨峰系数为0.806,结合所编制的长历时综合暴雨强度公式,可推求任意指定重现期下1440 min的设计雨型。     

粗糙表面对雷电水平电场影响的模拟研究

利用分形方法模拟了粗糙陆地表面和海陆交接复杂表面,并通过Barrick提出的等效表面阻抗法和Cooray-Rubinstein（C-R）近似算法,计算了不同粗糙表面情况下的雷电水平电场。进而分析了粗糙陆地表面和海陆交接复杂表面对水平电场产生的影响。结果表明：当雷电水平电场沿粗糙陆地表面传播时,陆地表面的粗糙程度对电场影响很大,且随着粗糙度的增加,雷电水平电场的初始峰值会逐渐减小;当水平电场沿海陆交接复杂表面传播时,陆地的粗糙度对水平电场影响较大,而海浪起伏程度对电场影响较小。     

“碧利斯”(Bilis)台风远距离影响河北的数值预报检验

2006年7月14日河北省中南部出现暴雨到大暴雨.是河北省2006年最强的一次降雨天气.其中石家庄市区降雨量80 mm;是该市"96.8"暴雨以来出现的雨量最大、强度最强的降雨过程.本文利用常规气象资料及新一代天气雷达、自动站和加密雨量站资料等,对暴雨过程进行分析.结果表明:这次暴雨天气过程是由于"碧利斯"台风登陆北抬,台风和副高之间的气压梯度加大,700 hPa东南气流加强为低空急流,带来充沛的水汽;近地层的东北风为暴雨开始的触发机制,副热带高压的高温、高湿为这次暴雨提供了充足的能量条件.对基层气象台常用的几种数值模式检验结果表明:数值模式对本次台风和暴雨的预报已经达到较高的准确度,特别是T213模式对此次过程的形势场、风场预报准确,并且层次、时次多,具有较高的参考价值.     

Operational Implementation of the ATOVS Processing Procedure in KMA and Its Validation

The Korea Meteorological Administration (KMA) has processed the data from the advanced TOVS(ATOVS) onboard NOAA-16 satellite since May 2001. The operational production utilizes the AAPP(ATOVS and AVHRR Processing Package) of EUMETSAT and IAPP (International ATOVS ProcessingPackage) of the University of Wisconsin. For the initial guess profiles, the predicted fields (usually 6 to 12hour forecasted fields) from the global aviation model of NOAA/NCEP are used. The average number ofprofiles retrieved from the ATOVS data is about 1,300 for each morning and afternoon orbit at about 18 and06 UTC, respectively. The retrieved temperature and dew point temperatures are provided to forecastersin real time and used for initialization of prediction models. With the advanced microwave sensor (AMSU;Advanced Microwave Sounding Unit), accuracy of the ATOVS products is expected to be better than thatof the TOVS products, especially in cloudy conditions. Indeed, the preliminary results from a validationstudy with the collocated radiosonde data during a 8-month period, from May to December 2001, for theEast Asia region show an improved accuracy of the ATOVS products for cloudy skies versus the TOVS,especially for higher altitudes. The RMS (Root Mean Square) difference between the ATOVS productsand radiosonde data is about 1.3℃ for both clear and cloudy conditions, except for near the ground and athigher altitudes, at around 200 hPa. There is no significant temporal variation of the error statistics at allpressure levels. In case of the water vapor mixing ratio, the largest difference is shown at lower altitudes,while the accuracy is much better for the clear sky cases than the cloudy sky cases. The bias and RMSEat lower altitudes is about 0.557 g kg-1 and 2.5 g kg-1 and decrease significantly with increasing altitude.     

延安地区雷电流幅值累积概率分布特征及计算公式

利用陕西省雷电定位系统资料分析了延安地区2009—2012年的雷电流数据,并对多种雷电流幅值累积概率公式进行了比较分析,同时引入雷电流概率密度公式,列举实例,分析了各累积概率公式所拟合的曲线与实测值所绘制曲线的误差,并根据分析结果给出了该地区带有未知系数α、β的雷电流幅值累积概率计算公式,利用Matlab的Cftool工具中的最小二乘曲线拟合方法对地闪进行拟合,求出拟合误差最小和拟合效果最好时的α、β值,得出了该地区更为精确的雷电流幅值累积概率计算公式,并利用该地区2013年的雷电流数据对推导出的公式进行了准确性验证.结果表明：正闪的平均雷电流幅值明显大于负闪,而负闪的雷电流幅值分布比正闪的分布相对更集中;正闪的雷电流幅值累积概率的分布曲线比较平缓,而负闪的相对比较陡峭;利用规程公式拟合的曲线与实测值对应的曲线差异较大,而利用IEEE Std和CIGRE推荐公式分别拟合的曲线与实测值对应曲线的变化趋势一致,相比规程公式IEEE Std的误差明显减小;当α=36.04,β=4.349时,拟合误差最小,拟合效果最好,并且发现雷电流I_c在0~150 kA时,拟合误差在-0.025~0.018,当I_c=35 kA时,拟合误差最大,为0.025,当I_c大于150 kA时,拟合误差趋于0.     

重庆主城区暴雨强度公式推算和应用探讨

根据重庆市主城区沙坪坝、北碚、巴南、渝北站1981-2013年逐分钟降水资料,基于年最大值和年多个样法两种数据采样方式,采用皮尔逊Ⅲ型分布、耿贝尔分布和指数分布曲线拟合,分别编制了暴雨强度公式。结果表明:年最大值法取样推求的暴雨强度值在10 a以下重现期部分小于年多个样法,在11-30 a重现期部分两者差别小,在31-100 a重现期部分年最大值法大于年多个样法。4站均以年多个样法取样推求的暴雨强度公式误差最小。巴南和北碚选用1981-2013年、渝北与沙坪坝选用1991-2013年降水数据根据年多个样法取样采用指数分布曲线拟合推算的暴雨强度公式。通过分析各历时降水量空间分布特征,划定了新编暴雨强度公式在重庆主城区的适用范围。     

南宁市大气电场雷电预警系统的原理及应用

介绍南宁市大气电场雷电预警系统的原理及运行机制,通过一次成功的雷电预警过程,验证了系统的可用性,同时对系统的使用提出一些建议。