基于SHAP值机器学习的江西暖季暴雨预报因子重要性分析

机器学习模型（Machine Learning,ML）的不可解释性给其在气象业务中的应用带来了挑战。模型解释和可视化是解决这一问题的有效途径。文中将SHAP值应用于天气预报ML模型解释,研究了江西省暖季暴雨模型的预报因子对预报结果的影响。分别选取2016—2020年、2021—2022年4—9月ECWMF（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）高分辨率数值模式物理量及国家站降水观测数据进行XGBoost 建模与模型解释。结果表明,全局重要性排名前4位依次是总降水（重要性42.70%）、850 hPa比湿（重要性11.17%）、925 hPa相对湿度（重要性10.44%）、500 hPa相对湿度（重要性 9.16%）。个例分析表明,命中个例中高重要性物理因子在暴雨区的 SHAP 值较大,漏报（空报）个例在漏报（空报）区域高重要性物理因子的SHAP值偏小（偏大）。SHAP值从全局和局部可定量给出ML模型有物理意义的解释,解释结果与天气学原理和业务经验较一致,有利于ML在气象业务中的深入应用。     

四川盆周山地暖季单站暴雨事件的精细特征

利用四川省2010—2019年2 165个气象站逐小时降水资料,分区统计了四川盆周山地暖季(5—9月)单站暴雨事件的精细特征。结果表明:(1)四川省单站暴雨事件频数在川西山地与川西南山地呈密集的带状分布。川西与川西南山地通常在降水开始不久就达到雨量最大值,而川东北山地的峰值时间集中在暴雨事件中段。(2)盆周山地的暴雨系统整体呈自南向北由前半夜向后半夜传播的特征。川西南山地和川东北山地的暴雨系统分别呈现较弱的自南向北和自西向东传播,而川西山地的暴雨系统则存在明显的自西向东的传播特征。(3)长历时暴雨事件的峰值出现时间略落后于短历时暴雨事件。暴雨持续时间在空间上存在显著的经向差异,大值区主要位于川西山地和川东北山地一带,暴雨雨量、频次和峰值基本不随持续时间变化,但川西南山地的暴雨峰值则随持续时间的加长而推迟。(4)在四川省大部区域,单站暴雨事件的降水量、频次和强度均表现出随海拔高度升高而减小的特征。在成都平原西南部、东部以及川东北山地,夜间暴雨事件持续时间越长,降水量和频次在较高海拔越易出现最大值。     

火山岩坡残积土地区暴雨滑坡泥石流的形成机理

暴雨条件诱发的浅层坡残积土质斜坡破坏的机理受控于土体在低有效围压条件下的应力应变特性。1993年11月4～5日,香港大屿山地区特大局部性暴雨导致在120km2范围内产生自然滑坡泥石流800余处,且绝大多数发生于火山岩风化坡残积土地区。本文对火山岩风化坡残积土开展了室内偏压固结不排水剪和偏压固结常剪应力排水剪试验,揭示了该类土的应力应变特性;在此基础上,分析了暴雨滑坡泥石流的形成机理和过程。     

山西省暴雨洪水特性分析

介绍了山西省的自然地理概况,通过对收集的大量数据,分析了降雨、暴雨、洪水、洪峰等重要参数的水文特征。概括了山西水文情势的基本特点和规律等;对于山西的水资源调度、管理、防汛抗旱以及工程设计具有一定的参考价值。     

河南鲁山县四棵树河流域泥石流灾害其防治

鲁山县四棵树河流域位于豫西伏牛山巨大的伏牛岩基东麓。区内山势陡峭,具大陆性季风气候,多暴雨,近期最大雨量116.9mm/h,日降雨达446mm。山洪泥石流是区内特有的一种自然地质灾害,它具有暴发频次高、暴发突然、流速快、破坏性大等特点,常冲毁道路、耕地和房舍,危及人民生命、财产安全。从对区内山地地形、气候、暴雨特征、岩性、土壤、泥石流及其造成的灾害状况等的调查、分析、研究,基本探索出泥石流运行轨迹即地表径流形成区、泥石流形成区、泥石流流通区、泥石流堆积区。根据上述特征,因地制宜地配置工程措施和非工程措施进行全面综合防治,重点对泥石流沟实施工程布防措施和山坡实施水土保持生物工程措施,对病险水库进行除险加固,从而达到标本兼治,防治泥石流灾害的发生和发展,改善生态环境,最终实现人与自然协调共处的目标。     

渭河流域"2005·10"暴雨洪水分析

2005年9～10月渭河流域中、下游发生持续性降雨过程,致使渭河下游形成了自1981年以来最大的洪水。本文分析了降雨洪水成因、特点和对下游河道的影响,并提出了几点认识和建议。     

高精度降雨雷达设备在局地暴雨监测中的应用

高精度降雨监测雷达设备为获取精细化的流域面雨量信息提供了高新技术设备解决方案。其方法是利用物体对电磁波的散射作用来对面降雨量进行监测。对其组成和应用效果做出初步探讨,给出一个用常规雨量计所得到的累积降水量与测雨雷达收集得到的降水量比较,对雨量计算中各类方法的优缺点进行应用分析,总结技术应用成果并辅以案例说明。高精度降雨雷达设备以较高的时空分辨率,获取较大面积的测量数据,并能迅速更新降水的三维结构,将逐步成为广泛应用的高新技术设备。     

上海洪涝灾害的地面沉降因素及其长期的影响

近年来上海地区洪涝灾害时有发生，造成洪涝灾害的主要原因有暴雨、黄浦江上游洪水等自然因素，但与人类活动所产生地质环境变化也有密切的关系，其中地面沉降是使上海市防汛压力不断增大的重要因素。地面沉降使上海市区地面标高严重降低，所形成的地面沉降洼地已改变了区域地貌形态，并使市区河床相对抬高，部分地区已形成了“地上河”。同时，地面沉降直接降低了防汛（洪）设施的防御能力，导致高潮位时河水的漫溢和倒灌，增加了发生管涌管地质灾害的隐患。60年代采取控制措施以来，上海市地面沉降防治取得了很好的成效，但其产生的影响是长期、严重的，加大减灾力度，实行综合治理，在有效防治洪涝灾害的同时全面提高地面沉降防治水平是促进上海可持续发展重要环节。     

登陆北上台风暴雨突发性增强的一种机制研究

采用一个三维混合模式对1992年8月30日至9月2日一次登陆北上台风暴雨过程进行了模拟。模式可以较准确地预报出与地面倒槽相一致的地面降水位置及降水量值。模拟的台风云系结构与卫星云图比较表明,外围云场与实例云况吻合很好,验证了本模式模拟卫星云图的能力,对卫星云图预报有实际意义;暴雨突然增幅的直接原因是高层冰云与低层供水云的突然北移重叠造成的。受地面倒槽附近强烈辐合抬升的动力作用,各相态云系的分布与垂直运动紧密相关;辐合线右侧的东南低空急流为降水的增幅及维持提供水汽来源;云的相变潜热非绝热加热作用对暴雨的增幅及维持具有正反馈作用,它对暴雨维持具有积极贡献。