高海拔地区冬季降雪滴谱特征分析

滴谱分布能够在一定程度上反映降水云成雨的过程,江河源区降水对生态和径流补给有着重要影响,为研究高海拔的三江源地区降雪微物理特征,利用OTT Parsivel激光粒子谱仪实测的降雪滴谱数据,采用最小二乘法对平均雪滴谱进行Gamma分布和M-P分布拟合,分析降雪滴谱特征和降雪过程微物理特征量降雪强度、粒子数、平均粒径随时间的演变规律,结果表明:(1)该地区降雪滴谱分布更接近于Gamma分布;(2)速度小于2 m/s的粒子对降水贡献达90%以上;(3)粒子数与降雪强度变化趋势基本一致,平均粒径与降雪强度变化没有显著关系;(4)Z=300R~(1.40)关系式高估了当地实测值。因此,以上分析可以增加对该地区降水微物理特征的理解,并有助于该地区降水微物理特征的研究。     

基于交通承灾体的低能见度致灾因子研究

基于灾害系统理论,通过对低能见度灾害案例梳理,构建由大雾、暴雨、沙尘暴、降雪4个灾种构成的低能见度灾害致灾因子分类系统,并提出了低能见度灾害链.以灾害发生的相对频度为低能见度灾害危险性指标,编制危险性图谱,并通过GIS空间叠加分析形成低能见度灾害类型-频度图.对低能见度灾害的空间分异及组合规律分析的结果表明:大雾和暴雨高危险性区域分别覆盖了全国高速公路的24%和18%,机场的16.6%和12.9%;其中具有4个灾种影响的低能见度致灾区域覆盖了全国38个城市和22%人口;具有3个灾种影响的致灾区域覆盖全国308个城市和57.9%人口.因此,低能见度灾害的综合评价对交通运输管理部门的风险防范有着重要的指导作用和现实意义.     

贵阳地区强降雪和连续性弱降雪天气的合成和对比分析

在对贵阳地区1997~2006年的降雪日进行统计的基础上,选取产生贵阳地区强降雪的7个典型个例及10年来最长的一次连续性弱降雪个例进行合成和各物理量的诊断对比分析.结果表明:两类型降雪产生的天气背景、影响系统和物理条件不同,所得到的降雪发生环境和条件,对预报贵阳地区降雪的发生和降雪强度有一定的参考价值.     

雾中能见度与雷达回波的关系初探

根据Koschmicder能见度公式结合雾滴粒子消光系数、雾中含水量W及雷达反射率因子Z之间的相互关系,解析了雷达雾回波的反射率因子Z与雾区能见度的关系,并以2006年冬南京实测雾滴谱资料,估算在特定雾滴谱模型下能见度与雷达反射率因子的关系,以及对2006年镇江站一次大雾天气的实测雷达回波及能见度资料的分析,验证雾中能见度与雷达回波的相关性,能见度随反射率因子Z的增大而递减。     

国内典型大城市快速路交通流实测

通过拍摄中国几个典型大城市不同快速路段的交通流录像并进行＂车速-车头间距＂数据采集,建立了一个包含210920组交通流实测数据的大样本数据库,根据实测数据得到的平均车速随着车头间距的增大而增大,符合交通流的基本特征;从超车道到交换道,一般平均速度依次下降,但在出口匝道影响下会出现＂密度倒置＂现象,实测数据转换得到＂流量-密度＂基本图,存在整个密度变化范围里都呈现非线性特征的类型,在小间距数据中,发现存在超过7%的＂高速跟驰＂车辆.     

含水量及天然密度对土体抗剪强度参数的影响研究

本文主要以室内试验为基础,通过试验分析了土体抗剪强度参数C、随含水量、天然密度的变化规律;并运用土力学原理对含水量、天然密度影响强度参数的机理进行了分析。研究结果表明:不管天然密度为何值,强度参数粘聚力和内摩擦角随着含水量的增加而逐渐减小;当含水量达到26%后,粘聚力随含水量增加的减小趋势减缓,而内摩擦角减小明显;当含水量一定时,土体的强度参数随天然密度的增加逐渐增大;且当土体含水量达到一定值后,天然密度大小对土体粘聚力的影响相对较小;随着含水量的增大,离子的浓度nO将逐渐减小,颗粒间扩散层厚度增大,强度参数降低;天然密度主要通过改变土颗粒间的结合紧密程度影响强度参数。     

海洋影响下的山东半岛冷流降雪

为探讨山东半岛北部冷流降雪的气候条件及其形成机理,采用经验正交函数(EOF)方法有效地分离出系统性降雪和局地降雪即冷流降雪.通过回归和合成分析揭示了冷流降雪多发时典型的环流特征是低层温度场落后高度场,强冷平流伴随冷槽加深,西北风加强.在此环流背景下,低层大气层结不稳定、充分的热量、水汽输送是局地降雪的主要气候原因.根据热力、水汽和层结等条件的分析表明,12月具备最佳降雪条件,与观测事实一致.沿海边界层的斜压结构、陆面摩擦与地形强迫,使上升运动加强,形成了半岛局地降雪特有的空间分布型.进一步分析表明,低频重力内波有可能成为激发对流,组织降雪的动力因子之一.     

陕北高填方地区土体的轻型与重型击实试验对比研究

为研究陕北某高填方场地土体的击实特性,通过不同击实功对土体进行了轻型和重击实试验。探讨了重型击实试验与轻型击实试验的试验结果的关系,研究表明:轻型和重型击实试验的最大干密度均随最优含水率的增大而减小;重型击实试验的最大干密度与轻型击实试验的最大干密度在一定区间内呈二次函数关系,含水率亦然;两种击实试验的最大干密度都随锤击数的增大而增大,随最优含水率的减小而增大,相对于轻型击实试验而言,重型击实试验变化幅度更大;选取一个标段现场实测数据与模型计算值进行对比,模型计算值与现场实测值的变化趋势基本相同,证明模型计算值可靠,可用于现场压实度的理论计算。     

能见度对激光周界警戒系统影响

以高斯光束为例,推导了激光对射周界警戒系统接收平面光强分布和探测器接收功率的表达式,数值模拟了不同情况下探测器接收功率和系统布防距离随大气能见度的变化曲线。结果表明：大气能见度小于1km时,探测器接收功率和系统布防距离随大气能见度增大迅速增加且受波长影响不明显;大气能见度继续增大为20km的过程中,探测器接收功率和系统布防距离随大气能见度增大而增加的速度减慢,且激光波长越小探测器接收功率和系统布防距离越小;之后,探测器接收功率和系统布防距离随大气能见度增大基本保持不变。对于某一大气能见度,减小激光束发散角和增大探测器入瞳直径,可有效增大探测器接收功率和系统布防距离。     

含水率和干密度对青海重塑黄土强度影响研究

为了研究含水率和干密度对青海地区非饱和黄土抗剪强度的影响,采用应变控制式三轴仪对不同含水率、不同干密度条件下的重塑黄土进行了常规三轴剪切试验。结果表明:随着干密度的增加,土样的变形曲线由应变硬化到应变软化转变,并且随含水量增加,曲线形式逐渐以应变硬化为主;相同含水率条件下重塑黄土的黏聚力及内摩擦角均随其干密度的增大而逐渐增大;相同干密度下重塑黄土的内摩擦角随含水率的增大而增大,呈线性变化。对以上关系曲线通过回归分析后得到的方程相关性较高,能够较为准确的反映黄土的强度变化规律。     

天气现象影响公路低能见度的特征

 公路能见度的优劣与气象条件密切相关,影响公路能见度的天气现象主要有雨、雪、雾、霾、沙尘等。本研究利用全国间隔为5km的气象站2002年9月至2010年3月逐日地面气象观测资料,以及全国2413个自动气象站2008年1月1日至12月31日逐小时能见度及地面气象观测资料,分析了天气现象对公路能见度的影响。根据高速公路上行驶车辆对能见度的要求,结合中国大陆地区的实际情况,确定低能见度范围是水平能见度距离小于1000m,考虑到不同距离的低能见度对交通运输造成的影响程度不同,将低能见度划分为3个等级。利用统计学方法分析了影响高速公路的天气现象(雨、雪、雾、沙尘)的时空分布特征,以及全国1h降水与能见度的相关关系。研究结果表明,不同天气现象影响低能见度的时段不同;影响公路低能见度的主要天气现象中,就影响程度而言,雾对低能见度的影响最大;从影响范围上,各区域有所不同,新疆南疆盆地、内蒙古西部、青海北部等地区主要受沙尘影响,东北、华北、西南等地受雨雪影响较大,江南和华南等地主要受降雨影响。     

冰雪条件下城市道路路段车头时距

为准确把握冰雪条件下城市道路交通流特性,研究城市不同类别道路的车头时距分布规律,在大量实地调查数据的基础上,对冰雪条件下,城市不同等级道路上的车头时距进行数据整理、分析。采用爱尔朗分布拟合不同条件下的车头时距分布,并进行检验。结果表明拟合效果良好。为冰雪条件下城市道路交通流特性研究提供理论及数据基础。     

应用机器学习技术预测强雨雪天气过程中的积雪

2017年12月～2018年2月冬季,在中国长江中下游流域发生了两次强度强、范围广的强雨雪冰冻天气。在第一次强降雪天气中,由于2018年1月3～4日和5～8日两阶段降雪在中国东部落区高度重叠,导致了较为严重的灾害。为了预测日积雪深度,利用2017年12月～2018年2月和2007年12月～2008年2月这两个时间段上的国家测站日值数据,利用CART决策树算法根据各气象要素生成一个预测当天是否有积雪的二元判别决策树模型。从决策树结构中可以看出,前一日的积雪深度、日最高气温、日平均气温、日最低相对湿度等要素对预测结果的影响重大。且两决策树的结构相似度极高,故该模型对是否有积雪的预测存在普适性。随后利用深度学习方法训练两个时间段上所有预测为有积雪的个例,建立预测积雪深度的回归模型,结果表明,利用该模型训练得到的误差较小,但不足之处在于,预测极端降雪个例的误差大于普通降雪个例。将决策树模型与深度学习模型串接,便能得到预测当天是否有积雪,及积雪深度的模型。相比于前人的研究,该模型能拟合更复杂的特征,得到更精确的预测,使用2018年的数据也能更好地模拟当前的气候背景。     

广汉机场冬季低能见度类型及气象要素对比分析

根据广汉机场2011-2016年冬季(12-次年1月)能见度以及气象要素的常规观测资料,对低于1 600 m的低能见度事件进行分型,并对比分析不同类型低能见度事件的变化特征,以及能见度与气象要素之间的对应关系.结果表明:辐射冷却是广汉机场冬季低能见度事件发生的主要机制,其中晴空辐射型与阴天辐射-平流型发生频率累计达到62%,平均起始能见度均低于800 m,而阴天平流型与雨天蒸发型发生频率相对偏低,且平均起始能见度均高于1 000 m.低能见度日数的日变化特征:晴空辐射型表现为"一高一低",其他为"两高一低".相对湿度对低能见度的形成起关键作用,低于800 m的低能见度事件对应相对湿度均大于91%,其中晴空辐射型的相对湿度最集中,范围在94%～97%,阴天平流型的相对湿度最分散,范围为86%～97%.其他各气象要素在不同类型低能见度事件中所起的指示作用不同.基础能见度越低,在夜间长波辐射冷却或者平流、蒸发作用下,起始能见度低于1 600 m的概率就越大.     

不同放牧强度对典型草原雪的水文效应

采用冬季野外直接观测法,研究不同放牧强度对降雪、拦截雪、积雪的影响.结果表明,随放牧强度的增加,典型草原积雪深度和积雪量都呈现下降的趋势;冬季典型草原立枯物的高度和盖度与积雪深度和积雪量之间具有显著的正相关性;随植被(枯落物)盖度的增加,雪的风蚀量逐渐降低;在其他条件都相同的条件下,积雪深度和积雪量对典型草原的返青时期土壤含水量和植被盖度具有正向的影响,而对土壤容重具有负向的影响.     

基于粒子群优化-BP神经网络-马尔科夫链的地面能见度观测资料质量控制

自动气象站能见度检测仪多采用光学装置采样,一些雨雪、粉尘等天气因素可能对部分仪器造成镜头污染,导致能见度要素的观测数据不准确。本文针对能见度数据出错率高的问题,通过粒子群算法、BP神经网络,结合马尔科夫链,对地面能见度观测资料进行质量控制。为检验该方法的适用性,本文首先将安徽省不同区域站点的历史能见度数据加入人工误差,然后运用该方法对处理后的数据进行检错率分析。实验结果表明,该方法可以有效地标记出地面能见度观测资料中的存疑数据,具有检错率高、地区和气候适应性强等优点。     

基于BP神经网络的公路风吹雪雪深预测模型

公路风吹雪雪深预测作为国际雪冰学领域的研究热点和难点问题一直未能很好解决.以白茫雪山防雪走廊段安装的自动气象站和当地气象局提供的气象资料为基础,提取了对公路风吹雪雪深有影响的4种因素(降雪量、大气温度、风速和湿度)的指标值,建立了基于BP(back propagation)神经网络的公路风吹雪雪深预测模型.对研究区5次降雪过程中所记录的199组数据进行训练学习,用20组数据来验证建立的模型,验证结果表明20h累计雪深预测值的误差在10%以内,85%的雪深预测值误差在20%以内,因此所建立的模型具有很强的泛化能力和较高的精度.并对降雪量、大气温度、风速和湿度这4个因素进行了敏感性分析,表明雪深与降雪量成正比,与其他3个因素成反比,其中降雪量对雪深的影响最大,风速次之,湿度最小.     

降雪回波的双偏振雷达云相态垂直特征分析

双偏振多普勒天气雷达为探测降雪回波提供了丰富信息,其中距离高度显示RHI(range height indicator)垂直特征有助于识别降水云体相态分布的精细结构。以2018年1月3～5日南京信息工程大学C波段双偏振雷达RHI扫描的暴雪回波为例,结合探空资料进行物理量诊断,研究暴雪回波偏振参量和非偏振参量的相态分布垂直特征及其与大气风温湿结构的关系。结果表明:暴雪回波中,雷达高带或淞附效应存在于6 km高度附近,温度在-12～-15℃,含有湿雪和冰晶粒子;2 km高度附近的差分反射率因子强回波带为增温增湿的层云,层云之上的热力不稳定易促进对流抬升,揭示了冬季降雪具有高架对流的特点。研究结果有益于深入认识降雪在垂直方向上的精细结构及云微物理机制,提高降雪的预测能力。     

豫北旱区一次转折性降雪天气过程分析

利用欧洲中心再分析资料、NCEP再分析资料、常规观测资料和加密观测资料,对2011年2月9—10日豫北初雪过程进行分析,结果显示:导致华北大部、黄淮等地降水偏少,发生气象干旱的主要原因是北方冷空气势力强而南方水汽输送条件差;该次降雪过程是受高空短波槽和地面倒槽共同影响所致.     

基于VIRR逐日数据区域雪情监测方法研究

VIRR是FY-3卫星上搭载的遥感探测传感器之一.利用VIRR逐日数据进行区域雪情监测,首先对数据作辐射校正、几何校正等相应预处理,然后计算归一化积雪指数(NDSI),并结合通道2、9反射率设定综合阈值进行积雪信息提取,并可利用降雪周期内逐日积雪数据去云处理,实现地区连续降雪最大雪盖统计以便于分析雪情.根据区域地面站实测数据对监测结果进行精度分析验证.研究表明,利用VIRR资料能够有效提取积雪信息,反映地区积雪实情,可推进国产卫星在灾害预警系统中的应用.