Development and Operational Testing of a Super‐Ensemble Artificial Intelligence Flood‐Forecast Model for a Pacific Northwest River

Coastal catchments in British Columbia, Canada, experience a complex mixture of rainfall‐ and snowmelt‐driven contributions to flood events. Few operational flood‐forecast models are available in the region. Here, we integrated a number of proven technologies in a novel way to produce a super‐ensemble forecast system for the Englishman River, a flood‐prone stream on Vancouver Island. This three‐day‐ahead modeling system utilizes up to 42 numerical weather prediction model outputs from the North American Ensemble Forecast System, combined with six artificial neural network‐based streamflow models representing various slightly different system conceptualizations, all of which were trained exclusively on historical high‐flow data. As such, the system combines relatively low model development times and costs with the generation of fully probabilistic forecasts reflecting uncertainty in the simulation of both atmospheric and terrestrial hydrologic dynamics. Results from operational testing by British Columbia's flood forecasting agency during the 2013‐2014 storm season suggest that the prediction system is operationally useful and robust.     

基于余震序列分布信息的地震极灾区快速判断方法研究

利用震级加权标准差椭圆法研究了基于震后短期内(24 h)余震序列判定地震极灾区的方法,研究结果表明:1利用该方法判断宏观震中是一种比较可行的方法,不同震源破裂方式的震例利用该方法判断宏观震中的精度不同,倾滑-近倾滑型破裂方式的震例利用余震序列判定宏观震中的精度最高;2整体上看,利用该方法判断极灾区长轴方向的准确性低于利用距震中最近活动断裂判断的准确性,但对于倾滑-近倾滑型破裂方式的震例,利用该方法的准确性高于利用断层数据判定的准确性。     

基于Copula函数的汉江中上游流域极端降雨洪水联合分布特征

选取汉江中上游流域作为研究对象,根据流域九个气象站点1969~2008年逐日降雨资料以及丹江口水库同时期日入库流量资料,采用年最大值法(AM)和百分位法两种选样方式选取1 d、3 d降雨和1 d、3 d洪量极值样本,分别运用广义极值分布(GEV)、广义帕累托分布(GPD)、伽玛分布(Gamma)3种极值统计模型对样本进行单变量边缘分布拟合,运用Gumbel、Clayton以及Frank Copula函数模型对样本进行多变量联合分布拟合,遴选出描述流域降雨和洪水联合分布规律的最优概率模型。结果显示:对于AM选样样本,边缘分布为GEV时降雨洪量的二维和三维联合分布Frank Copula函数拟合效果最优;对于百分位选样样本,边缘分布为GPD时降雨洪量的二维联合分布Gumbel Copula函数拟合效果最优,三维联合分布则是Frank Copula函数拟合效果最优;比较二维和三维Copula函数模拟结果,三维联合Copula函数推求的设计值更大,说明三维联合分布考虑了更多的变量和极值信息,能更全面地反映极端降雨洪水事件的真实特征,对工程设计更显安全。     

2021年中国北方首次沙尘天气的多源遥感分析

利用多源遥感数据和NCEP再分析资料,从沙尘源区的地理环境和气候特征出发,对2021年中国北方首次沙尘天气事件每日的大气环流形势以及沙尘的水平,垂直分布特征进行深入的研究分析.结果表明:源区内异常增温,降水稀少的气候背景下致使大面积裸露松散的土壤含水量较低,为大范围,高强度沙尘天气的形成提供了物质基础;频繁活动的冷空气,是沙尘天气爆发的动力因子.沙尘在强风中沿东南方向向下游地区输送和扩散,中国西北,华北,黄淮,江淮,江汉地区和江南北部等地先后受到沙尘天气的影响,空气质量迅速恶化,首要污染物为PM₁₀.此外,沙尘气溶胶东移也波及朝鲜半岛,日本等下游地区.在输送过程中,内陆地区沙尘主要分布在1~6km,而下游地区的沙尘则集中分布在2km高度附近,粒径较大的沙尘出现在近地表的频率较高,较小的颗粒主要分布在对流层中下层.     

极端梯度提升与随机森林融合的天然气露点预测方法

目的 解决目前水露点数据多为人工采用测量仪器测得,时效性低且成本高昂的问题。方法 建立一种基于极端梯度提升(XGBoost)和随机森林(RF)的天然气水露点预测方法。采用XGBoost方法对所有监测工艺参数进行分析,筛选出主要影响水露点的关键工艺特征参数,以排除无关特征参数对预测的干扰。建立RF预测模型,输入关键特征集参数,实现对水露点的实时预测。以重庆气矿某脱水监测系统监测数据与生产数据为例,对所提预测方法进行对比分析验证。结果 相较于XGBoost、SVM等预测方法,RF模型具有最佳的预测性能,且经过XGBoost特征选择后,RF预测结果的MAE值降低了0.016 9 ℃,RMSE值降低了0.014 6 ℃。结论 基于极端梯度提升与随机森林融合的水露点预测方法具有更优的预测精度与鲁棒性,对指导脱水现场生产具有积极作用。     

过去两千年长江干流历史洪水事件的时空变化研究

理解极端洪水事件活动特征及其与气候变化、人类活动的相互关系一直是全球变化研究的热点问题。现代器测数据较短对洪水事件变化规律预测存在不足,而利用历史文献记录研究百年-千年尺度洪水事件的发生规律则成为一个较好的选择。洪水灾害是长江流域最为严重的自然灾害之一。本文以官方现存历史记载为依据,构建了过去2000年长江干流上、中、下游洪水事件序列,并将其与气候和人类活动代理指标进行对比。结果表明,1350年之前,长江干流洪水事件受东亚季风(EASM)、西南季风(ISM)、厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、热带辐合带(ITCZ)移动等多种气候因素驱动,且气候驱动机制在同期不同区、同区不同期存在显著差异。此外,1350年之后人类活动的增强可能明显加剧了长江干流洪水事件的频率和强度。     

河南省汛期极端降水事件分析

利用河南1961～2006年50个气象站台站汛期（6～8月份）逐日降水量资料，定义95%降水分位数为极端降水事件的阈值，建立不同站近46年汛期极端降水事件发生频次的时间序列。在此基础上采用趋势分析、最大熵谱分析等统计技术方法，对河南降水事件发生频次的空间分布及年际变化特点进行了分析。结果表明：空间变化上总体具有北多南少的特点，而且汛期降水量的比重与极端降水事件发生频次的高低存在着很好的一致性；空间分布上主要有全省一致型、西北 东南型、南阳盆地型和中部分布型等4种类型，其中全省一致分布型为最主要的空间模态；年际变化趋势各地有所不同，豫西、豫南区为减少趋势，而豫中、豫北、豫东和豫西南区表现为增加趋势，而且在振荡形态上各有同异，以2~8年和10年左右的年代际变化最为普遍。     

人工增雨（雪）效果评估方法探索

人工增雨（雪）常用的评估方法为统计检验和物理检验,统计检验需要大量试验样本,且随机化试验在我国难以实现,大量样本无从获得。物理检验目前主要是雷达观测演变状况和飞机直接观测云内微物理参数,由于技术和能力有限,这些方法都难以实现。为了在人工影响天气作业后尽快得出评估结果供政府及环境保护等部门参考,利用雨滴谱记录数据对一次人工增雪作业后的效果进行了评估,发现这些数据在没有常规降雪记录情况下具有一定的参考价值。从评估结果看,人工增雪作业后,降水强度有明显增大的趋势。     

红松阔叶混交林林隙极端地面温度的地统计学分析

以小兴安岭原始红松阔叶混交林林隙为研究对象,采用网格法布点,通过对生长季内林隙各样点极端地面温度的连续观测,利用经典统计学和地统计学的方法分析并揭示了林隙极端地面温度的时空分布格局。研究结果表明:林隙极端地面温度不同空间样点之间存在异质性,而且异质性的强度、 尺度和空间结构组成随时间而改变,各月平均极端地面温度斑块形状复杂,最高地面温度大小顺序均为6月>7月>8月>9月,最低地面温度大小顺序为7月>8月>6月>9月,月平均地温的最大值和最小值分布位置不固定,同一月份地面最高温度的大小顺序是空旷地>林隙>郁闭林分,地面最低温度大小顺序是郁闭林分>林隙>空旷地。研究旨在为红松阔叶混交林的可持续经营提供基础数据和理论参考。     

2010年广州亚运会期间灰霾天气分析

使用广州地区气象资料,重点研究了 2010 年广州亚运会期间的灰霾天气特征. 结果发现,2010 年 11 月广州出现灰霾天气 5 d,较近年平均水平明显偏少,但 2008—2010 年的污染气象条件分析表明,2010 年的扩散条件较 2008 和 2009 年均较差,说明 2010 年广州亚运会前期的各项减排措施取得了明显成效. 作为对照,自 20 世纪 80 年代初开始,广州地区的能见度急剧恶化并导致灰霾天数增加,每年 10 月至次年 4 月的旱季灰霾天数较多,改革开放以来,每年 11 月份的灰霾天气大幅增加,并于 1994 和1999 年分别出现了最多的17 d. 2000 年以后,11 月份灰霾天气最多为 12 d,出现在 2005 年; 最少为 3 d,分别出现在 2002 和 2003 年. 广州市空气质量逐年恶化的趋势不容乐观,珠江三角洲复合型新型空气污染日趋严重的态势非常严峻; 且区域性特征明显,治理难度加大; 广州周边的佛山、清远、东莞、江门的灰霾天气都比广州多,对广州治理灰霾天气形成了压力. 因而 2010 年 11 月灰霾天气的明显减少,更说明区域联动、机动车单双号限行、重点工业污染源调控、严控垃圾秸秆焚烧等减排措施效果明显.