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基于支持向量机的雷暴大风识别方法

杨璐 韩丰 陈明轩 孟金平

杨璐, 韩丰, 陈明轩, 等. 基于支持向量机的雷暴大风识别方法. 应用气象学报, 2018, 29(6): 680-689. DOI: 10.11898/1001-7313.20180604..
引用本文: 杨璐, 韩丰, 陈明轩, 等. 基于支持向量机的雷暴大风识别方法. 应用气象学报, 2018, 29(6): 680-689. DOI: 10.11898/1001-7313.20180604.
Yang Lu, Han Feng, Chen Mingxuan, et al. Thunderstorm gale identification method based on support vector machine. J Appl Meteor Sci, 2018, 29(6): 680-689. DOI:  10.11898/1001-7313.20180604.
Citation: Yang Lu, Han Feng, Chen Mingxuan, et al. Thunderstorm gale identification method based on support vector machine. J Appl Meteor Sci, 2018, 29(6): 680-689. DOI:  10.11898/1001-7313.20180604.

基于支持向量机的雷暴大风识别方法

DOI: 10.11898/1001-7313.20180604
资助项目: 

国家自然科学青年基金项目 41705091

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项基金 IUMKY201706

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项基金 IUMKY201705

北京自然科学青年基金项目 8164056

详细信息
    通信作者:

    杨璐, 邮箱: lyang@ium.cn

Thunderstorm Gale Identification Method Based on Support Vector Machine

  • 摘要: 基于北京市观象台雷达基数据和加密自动气象站数据,利用支持向量机算法建立了雷暴大风天气的有效识别模型。首先确立了9个用于识别雷暴大风的预报因子:回波顶高、最大反射率因子、最大反射率因子所在高度、垂直积分液态水含量、垂直积分液态水含量随时间变率、垂直积分液态水含量密度、雷暴大风发生前最大反射率因子下降高度、风暴移动速度、速度谱宽。通过计算各预报因子在大风和非大风样本中的概率分布,得到对应的各项预报因子雷暴大风的隶属度,利用得到的隶属度函数对样本进行归一化处理。确立核函数和模型参数,利用支持向量机建立雷暴大风天气的提前识别和临近预警模型。通过对北京2017年7月7日飑线和2012年5月19日块状回波引起的灾害大风典型个例的识别效果检验,得到两个个例预测的命中率、误判率和临界成功指数分别为92.0%,22.1%,73.0%和99.1%,40.5%,59.2%,对于提高雷暴大风预警预报的准确率有一定帮助。
  • 图  1  基于支持向量机的雷暴大风识别模型建立流程

    Fig. 1  Flow chart of the thunderstorm gale identification model based on SVM

    图  2  9个预报因子的隶属函数

    Fig. 2  The function member of forecast factors

    图  3  2017年7月7日实况大风位置与识别出的大风风暴单体分布

    Fig. 3  The position of gale and identified thunderstorm cells with gale on 7 Jul 2017

    图  4  2017年7月7日15:11(a)及15:23(b)反射率因子(填色)、实况大风位置与风暴单体

    Fig. 4  Base reflectivity(the shaded), the position of gale and identified thunderstorm cells at 1511 UTC(a) and 1523 UTC(b) on 7 Jul 2017

    图  5  2012年5月19日实况大风位置与识别出大风的风暴单体分布

    Fig. 5  The position of gale and identified thunderstorm cells with gale on 19 May 2012

    图  6  2012年5月19日12:47(a)及12:53(b)反射率因子(填色)、实况大风位置与风暴单体

    Fig. 6  Base reflectivity(the shaded), the position of gale and identified thunderstorm cells at 1247 UTC(a) and 1253 UTC(b) on 19 May 2012

    表  1  7个误判样本所对应的9个预报因子及自动气象站极大风速对比

    Table  1  Comparision of forecast factors of misjudged samples with the maximum instantaneous wind speed at automatic weather stations

    预报因子 样本1 样本2 样本3 样本4 样本5 样本6 样本7
    回波顶高/km 8.6 6.4 6.4 7.9 6.7 7.9 11.1
    最大反射率因子/dBZ 52 50 58 51 54 52 62
    最大反射率因子所在高度/km 2.4 4.6 1.7 3.0 3.7 3.4 4.6
    最大反射率因子下降高度/km 2.9 2.1 4.4 3.1 0.9 1.2 1.7
    垂直积分液态水含量/(kg·m-2) 17 10 31 10 18 18 54
    垂直积分液态水含量随时间变率/(kg·m-2·(6 min)-1) 2 17 21 4 8 1 21
    垂直积分液态水含量密度/(g·m-3) 2.1 2.8 5.5 1.6 6.0 2.6 5.6
    风暴移动速度/(km·h-1) 5 6 7 5 6 7 4
    速度谱宽/(m·s-1) 0 0 0 0 14 7 13
    匹配站点风速/(m·s-1) 6.2 5.9 3.4 2.8 5.9 5.0 2.0
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-11
  • 修回日期:  2018-08-22
  • 刊出日期:  2018-11-30

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