[01357293]高影响天气智能探测方法及决策服务信息平台构建

一、 项目研发背景 高影响天气是指对社会、经济和环境产生重大影响的天气现象与事件,每年全球范围内发生的暴雨、高温、雷电、暴雪、干旱、冰雹等高影响天气事件对全球社会、经济和环境产生了重大的影响。而我国恰好是一个自然灾害频发的国家,每年因为各种各样的气象自然灾害,我国人民的生活生产遭受了巨大的经济损失。因此,国家相关部门将气象防灾减灾救灾作为气象工作的重中之重,并明确提出,要“充分发挥气象部门在国家综合防灾减灾救灾中的监测预报先导作用、预警发布枢纽作用、风险管理支撑作用、应急救援保障作用、统筹管理职能作用”。 实现防灾减灾救灾,气象数据探测是基础,监测预警是关键,决策服务是重点,因此,本项目围绕着高影响天气要素数据的探测处理、高影响天气事件的监测预警、高影天气决策服务等方面开展了相关研究,取得了一系列的成果。 二、 成果研究内容 本成果主要技术研究内容包括： （1）针对气溶胶-云微物理过程相互作用,开发了一套气溶胶采集、分析和去除装置; （2）综合X波段双线偏振天气雷达的参量及环境温度参数,基于模糊逻辑算法对典型雷暴单体内水成物粒子进行了识别; （3）对雷暴云的电荷结构以及闪电活动进行了模拟,在电耦合模式的基础上引入了LPI闪电潜势指数,以此估算了闪电密度和发生的潜势,指示闪电活动强度和落区; （4）在电耦合WRF中尺度模式Morrison微物理参数化方案中引入了详细的气溶胶活化方案,讨论气溶胶作为云凝结核对闪电活动影响; （5）将分档云模式微物理方案耦合到WRF中尺度数值模式中,并研究了气溶胶作为云凝结核和冰核对地形云和降水影响; （6）基于多种方法模型及算法,开发了高影响天气智能决策服务信息平台。 本成果主要创新点包括： （1）创新建立雷暴微物理过程和电过程识别模型,由此实现对雷暴天气的预测; （2）将详细分档云模式微物理方案耦合到WRF中尺度数值模式中,创新建立人工核影响地形云微物理和降水过程的模型; （3）独创一种基于高压电场吸附细粒子原理的核模态和爱根核模态气溶胶探测方法,开发了气溶胶采集、分析和去除装置,以及双偏振天气雷达ZDR在线标定装置; （4）基于大数据、SOA和人工智能技术,构建创新的高影响天气智能决策服务信息平台。 三、产品功能、特点和主要性能指标 该项目主要研究了大气气溶胶对雷暴云和降水的影响,发现了雷暴云和降水的产生和发展机理,建立了雷电活动的直接预报和间接预报模型,以及人工降水效果分析模型,提出了雷暴预警和人工降水效果分析的算法,并对算法进行了服务化封装;提出了大气气溶胶探测、采集片清洗、双偏振雷达ZDR在线标定和雷暴云粒子识别方法,并开发了对应的装置;基于面向服务的架构,开发了高影响天气决策服务信息平台,平台具有高影响天气要素数据探测处理、数据存储、监测预警、智能决策和统计分析等功能,实现了雷达、卫星、高空、地面站、气溶胶等多源气象数据的自动融合及系统综合集成,对外提供准确、及时的雷暴和人影智能服务。 该成果中的大气气溶胶采集装置可以实现24小时的长期观测,并且由于这种采集不需人工更换膜片,更适用于飞艇或者无人机对低层大气气溶胶的采集;该装置当电场达到10KV时,对大气气溶胶（核模态和爱根模态气溶胶）的采集效率可以达到93%;当电场大于20KV时,对大气气溶胶（核模态和爱根模态气溶胶）的采集效率可以达到100%,完全满足了采集大气气溶胶的需求。 四、已经取得的专利情况 目前,本项目产品已经获得发明专利5件,实用新型专利1件,并获得计算机软件著作权证书4件。