ISSN 1004-4965

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江苏省级雷暴大风智能预警信号生成技术及其在2023年汛期的应用评估

冯宇轩 庄潇然 康志明 曾康 吴海英 李特

冯宇轩, 庄潇然, 康志明, 曾康, 吴海英, 李特. 江苏省级雷暴大风智能预警信号生成技术及其在2023年汛期的应用评估[J]. 热带气象学报, 2024, 40(6): 954-965. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.084
引用本文: 冯宇轩, 庄潇然, 康志明, 曾康, 吴海英, 李特. 江苏省级雷暴大风智能预警信号生成技术及其在2023年汛期的应用评估[J]. 热带气象学报, 2024, 40(6): 954-965. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.084
FENG Yuxuan, ZHUANG Xiaoran, KANG Zhiming, ZENG Kang, WU Haiying, LI Te. Objective Warning Signal Generation Method for Thunderstorm Gale in Jiangsu and Its Application for the 2023 Rainy Season[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2024, 40(6): 954-965. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.084
Citation: FENG Yuxuan, ZHUANG Xiaoran, KANG Zhiming, ZENG Kang, WU Haiying, LI Te. Objective Warning Signal Generation Method for Thunderstorm Gale in Jiangsu and Its Application for the 2023 Rainy Season[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2024, 40(6): 954-965. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.084

江苏省级雷暴大风智能预警信号生成技术及其在2023年汛期的应用评估

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.084
基金项目: 

全国暴雨研究开放基金 BYKJ2024Q23

中国气象局创新发展专项 CXFZ2023J008

江苏省气象局重点项目(KZ202201)中国气象局能力提升联合研究专项 22NLTSZ001

江苏省气象局重点项目(KZ202201)中国气象局能力提升联合研究专项 24NLTSQ015

中国气象局揭榜挂帅项目 CMAJBGS202212

中国气象局揭榜挂帅项目 CMAJBGS202211

中国气象局重点创新团队 CMA2022ZD04

国家自然科学基金 42105006

国家自然科学基金 42105008

江苏省气象局青年基金 KQ202305

江苏省气象局青年基金 KQ202301

北极阁基金 BJG202304

中国气象局复盘总结专项 FPZJ2023-046

详细信息
    通讯作者:

    庄潇然,男,江苏省人,高级工程师,主要从事对流尺度集合预报、强对流天气机理及预报技术等方面的研究。E-mail: zxrxz3212009@163.com

  • 中图分类号: P435

Objective Warning Signal Generation Method for Thunderstorm Gale in Jiangsu and Its Application for the 2023 Rainy Season

  • 摘要: 为了实现江苏地区雷暴大风智能预警信号的自动生成以提升雷暴大风临近预报预警能力,在建立分钟级、公里级网格风场数据集的基础上,区分雷暴大风、系统性大风和混合性大风过程,并结合生成对抗网络(Generative Adversarial Network, GAN,针对雷暴大风建模)和具有物理约束架构的时空卷积神经网络(Physical Dynamics Network, PhyDNet,针对系统性大风和混合性大风建模),发展了基于深度学习的江苏地区0~2 h雷暴大风临近预报模型(Blending),实现面向区县的客观、分级预警信号自动生成技术,并对比探究了Blending和PhyDNet_ALL(不区分大风类型,直接采用PhyDNet建模)两种深度学习方法分别生成的客观预警信号与主观预警信号在2023年汛期的表现。结果表明:(1)相较于主观预警信号,由深度学习方法生成的客观预警信号能有效提升预警信号提前量;(2)深度学习方法可以提前预报出强对流大风天气及其演变过程;(3)由于Blending针对雷暴大风单独建模,确保对流系统强度以及中小尺度特征的维持,因此Blending可以更好地描述极端雷暴大风的演变特征,在橙色和红色预警信号提前量上显著高于PhyDNet_ALL。

     

  • 图  1  2023年6月10日16:30风场融合产品示意图

    a.自动站;b.CLDAS;c.融合分钟级风场。

    图  2  江苏各市县2023年4—9月Blending和PhyDNet_ALL方法生成的客观预警信号以及主观预警信号中黄色(第一行)、橙色(第二行)和红色(第三行)预警信号平均提前量。

    图  3  Blending和PhyDNet_ALL两组试验的逐6 min风速的TS评分(左上)、POD(右上)、FAR(左下)和BIAS(右下)。

    图  4  2023年6月10日淮安雷暴大风过程(a. 观测,b. PhyDNet_ALL,c. Blending;a1—c4的下标数字1、2、3、4分别代表时间15:54、16:06、16:18、16:30)。两组深度学习试验的起报时间为15:48。

    图  5  2023年6月10日南通雷暴大风过程(a. 观测,b. PhyDNet_ALL,c. Blending;a1—c4的下标数字1、2、3、4分别代表时间15:42、16:00、16:18、16:30)。两组深度学习试验的起报时间为15: 36。

    图  6  2023年8月6日飑线过程(a. 观测,b. PhyDNet_ALL,c. Blending;a1—c4的下标数字1、2、3、4分别代表时间10:54、12:06、12:18、12:30)。两组深度学习试验的起报时间为10: 30。

    表  1  联合加权MAE损失中各因子的权重设置

    最大风速(S, m·s-1 权重 组合反射率因子(CR/dBZ) 权重 闪电密度(L/6 min×5 km) 权重
    S<5.5 0.5 CR<15 0.5 L<1 0.1
    5.5≤S<8.0 1 15≤CR<25 1 1≤L<5 0.2
    8.0≤S<13.9 2 25≤CR<35 2.5 5≤L<10 0.5
    13.9≤S<17.2 10 35≤CR<45 5 10≤L<25 1
    17.2≤S<20.8 20 45≤CR<50 10 L≥25 2
    S≥20.8 30 CR≥50 15
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    表  2  2023年6月10日盱眙县预警信号发布情况

    盱眙县 黄色 黄色 红色
    实况 15: 13 15: 25 16: 13
    主观 14: 08(提前65 min) 14: 27(提前58 min) 漏报
    PhyDNet_ALL 13: 56(提前79 min) 14: 18(提前91 min) 漏报
    Blending 13: 48(提前85 min) 14: 18(提前91 min) 15: 48(提前25 min)
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    表  3  2023年6月10日海门区预警信号发布情况

    海门区 黄色 橙色 红色
    实况 15:40 15:58 16:29
    主观 15: 17(提前23 min) 16: 12(滞后14 min) 漏报
    PhyDNet_ALL 14: 27(提前73 min) 16: 00(滞后2 min) 漏报
    Blending 14: 18(提前82 min) 14: 36(提前82 min) 15: 36(提前53 min)
    下载: 导出CSV

    表  4  2023年8月6日宝应县预警信号发布情况

    宝应县 黄色 橙色 红色
    实况 11:38 12:13 ——
    主观 漏报 12:36(滞后23 min) ——
    PhyDNet_ALL 9:48(提前110 min) 漏报 ——
    Blending 9:42(提前116 min) 10:30(提前103 min) ——
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-05-07
  • 修回日期:  2024-11-12
  • 网络出版日期:  2025-03-28
  • 刊出日期:  2024-12-20

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