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辽宁省雷暴时空分布及潜势预报研究

作　者: 蔡波
导　师: 杨仲江
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 雷电科学与技术
关键词: 雷暴 潜势预报 BP网络 时空分布
分类号: P446
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


首先,利用辽宁省1981～2010年14个台站的雷暴观测资料和2007～2011年辽宁省闪电定位资料,采用气候趋势、小波分析及保证率等方法,统计分析了辽宁地区雷暴日变化规律和闪电时空分布特征。结果表明：(1)辽宁省雷暴日数年际变化整体呈减少趋势,主要表现在秋季雷暴日数减少,而春、夏变化不明显。周期分布体现在辽宁6～10年以及14年时间尺度的周期稳定,具有全域性,辽宁地区近几年年雷暴日处在偏多周期内。(2)不同保证率下的雷暴初终日,90%的保证率下雷暴初日在5月中旬,终日在11月上旬；50%保证率下雷暴初日在4月下旬,终日在10月下旬。(3)辽宁地区负闪占总闪数的93.19%,正闪占6.81%,6～8月为闪电多发期和雷暴观测资料的统计结果相吻合。闪电强度主要集中在10～40kA,闪电活动与下垫面性质有密切关系,平原与山区交接地带为闪电多发区域。然后,利用沈阳站探空资料,结合闪电定位资料,尝试采用双隐层BP网络法对沈阳地区雷暴天气进行潜势预报。选取与雷暴发生相关性较好的9个探空因子作为预报因子,对其进行归一化处理,输出采用两级分类,构建双隐层BP网络预报模型,并应用独立样本进行预报检验。结果表明,在相同条件下,与单隐层BP网络相比,双隐层BP网络在预报结果和泛化性能上均优于单隐层BP网络,显示了其在解决分类问题上的优势；与多元统计回归法相比,双隐层BP网络获得了更高的预报评分及更可靠的结果判定方式,显示出神经网络良好的非线性问题处理能力。最后,尝试了6小时和3小时实效的预报试验,并分析了误差原因,结果表明6小时实效的双隐层网络预报模型更适合于沈阳地区的雷暴预报研究。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
第一章 绪论  7-13
  1.1 选题的背景、目的及意义  7
  1.2 国内外研究进展  7-11
    1.2.1 雷暴时空分布规律研究现状  7-9
    1.2.2 雷暴潜势预报方法的研究进展  9-10
    1.2.3 人工神经网络在雷暴预报中的应用进展  10-11
  1.3 本研究的技术路线及主要研究内容  11-13
第二章 辽宁省雷暴时空分布规律及变化趋势特征分析  13-34
  2.1 辽宁省气候特征  13-14
  2.2 资料介绍  14-16
    2.2.1 雷暴观测资料  14
    2.2.2 闪电定位资料  14-16
  2.3 研究方法  16-18
    2.3.1 气候趋势系数和倾向率  16-17
    2.3.2 Morlet小波分析  17-18
    2.3.3 保证率法  18
  2.4 结果分析  18-29
    2.4.1 年际变化特征  18-28
    2.4.2 季、月变化特征  28-29
    2.4.3 日变化特征  29
  2.5 闪电活动规律分析  29-33
    2.5.1 闪电基本特征  29-30
    2.5.2 闪电频数日变化  30
    2.5.3 闪电频数月变化  30-31
    2.5.4 闪电强度分布特征  31-32
    2.5.5 闪电强度及雷击大地密度的空间分布特征  32-33
  2.6 本章小结  33-34
第三章 辽宁省雷暴潜势预报BP神经网络模型的建立  34-47
  3.1 BP神经网络简介  34-37
    3.1.1 BP算法的数学原理  35-37
    3.1.2 BP算法的实现步骤  37
  3.2 探空因子介绍  37-38
  3.3 样本对的匹配  38-40
  3.4 预报因子分析  40-44
  3.5 BP神经网络模型的构建  44-47
    3.5.1 网络结构的选择  44
    3.5.2 输入输出数据的处理  44-45
    3.5.3 训练算法  45
    3.5.4 传递函数  45
    3.5.5 过拟合问题的处理  45-46
    3.5.6 隐节点数的选取  46-47
第四章 结果对比与分析  47-59
  4.1 双隐层BP网络预报结果  47
  4.2 单隐层BP网络预报结果  47-48
  4.3 线性回归算法预报结果  48-50
  4.4 上述三种方法对比分析  50-53
  4.5 6小时实效BP神经网络模型雷暴潜势预报试验  53-55
  4.6 3小时实效预报试验  55-57
  4.7 预报误差分析  57-59
第五章 总结与展望  59-62
  5.1 结论  59-60
  5.2 主要创新点  60-61
  5.3 讨论与展望  61
  5.4 硕士在读期间论文发表情况  61-62
参考文献  62-67
作者简介  67

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 大气科学（气象学） > 天气学 > 雷暴
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