主办单位：南京信息工程大学
主 编：王会军
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2025,48(3): 353-365, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20250117001
摘要：
以中央气象台的业务实践为例,深入剖析了气象预报业务向智能化转型进程中所面临的挑战。同时,全面回顾了近10年来人工智能技术在强对流天气、台风等灾害性天气监测预报中的应用情况,以及在气象要素(包括定量降水)、气象灾害风险预报与评估,乃至气象预报服务产品自动化制作等各业务环节中的实际应用。着重介绍了2024年发布的人工智能气象短临预报大模型“风雷”和全球中短期预报大模型“风清”。最后,对大模型等人工智能技术在气象业务中的深入应用展开了探讨。
以中央气象台的业务实践为例,深入剖析了气象预报业务向智能化转型进程中所面临的挑战。同时,全面回顾了近10年来人工智能技术在强对流天气、台风等灾害性天气监测预报中的应用情况,以及在气象要素(包括定量降水)、气象灾害风险预报与评估,乃至气象预报服务产品自动化制作等各业务环节中的实际应用。着重介绍了2024年发布的人工智能气象短临预报大模型“风雷”和全球中短期预报大模型“风清”。最后,对大模型等人工智能技术在气象业务中的深入应用展开了探讨。
2025,48(3): 366-376, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20250401001
摘要：
次季节预测在农业规划、防灾减灾和水资源管理等领域具有重要意义。基于人工智能的“风顺”次季节预测模型(CMA-AIM-S2S-Fengshun),结合自主研发的CRA-40再分析数据和FY-3E卫星数据,通过级联Swin Transformer模块和智能扰动生成技术,实现了气候多要素集合预测。对2017—2021年中国区域降水的历史回算检验表明,“风顺”在逐候平均降水预测中的表现显著优于欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)模式,整体技巧提升18.6％,其中华南地区提升41.2％,东部地区提升26.5％。在MJO(Madden-Julian Oscillation)预测方面,“风顺”将技巧保持时间延长至32 d(CRA-40驱动),超过ECMWF的30 d基准。个例分析显示,模型对2024年7月中旬华北强降水过程的落区和强度预测精度更高,提前3~4候捕捉到关键异常信号。
次季节预测在农业规划、防灾减灾和水资源管理等领域具有重要意义。基于人工智能的“风顺”次季节预测模型(CMA-AIM-S2S-Fengshun),结合自主研发的CRA-40再分析数据和FY-3E卫星数据,通过级联Swin Transformer模块和智能扰动生成技术,实现了气候多要素集合预测。对2017—2021年中国区域降水的历史回算检验表明,“风顺”在逐候平均降水预测中的表现显著优于欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)模式,整体技巧提升18.6％,其中华南地区提升41.2％,东部地区提升26.5％。在MJO(Madden-Julian Oscillation)预测方面,“风顺”将技巧保持时间延长至32 d(CRA-40驱动),超过ECMWF的30 d基准。个例分析显示,模型对2024年7月中旬华北强降水过程的落区和强度预测精度更高,提前3~4候捕捉到关键异常信号。
2025,48(3): 377-388, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20250109002
摘要：
近年来高温事件频发、强发,在此背景下提高高温预测的准确性显得尤为重要。目前气象人工智能大模型发展迅速,但其对超大城市极端高温的次季节预测效果尚不清楚。本文以2024年盛夏上海极端高温事件为例,采用3个人工智能气象大模型(Pangu、FuXi和FourCastNet)的预测数据,利用相关技巧、功率谱分析等方法,对比评估了气象大模型对该年高温及其环流的预测效果。结果表明,上海盛夏高温日数与其上空副热带高压强度呈显著的正相关关系,2024年盛夏上海的持续性高温时段与其10～20 d准周期振荡的正位相基本一致,同时受到30～60 d低频振荡的调制。在3个大模型中,Pangu、FuXi在提前15 d内可提供有技巧的高温预测参考,部分大模型(Pangu)对影响高温的副热带高压演变的有效超前预测时效可达16～20 d。不同大模型的次季节预测效果差异与其对高温及其关键环流系统的低频演变的预测能力有关。大模型对影响上海的低频环流演变的预测能力越强,对副热带高压及高温的次季节预测效果就越好。相较于出梅和台风影响阶段,大模型在该年盛夏的其他时段可提供更大的次季节高温预测机会窗口。
近年来高温事件频发、强发,在此背景下提高高温预测的准确性显得尤为重要。目前气象人工智能大模型发展迅速,但其对超大城市极端高温的次季节预测效果尚不清楚。本文以2024年盛夏上海极端高温事件为例,采用3个人工智能气象大模型(Pangu、FuXi和FourCastNet)的预测数据,利用相关技巧、功率谱分析等方法,对比评估了气象大模型对该年高温及其环流的预测效果。结果表明,上海盛夏高温日数与其上空副热带高压强度呈显著的正相关关系,2024年盛夏上海的持续性高温时段与其10～20 d准周期振荡的正位相基本一致,同时受到30～60 d低频振荡的调制。在3个大模型中,Pangu、FuXi在提前15 d内可提供有技巧的高温预测参考,部分大模型(Pangu)对影响高温的副热带高压演变的有效超前预测时效可达16～20 d。不同大模型的次季节预测效果差异与其对高温及其关键环流系统的低频演变的预测能力有关。大模型对影响上海的低频环流演变的预测能力越强,对副热带高压及高温的次季节预测效果就越好。相较于出梅和台风影响阶段,大模型在该年盛夏的其他时段可提供更大的次季节高温预测机会窗口。
2025,48(3): 389-403, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20250306001
摘要：
精准的云属分类,对于区域天气形势预测和全球能量收支平衡具有重要意义。然而,准确客观地识别地基云图目前仍然存在挑战,尤其是当前可获得的标准云图数据不足,因此以数据驱动的深度学习云图分类模型性能有待进一步提高。本文探索了如何利用非气象云图数据,如ImageNet数据集,帮助改进地基云图分类技巧。以世界气象组织定义的10类标准云属和1类尾迹云为分类对象,构建了基于卷积结构的ResNet50、MobileNet-V2和基于自注意力结构的ViT云图分类模型。结果表明,仅使用原始云图训练时,参数量较小的传统卷积结构网络要优于参数量庞大的ViT模型。然而,通过使用ImageNet数据集进行预训练后,ViT模型的云图分类技巧有了显著提升,预训练策略将平均F1评分由0.78提高至0.96,超过了当前的主流分类模型。这表明,利用深度学习模型来实现云图分类是可靠且有效的途径,而预训练策略对于类似于ViT的大型网络而言更为重要。此外进一步将训练稳定的模型部署至移动端口(http://43.142.162.19:5174/),实现了通过上传拍摄云图进行实时分类,并提供相关的云类科普信息,推动气象云知识在社会公众中的普及程度。
精准的云属分类,对于区域天气形势预测和全球能量收支平衡具有重要意义。然而,准确客观地识别地基云图目前仍然存在挑战,尤其是当前可获得的标准云图数据不足,因此以数据驱动的深度学习云图分类模型性能有待进一步提高。本文探索了如何利用非气象云图数据,如ImageNet数据集,帮助改进地基云图分类技巧。以世界气象组织定义的10类标准云属和1类尾迹云为分类对象,构建了基于卷积结构的ResNet50、MobileNet-V2和基于自注意力结构的ViT云图分类模型。结果表明,仅使用原始云图训练时,参数量较小的传统卷积结构网络要优于参数量庞大的ViT模型。然而,通过使用ImageNet数据集进行预训练后,ViT模型的云图分类技巧有了显著提升,预训练策略将平均F1评分由0.78提高至0.96,超过了当前的主流分类模型。这表明,利用深度学习模型来实现云图分类是可靠且有效的途径,而预训练策略对于类似于ViT的大型网络而言更为重要。此外进一步将训练稳定的模型部署至移动端口(http://43.142.162.19:5174/),实现了通过上传拍摄云图进行实时分类,并提供相关的云类科普信息,推动气象云知识在社会公众中的普及程度。
2025,48(3): 404-416, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20231010001
摘要：
大气边界层高度受多种气象因素影响,正确掌握大气边界层高度连续变化和演变规律具有重要意义。为解决传统技术手段获取大气边界层高度存在的时空分辨率低、误差偏大等问题,本研究基于机器学习方法——XGBoost,利用2016年1月—2019年5月北京地区长期的地面气象观测、风廓线测风雷达和探空观测数据进行训练,确定算法模型估算大气边界层高度,预测了2019年6月—2020年5月北京地区大气边界层高度。结果表明:在晴朗的白天,模型预测效果最好,与真实观测存在较高的一致性,相关系数达到0.86;夜间预测效果较差。地表温度、相对湿度、风速是对模型预测结果影响最显著的特征。预测的边界层高度呈现显著日变化,日出之后迅速发展,午后逐渐下降,夜间逐渐达到平稳;春夏季北京地区边界层高度日变化较为显著,可达1 km;秋冬季日变化幅度较小,约为700 m。总体上,XGBoost算法预测边界层高度的能力优于多元线性回归算法和支持向量回归算法。基于机器学习的边界层高度估计和预测方法避免了传统手段设置阈值带来的误差,为边界层高度连续观测和预测提供了新思路。
大气边界层高度受多种气象因素影响,正确掌握大气边界层高度连续变化和演变规律具有重要意义。为解决传统技术手段获取大气边界层高度存在的时空分辨率低、误差偏大等问题,本研究基于机器学习方法——XGBoost,利用2016年1月—2019年5月北京地区长期的地面气象观测、风廓线测风雷达和探空观测数据进行训练,确定算法模型估算大气边界层高度,预测了2019年6月—2020年5月北京地区大气边界层高度。结果表明:在晴朗的白天,模型预测效果最好,与真实观测存在较高的一致性,相关系数达到0.86;夜间预测效果较差。地表温度、相对湿度、风速是对模型预测结果影响最显著的特征。预测的边界层高度呈现显著日变化,日出之后迅速发展,午后逐渐下降,夜间逐渐达到平稳;春夏季北京地区边界层高度日变化较为显著,可达1 km;秋冬季日变化幅度较小,约为700 m。总体上,XGBoost算法预测边界层高度的能力优于多元线性回归算法和支持向量回归算法。基于机器学习的边界层高度估计和预测方法避免了传统手段设置阈值带来的误差,为边界层高度连续观测和预测提供了新思路。
2025,48(3): 417-428, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20240828002
摘要：
利用2021年1月—2022年12月中国气象局小时内最大阵风观测数据,以及ECMWF确定性模式的24 h预报数据,针对中国近海15个浮标站点,构建了3种阵风预报模型:全连接神经网络方法、基于数值模式10 m风速的分位数匹配订正方法,以及两者相结合的方法。利用2023年1—12月数据对3种阵风预报模型进行独立对比检验。研究结果表明:在我国近海阵风预报中,单独使用全连接神经网络方法会导致强阵风的明显低估。因此,本文在全连接神经网络方法预测结果的基础上,采用分位数匹配方法进行再次订正,以进一步提升强阵风的预报效果。结合全连接神经网络与分位数匹配的阵风预报方法,能够在保持小数值阵风预报精度相对稳定的前提下有效提升强阵风的预报效果。通过与仅基于数值模式预报10 m风速进行分位数匹配的阵风预报方法对比,验证了全连接神经网络方法作为前置步骤对提升强阵风预报效果的重要性。针对我国近海多个浮标站点统一建立的全连接神经网络与分位数匹配相结合的阵风预报方法,在不同海域的强阵风预报中有较好的适用性,能够为无观测资料海域的阵风预报提供较高可信度参考。
利用2021年1月—2022年12月中国气象局小时内最大阵风观测数据,以及ECMWF确定性模式的24 h预报数据,针对中国近海15个浮标站点,构建了3种阵风预报模型:全连接神经网络方法、基于数值模式10 m风速的分位数匹配订正方法,以及两者相结合的方法。利用2023年1—12月数据对3种阵风预报模型进行独立对比检验。研究结果表明:在我国近海阵风预报中,单独使用全连接神经网络方法会导致强阵风的明显低估。因此,本文在全连接神经网络方法预测结果的基础上,采用分位数匹配方法进行再次订正,以进一步提升强阵风的预报效果。结合全连接神经网络与分位数匹配的阵风预报方法,能够在保持小数值阵风预报精度相对稳定的前提下有效提升强阵风的预报效果。通过与仅基于数值模式预报10 m风速进行分位数匹配的阵风预报方法对比,验证了全连接神经网络方法作为前置步骤对提升强阵风预报效果的重要性。针对我国近海多个浮标站点统一建立的全连接神经网络与分位数匹配相结合的阵风预报方法,在不同海域的强阵风预报中有较好的适用性,能够为无观测资料海域的阵风预报提供较高可信度参考。
2025,48(3): 429-437, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20240921001
摘要：
厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation, ENSO)是自然界气候变化中年际变化最显著的异常信号。ENSO会在全球范围内引发天气和气候异常,由此造成的自然灾害给人类生命和财产安全带来了巨大危害。随着人工智能的发展,ENSO预测方法已从传统方法拓展到了深度学习技术。因此,对ENSO预测进行了较为全面的论述:概述了ENSO相关知识;回顾了传统的预测方法;介绍了深度学习模型在ENSO预测中的应用,分析了它们的优势、局限性以及改进方向;基于当前方法面临的挑战,对未来ENSO预测的发展趋势进行了展望。
厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation, ENSO)是自然界气候变化中年际变化最显著的异常信号。ENSO会在全球范围内引发天气和气候异常,由此造成的自然灾害给人类生命和财产安全带来了巨大危害。随着人工智能的发展,ENSO预测方法已从传统方法拓展到了深度学习技术。因此,对ENSO预测进行了较为全面的论述:概述了ENSO相关知识;回顾了传统的预测方法;介绍了深度学习模型在ENSO预测中的应用,分析了它们的优势、局限性以及改进方向;基于当前方法面临的挑战,对未来ENSO预测的发展趋势进行了展望。
2025,48(3): 438-448, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20241231002
摘要：
利用1981—2023年NCEP/NCAR逐日再分析资料、NOAA逐日向外长波辐射资料、湖南省97个站点逐日气温及NCEP、CMA两家次季节-季节(sub-seasonal to seasonal,S2S)预测业务模式预报产品,使用卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和迁移学习方法,建立了湖南次季节尺度气温预测模型,并与动力模式预报技巧进行对比评估。结果表明:CNN模型在不同起报时间(提前1～10 d)对月气温距平预测的空间相关系数相比两家动力模式具有显著优势,同时时间相关系数、符号一致率和均方根误差也得到一定的提高。可解释性分析显示,热带印度洋地区在深度学习模型中关注度最高,这些区域的预测因子可能是气温预测的重要可预报性来源。
利用1981—2023年NCEP/NCAR逐日再分析资料、NOAA逐日向外长波辐射资料、湖南省97个站点逐日气温及NCEP、CMA两家次季节-季节(sub-seasonal to seasonal,S2S)预测业务模式预报产品,使用卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和迁移学习方法,建立了湖南次季节尺度气温预测模型,并与动力模式预报技巧进行对比评估。结果表明:CNN模型在不同起报时间(提前1～10 d)对月气温距平预测的空间相关系数相比两家动力模式具有显著优势,同时时间相关系数、符号一致率和均方根误差也得到一定的提高。可解释性分析显示,热带印度洋地区在深度学习模型中关注度最高,这些区域的预测因子可能是气温预测的重要可预报性来源。
2025,48(3): 449-462, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20240928001
摘要：
气象卫星通常能够早于天气雷达发现积云发生发展的前兆信号。为了充分挖掘新一代静止气象卫星多通道数据在石家庄短临天气预报中的作用,本文利用葵花8/9号卫星和天气雷达开展石家庄地区对流初生判别研究,并建立了基于机器学习方法的客观对流初生判别模型。通过分析石家庄地区云图特征,建立了适用于石家庄地区的积云目标识别方法,并结合多目标跟踪算法建立了石家庄地区的对流单体数据集。在进行多目标跟踪的过程中,面对直接剔除卷云和晴空后造成的积云云体较破碎、难以跟踪等难题,本文针对性地提出以完整云团作为研究对象的方法,实现了积云生命周期样本的完整提取。基于对流单体数据集,结合天气雷达观测数据,寻找出现35 dBZ以上回波的积云单体,记录首次出现35 dBZ回波时刻,将之作为对流初生的发生时刻。通过对多通道亮温变化特征与积云发展过程的对照分析,发现积云发展成为强对流过程中,石家庄地区的10.4 μm亮温呈现下降趋势,12.4 μm和10.4 μm亮温差和三通道亮温差呈现上升趋势。据此特征分析筛选出有效的影响因子,建立了随机森林对流初生判别模型,该模型能够有效实现石家庄地区对流初生预报。该模型在对石家庄地区对流初生过程的测试中,实现了92％的有效命中率,相应的虚警率为31％。该算法能够在天气雷达图上没有任何回波的时刻,有效地找到将要发展成为强对流的积云单体,提升了石家庄地区强对流天气预警的时效性。
气象卫星通常能够早于天气雷达发现积云发生发展的前兆信号。为了充分挖掘新一代静止气象卫星多通道数据在石家庄短临天气预报中的作用,本文利用葵花8/9号卫星和天气雷达开展石家庄地区对流初生判别研究,并建立了基于机器学习方法的客观对流初生判别模型。通过分析石家庄地区云图特征,建立了适用于石家庄地区的积云目标识别方法,并结合多目标跟踪算法建立了石家庄地区的对流单体数据集。在进行多目标跟踪的过程中,面对直接剔除卷云和晴空后造成的积云云体较破碎、难以跟踪等难题,本文针对性地提出以完整云团作为研究对象的方法,实现了积云生命周期样本的完整提取。基于对流单体数据集,结合天气雷达观测数据,寻找出现35 dBZ以上回波的积云单体,记录首次出现35 dBZ回波时刻,将之作为对流初生的发生时刻。通过对多通道亮温变化特征与积云发展过程的对照分析,发现积云发展成为强对流过程中,石家庄地区的10.4 μm亮温呈现下降趋势,12.4 μm和10.4 μm亮温差和三通道亮温差呈现上升趋势。据此特征分析筛选出有效的影响因子,建立了随机森林对流初生判别模型,该模型能够有效实现石家庄地区对流初生预报。该模型在对石家庄地区对流初生过程的测试中,实现了92％的有效命中率,相应的虚警率为31％。该算法能够在天气雷达图上没有任何回波的时刻,有效地找到将要发展成为强对流的积云单体,提升了石家庄地区强对流天气预警的时效性。
2025,48(3): 463-475, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20240829002
摘要：
山区地形复杂,气温空间异质性强,气温精细化预报的精度和空间分辨率通常无法满足应用需求。因此,提出了一种机器学习和自适应卡尔曼滤波相结合的降尺度与偏差订正(DOWN+BC)方法,以提高山区气温预报的精度和空间分辨率。该方法首先利用随机森林模型将1 km空间分辨率的逐时天气研究与预报(weather research and forecasting,WRF)模型预报气温降尺度到30 m,再利用一阶自适应卡尔曼滤波模型和极端梯度提升模型(extreme gradient boosting,XGBoost)进行偏差订正。结果表明,DOWN+BC方法在预报气温降尺度与偏差订正方面效果良好;随机森林降尺度结果能够更为准确地表达近地表气温空间分布的详细特征,纹理更加丰富;与WRF预报结果相比,一阶自适应卡尔曼滤波模型订正后的均方根误差和平均绝对误差在自动气象站位置上分别降低了1.39和1.13 ℃,在空间分布上分别下降了1.19和0.97 ℃。
山区地形复杂,气温空间异质性强,气温精细化预报的精度和空间分辨率通常无法满足应用需求。因此,提出了一种机器学习和自适应卡尔曼滤波相结合的降尺度与偏差订正(DOWN+BC)方法,以提高山区气温预报的精度和空间分辨率。该方法首先利用随机森林模型将1 km空间分辨率的逐时天气研究与预报(weather research and forecasting,WRF)模型预报气温降尺度到30 m,再利用一阶自适应卡尔曼滤波模型和极端梯度提升模型(extreme gradient boosting,XGBoost)进行偏差订正。结果表明,DOWN+BC方法在预报气温降尺度与偏差订正方面效果良好;随机森林降尺度结果能够更为准确地表达近地表气温空间分布的详细特征,纹理更加丰富;与WRF预报结果相比,一阶自适应卡尔曼滤波模型订正后的均方根误差和平均绝对误差在自动气象站位置上分别降低了1.39和1.13 ℃,在空间分布上分别下降了1.19和0.97 ℃。
2025,48(3): 476-485, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20230905003
摘要：
数值模式直接输出的预报结果常与观测存在偏差,对数值产品进行有效的本地化订正是提高预报准确率的重要手段。本文基于LightGBM和XGBoost两种机器学习算法,利用2020—2021年CMA-MESO模式产品和甘肃省340个考核站的实况数据,构建了两种逐小时2 m气温的时间滞后订正模型。评估结果表明:1)LightGBM订正模型略优于XGBoost订正模型,两种订正模型预报的逐小时2 m气温准确率分别达74.57％、74.33％,比SCMOC分别提高了27.6％、27.2％,较CMA-MESO模式分别提高了53.5％、53.0％。2)两种订正模型降低了模式对2 m气温日变化的预报偏差,对模式存在的日变化预报偏弱现象有显著改善。3)LightGBM和XGBoost两种订正模型减小了预报系统偏差,较大预报误差出现次数明显减少。
数值模式直接输出的预报结果常与观测存在偏差,对数值产品进行有效的本地化订正是提高预报准确率的重要手段。本文基于LightGBM和XGBoost两种机器学习算法,利用2020—2021年CMA-MESO模式产品和甘肃省340个考核站的实况数据,构建了两种逐小时2 m气温的时间滞后订正模型。评估结果表明:1)LightGBM订正模型略优于XGBoost订正模型,两种订正模型预报的逐小时2 m气温准确率分别达74.57％、74.33％,比SCMOC分别提高了27.6％、27.2％,较CMA-MESO模式分别提高了53.5％、53.0％。2)两种订正模型降低了模式对2 m气温日变化的预报偏差,对模式存在的日变化预报偏弱现象有显著改善。3)LightGBM和XGBoost两种订正模型减小了预报系统偏差,较大预报误差出现次数明显减少。
2025,48(3): 486-498, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20250105002
摘要：
延伸期预报(提前10～30 d的天气预报)是目前尚未解决而又亟需解决的预报问题之一。本文利用2005—2022年湖南省97站逐日降水资料以及次季节至季节(subseasonal-to-seasonal,S2S)欧洲中期天气预报中心(ECMWF)和美国国家环境预报中心(NCEP)两种模式预报产品,并分别以2005—2018年和2019—2022年为训练验证和独立预测年。基于模式的降水与环流预报产品,首先采用分级累积概率匹配和低频阈值法,对模式降水预报进行订正;然后通过分析大尺度环流特征与降水场的耦合关系,结合卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)技术,分别构建基于ECMWF和NCEP动态预报产品的降水预测模型;最后对多种模型的预测结果进行集成,优化预测结果。试验结果表明,经过订正的两种模式延伸期降水预报的准确性均有显著提升,其中NCEP模式预报技巧的改进大于ECMWF模式。具体而言,订正后的NCEP模式单站降水预报TS评分提升38.5％,区域降水评分提升43.9％;ECMWF模式的TS评分提升14.0％,区域降水评分提升24.2％。独立预测表明,ECMWF模式预报的准确性要优于NCEP模式,特别是15 d预报时效前。CNN模型在15～30 d预报中展现出超越单一数值模式的预测能力,基于动力模式和CNN模型优势的集成预测在整个延伸期预报时效内均展现出较高的预报技巧。
延伸期预报(提前10～30 d的天气预报)是目前尚未解决而又亟需解决的预报问题之一。本文利用2005—2022年湖南省97站逐日降水资料以及次季节至季节(subseasonal-to-seasonal,S2S)欧洲中期天气预报中心(ECMWF)和美国国家环境预报中心(NCEP)两种模式预报产品,并分别以2005—2018年和2019—2022年为训练验证和独立预测年。基于模式的降水与环流预报产品,首先采用分级累积概率匹配和低频阈值法,对模式降水预报进行订正;然后通过分析大尺度环流特征与降水场的耦合关系,结合卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)技术,分别构建基于ECMWF和NCEP动态预报产品的降水预测模型;最后对多种模型的预测结果进行集成,优化预测结果。试验结果表明,经过订正的两种模式延伸期降水预报的准确性均有显著提升,其中NCEP模式预报技巧的改进大于ECMWF模式。具体而言,订正后的NCEP模式单站降水预报TS评分提升38.5％,区域降水评分提升43.9％;ECMWF模式的TS评分提升14.0％,区域降水评分提升24.2％。独立预测表明,ECMWF模式预报的准确性要优于NCEP模式,特别是15 d预报时效前。CNN模型在15～30 d预报中展现出超越单一数值模式的预测能力,基于动力模式和CNN模型优势的集成预测在整个延伸期预报时效内均展现出较高的预报技巧。
2025,48(3): 499-514, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20241217001
摘要：
基于中国气象局陆面数据同化系统(China Meteorological Administration Land Data Assimilation System,CLDAS)格点实况资料与欧洲中期天气预报中心-综合预报系统(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts-Integrated Forecast System,ECMWF-IFS)模式最优因子集,构建了Res-STS(residual spatio-temporal stacking)网络气温预报订正模型,旨在提高湖南省气温预报的准确性。Res-STS模型在深度学习框架残差网络(residual networks,ResNets)的基础上进行了改进,采用“面-点”结构进行建模,有效保留了环境背景场特征和时序特征,包含ECMWF-IFS特征融合模块(EC feature fusion,ECFF)和降尺度模块(downscaling module,DM),前者利用卷积残差块提取特征,后者通过反卷积层实现分辨率降低,最终生成逐小时气温预报。在湖南省逐小时、日最高、日最低气温预报产品的误差分析中,Res-STS模型平均绝对误差(mean absolute error,MAE)分别为1.21、1.38、1.07 ℃,相较于ECMWF-IFS和国家气象中心指导预报表现出更低的误差,特别是在最高气温预报中表现尤为优异(误差比国家气象中心指导预报降低23.8％)。在高海拔地区的误差分布对比中,Res-STS模型表现出更高的精度和稳定性,其误差分布更为集中,中位数最低。在寒潮和高温天气过程中,Res-STS模型的最低气温、最高气温、逐1 h气温预报分别高于其他客观产品和人工订正结果。
基于中国气象局陆面数据同化系统(China Meteorological Administration Land Data Assimilation System,CLDAS)格点实况资料与欧洲中期天气预报中心-综合预报系统(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts-Integrated Forecast System,ECMWF-IFS)模式最优因子集,构建了Res-STS(residual spatio-temporal stacking)网络气温预报订正模型,旨在提高湖南省气温预报的准确性。Res-STS模型在深度学习框架残差网络(residual networks,ResNets)的基础上进行了改进,采用“面-点”结构进行建模,有效保留了环境背景场特征和时序特征,包含ECMWF-IFS特征融合模块(EC feature fusion,ECFF)和降尺度模块(downscaling module,DM),前者利用卷积残差块提取特征,后者通过反卷积层实现分辨率降低,最终生成逐小时气温预报。在湖南省逐小时、日最高、日最低气温预报产品的误差分析中,Res-STS模型平均绝对误差(mean absolute error,MAE)分别为1.21、1.38、1.07 ℃,相较于ECMWF-IFS和国家气象中心指导预报表现出更低的误差,特别是在最高气温预报中表现尤为优异(误差比国家气象中心指导预报降低23.8％)。在高海拔地区的误差分布对比中,Res-STS模型表现出更高的精度和稳定性,其误差分布更为集中,中位数最低。在寒潮和高温天气过程中,Res-STS模型的最低气温、最高气温、逐1 h气温预报分别高于其他客观产品和人工订正结果。
2025,48(3): 515-528, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20241126001
摘要：
在全球气候变化加剧和极端天气事件频发的背景下,准确预测天气和气候变化变得愈发重要。传统气象模型在模拟复杂大气系统和处理高维数据方面存在局限性,在一定程度上制约了预测的精度和可靠性。近年来,生成式人工智能模型,尤其是扩散模型(diffusion model)凭借其强大的生成能力和多模态数据处理能力,在图像合成、自然语言处理等领域取得了显著进展。鉴于其在高质量样本生成和多样性表达方面的优势,研究者开始探索扩散模型在气象领域的应用潜力。本文综述了扩散模型在气象领域的应用现状和前景,重点关注其在降水预报、数据同化、空间降尺度和极端天气事件模拟等关键性任务中的表现。研究表明,扩散模型为处理复杂天气系统提供了新的技术途径,给气象学领域带来了全新的研究范式和技术创新。未来扩散模型有望与传统物理模型深度融合,在天气预报、气候变化预估和极端事件预警等方面发挥重要作用。
在全球气候变化加剧和极端天气事件频发的背景下,准确预测天气和气候变化变得愈发重要。传统气象模型在模拟复杂大气系统和处理高维数据方面存在局限性,在一定程度上制约了预测的精度和可靠性。近年来,生成式人工智能模型,尤其是扩散模型(diffusion model)凭借其强大的生成能力和多模态数据处理能力,在图像合成、自然语言处理等领域取得了显著进展。鉴于其在高质量样本生成和多样性表达方面的优势,研究者开始探索扩散模型在气象领域的应用潜力。本文综述了扩散模型在气象领域的应用现状和前景,重点关注其在降水预报、数据同化、空间降尺度和极端天气事件模拟等关键性任务中的表现。研究表明,扩散模型为处理复杂天气系统提供了新的技术途径,给气象学领域带来了全新的研究范式和技术创新。未来扩散模型有望与传统物理模型深度融合,在天气预报、气候变化预估和极端事件预警等方面发挥重要作用。
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在线获得:2025-06-12, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20241218001
摘要：
本文研究了一种基于卷积神经网络和卫星云图空间权重的光伏功率回归重构方法。为了更全面精确地反映太阳直射和太阳散射对光伏功率的影响,本文提出了一种对卫星云图进行赋权重处理方法,并据此构建了一种新型的光伏功率回归重构方法。该模型首先对卫星云图进行处理以增强云和背景的区别,随后利用历史功率与云图数据,计算了不同方位角下光伏功率与不同空间位置卫星云图的相关系数。最后,利用卷积神经网络模型建立计及空间权重的卫星云图与光伏功率之间的映射关系,实现光伏功率回归重构。实验结果表明,所提模型通过赋权重处理充分考虑了太阳直射和太阳散射的影响,并展现出了良好的精度。本研究为基于卫星云图的光伏功率回归重构提供了有益的参考。
本文研究了一种基于卷积神经网络和卫星云图空间权重的光伏功率回归重构方法。为了更全面精确地反映太阳直射和太阳散射对光伏功率的影响,本文提出了一种对卫星云图进行赋权重处理方法,并据此构建了一种新型的光伏功率回归重构方法。该模型首先对卫星云图进行处理以增强云和背景的区别,随后利用历史功率与云图数据,计算了不同方位角下光伏功率与不同空间位置卫星云图的相关系数。最后,利用卷积神经网络模型建立计及空间权重的卫星云图与光伏功率之间的映射关系,实现光伏功率回归重构。实验结果表明,所提模型通过赋权重处理充分考虑了太阳直射和太阳散射的影响,并展现出了良好的精度。本研究为基于卫星云图的光伏功率回归重构提供了有益的参考。
在线获得:2024-05-21, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20231129002
摘要：
湖泊在调节局地气候和空气质量方面发挥着重要的作用，城市湖泊对城市局地大气边界层环流和大气污染物输送机制的影响是目前城市空气质量研究的重要问题。研究分析了夏季南京城区濒湖站近地面大气污染物浓度的日变化特征，并与相对远离湖泊的非濒湖站的观测进行对比。结果表明，对于以近地面排放为主的NO2，日间濒湖站平均浓度比非濒湖站高大约1.64±0.29 μg·m-3，在夜间则反而低大约0.51±1.39 μg·m-3；而以边界层中高层生成与传输为主的O3，则呈现出与之相反的趋势：即日间濒湖站平均浓度较非濒湖站低大约9.57±2.19 μg·m-3，而夜间高大约1.24±4.68 μg·m-3；PM2.5未发现类似的浓度差异特征。进一步利用二维陆面过程模式结合不同排放情景对湖泊-城市陆地分布进行敏感性数值实验，模拟结果表明，城市区域内湖面与陆面的热力性质差异影响低空大气环流和垂直热力稳定度，并进一步影响城市近地面大气污染浓度的扩散传输过程。受湖泊存在的影响，白天位于湖泊及濒湖区域上方的垂直大气热力稳定度高于非濒湖区域上空，低层大气垂直扩散较弱，导致濒湖区域以近地面排放为主的污染物浓度偏高，而以边界层中高层排放与生成为主的污染物浓度则偏低，而夜间情况相反。该模拟结果与观测数据的趋势吻合，并且与WRF-Chem模拟结果定性上一致。
湖泊在调节局地气候和空气质量方面发挥着重要的作用，城市湖泊对城市局地大气边界层环流和大气污染物输送机制的影响是目前城市空气质量研究的重要问题。研究分析了夏季南京城区濒湖站近地面大气污染物浓度的日变化特征，并与相对远离湖泊的非濒湖站的观测进行对比。结果表明，对于以近地面排放为主的NO2，日间濒湖站平均浓度比非濒湖站高大约1.64±0.29 μg·m-3，在夜间则反而低大约0.51±1.39 μg·m-3；而以边界层中高层生成与传输为主的O3，则呈现出与之相反的趋势：即日间濒湖站平均浓度较非濒湖站低大约9.57±2.19 μg·m-3，而夜间高大约1.24±4.68 μg·m-3；PM2.5未发现类似的浓度差异特征。进一步利用二维陆面过程模式结合不同排放情景对湖泊-城市陆地分布进行敏感性数值实验，模拟结果表明，城市区域内湖面与陆面的热力性质差异影响低空大气环流和垂直热力稳定度，并进一步影响城市近地面大气污染浓度的扩散传输过程。受湖泊存在的影响，白天位于湖泊及濒湖区域上方的垂直大气热力稳定度高于非濒湖区域上空，低层大气垂直扩散较弱，导致濒湖区域以近地面排放为主的污染物浓度偏高，而以边界层中高层排放与生成为主的污染物浓度则偏低，而夜间情况相反。该模拟结果与观测数据的趋势吻合，并且与WRF-Chem模拟结果定性上一致。
在线获得:2024-05-21, DOI: DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20230518003
摘要：
南北两半球大气中高纬度之间的相互作用与季风等跨半球的天气气候系统存在着密切联系,由于涉及全球范围的大尺度环流与能量变化,其联系途径与机理受到学者们的广泛关注。本文结合ERA5再分析资料以及CMIP6中MPI-ESM1-2-HR模式历史输出资料,验证了冬季南北半球大气质量涛动(IHO)与东亚冬季风异常的联系及其对中国冬季气温的影响。研究表明,再分析资料以及模式结果均表明冬季IHO与东亚冬季风存在显著的正相关关系。IHO通过全球大气质量再分配与东亚冬季风建立起紧密的联系。当IHO为正位相时,大气质量在欧亚大陆北部异常堆积,而在中低纬地区异常亏损,这使得东亚地区海陆气压差明显增大,冬季风增强,同时对我国华中地区冬季地表气温具有显著影响,反之亦然。进一步分析发现,热带低平流层气温可以通过剩余环流调节臭氧含量经向分布影响南极对流层气温,从而对IHO年际变化起主要的驱动作用。
南北两半球大气中高纬度之间的相互作用与季风等跨半球的天气气候系统存在着密切联系,由于涉及全球范围的大尺度环流与能量变化,其联系途径与机理受到学者们的广泛关注。本文结合ERA5再分析资料以及CMIP6中MPI-ESM1-2-HR模式历史输出资料,验证了冬季南北半球大气质量涛动(IHO)与东亚冬季风异常的联系及其对中国冬季气温的影响。研究表明,再分析资料以及模式结果均表明冬季IHO与东亚冬季风存在显著的正相关关系。IHO通过全球大气质量再分配与东亚冬季风建立起紧密的联系。当IHO为正位相时,大气质量在欧亚大陆北部异常堆积,而在中低纬地区异常亏损,这使得东亚地区海陆气压差明显增大,冬季风增强,同时对我国华中地区冬季地表气温具有显著影响,反之亦然。进一步分析发现,热带低平流层气温可以通过剩余环流调节臭氧含量经向分布影响南极对流层气温,从而对IHO年际变化起主要的驱动作用。
在线获得:2024-03-06, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20240212001
摘要：
利用在三江源飞机观测试验期间机载粒子测量系统（PMS）对一次春季典型层状云系进行分层垂直探测的资料，研究了云系的微物理结构特性。结果表明，春季典型层状云系由3层云层组成，卷层云（Cs）为冰云，分为上、下两层的高层云（As）为过冷混合态云，过冷水高值区位于下层高层云的中上至中下部位，在其中下部过冷水含量及云粒子浓度最大，具有较明显的地区特性。过冷水高值区的液态云粒子主要是中值直径在3.5μm-27.5μm范围内的云滴，30.5μm以上云粒子基本上为冰相。在下层高层云中上部的过冷水高值区有较明显的淞附增长现象，而中下部存在较明显的“冰晶效应”。在下层高层云过冷水高值区，过冷水含量比率的平均值达90.8±10.9%，且其中部至中下部位处（95.6±5.6%）明显高于中上部（79.8±12.1%），为人工增雨作业催化提供了有利条件。
利用在三江源飞机观测试验期间机载粒子测量系统（PMS）对一次春季典型层状云系进行分层垂直探测的资料，研究了云系的微物理结构特性。结果表明，春季典型层状云系由3层云层组成，卷层云（Cs）为冰云，分为上、下两层的高层云（As）为过冷混合态云，过冷水高值区位于下层高层云的中上至中下部位，在其中下部过冷水含量及云粒子浓度最大，具有较明显的地区特性。过冷水高值区的液态云粒子主要是中值直径在3.5μm-27.5μm范围内的云滴，30.5μm以上云粒子基本上为冰相。在下层高层云中上部的过冷水高值区有较明显的淞附增长现象，而中下部存在较明显的“冰晶效应”。在下层高层云过冷水高值区，过冷水含量比率的平均值达90.8±10.9%，且其中部至中下部位处（95.6±5.6%）明显高于中上部（79.8±12.1%），为人工增雨作业催化提供了有利条件。
在线获得:2023-11-17, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20221130001
摘要：
气温作为研究气候演变最基础的物理量，其日值序列的完整性和准确性对于气候分析与评估工作有着重要的意义。近些年随着大量无人值守地面加密自动气象站的布设，不断出现随机站点和随机长度这种双随机特点的气象资料序列缺失，给气候分析和业务应用造成了不小的障碍。本文针对现有气象数据插补方案的不足，提出了一种全新的基于动态时间规整(Dynamic Time Warping, DTW)的气温日值数据二次插补方法。方法采用了一种实时的插补策略，主要技术内容包括：(1)利用一元线性回归方程将原始气温观测时间序列分解出拟合直线和残差曲线，并将二者重构组成新的气温序列；(2)给出了气温插补区的定义和插补条件；(3)提出了利用动态时间规整方法计算站点间距离的新模式。利用山东省2021年的气温实况数据对方法进行了双随机检验，检验结果表明：方法可以满足日平均气温、日最高气温和日最低气温数据的插补需求；在插补流程中采用DTW距离测度和二次插补的组合方法，插补效果优于目前常见的基于站点地理临近关系的组合方法；方法对于地形存在一定的敏感性，在平原或丘陵地区的插补效果优于山地地区。
气温作为研究气候演变最基础的物理量，其日值序列的完整性和准确性对于气候分析与评估工作有着重要的意义。近些年随着大量无人值守地面加密自动气象站的布设，不断出现随机站点和随机长度这种双随机特点的气象资料序列缺失，给气候分析和业务应用造成了不小的障碍。本文针对现有气象数据插补方案的不足，提出了一种全新的基于动态时间规整(Dynamic Time Warping, DTW)的气温日值数据二次插补方法。方法采用了一种实时的插补策略，主要技术内容包括：(1)利用一元线性回归方程将原始气温观测时间序列分解出拟合直线和残差曲线，并将二者重构组成新的气温序列；(2)给出了气温插补区的定义和插补条件；(3)提出了利用动态时间规整方法计算站点间距离的新模式。利用山东省2021年的气温实况数据对方法进行了双随机检验，检验结果表明：方法可以满足日平均气温、日最高气温和日最低气温数据的插补需求；在插补流程中采用DTW距离测度和二次插补的组合方法，插补效果优于目前常见的基于站点地理临近关系的组合方法；方法对于地形存在一定的敏感性，在平原或丘陵地区的插补效果优于山地地区。
在线获得:2023-11-01, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20231016001
摘要：
本文利用2008-2019年的上海市自动站小时极大风速数据和上海市应急联动平台的实时大风灾情数据，分析了上海城市大风和灾情的时空分布特征及联系，探讨了上海城市大风的影响。研究表明：（1）城市大风及致灾呈现明显的季节变化，8级大风日、极大风速和灾情变化都呈现夏季单峰型。夏季大风日占全年的41%，大风灾情占全年的80%以上。大风灾情的年际变化波动较大，主要是受极端天气影响。（2）城市大风及致灾体现出明显的城郊差异:Ⅰ)受城市化影响中心城区风速明显偏小；Ⅱ)灾情密度在中心城区最高(可达37件/km2)，在区域中心及副中心也相对偏高，研究发现各区灾情数和人口、GDP都呈正相关关系；Ⅲ)房屋类承灾在中心城区和周围区域相对突出，在崇明区最不明显。（3）城市致灾大风天气可分为江淮气旋大风、雷雨大风、热带气旋大风和冷空气大风四类，其中雷雨大风发生最频繁，热带气旋大风的致灾程度最严重。（4）树和车辆是最突出的大风承灾体，其次为电线和雨棚。大风致灾具有明显的链式反应。城市大风特征和影响分析对开展大风风险预警和防灾减灾工作具有重要意义。
本文利用2008-2019年的上海市自动站小时极大风速数据和上海市应急联动平台的实时大风灾情数据，分析了上海城市大风和灾情的时空分布特征及联系，探讨了上海城市大风的影响。研究表明：（1）城市大风及致灾呈现明显的季节变化，8级大风日、极大风速和灾情变化都呈现夏季单峰型。夏季大风日占全年的41%，大风灾情占全年的80%以上。大风灾情的年际变化波动较大，主要是受极端天气影响。（2）城市大风及致灾体现出明显的城郊差异:Ⅰ)受城市化影响中心城区风速明显偏小；Ⅱ)灾情密度在中心城区最高(可达37件/km2)，在区域中心及副中心也相对偏高，研究发现各区灾情数和人口、GDP都呈正相关关系；Ⅲ)房屋类承灾在中心城区和周围区域相对突出，在崇明区最不明显。（3）城市致灾大风天气可分为江淮气旋大风、雷雨大风、热带气旋大风和冷空气大风四类，其中雷雨大风发生最频繁，热带气旋大风的致灾程度最严重。（4）树和车辆是最突出的大风承灾体，其次为电线和雨棚。大风致灾具有明显的链式反应。城市大风特征和影响分析对开展大风风险预警和防灾减灾工作具有重要意义。
在线获得:2023-05-08, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20230501007
摘要：
2023年3—4月,我国共出现10次沙尘天气过程,其中3月19—24日和4月9—13日的沙尘过程分别达到强沙尘暴和沙尘暴等级,给人群健康、生态环境和交通运输带来了严重不利影响。后冬至前春的欧亚大气环流异常呈纬向带状分布,导致沙源地的地表气温以及土壤温度持续偏暖、降水整体偏少、蒸散发效应显著。疏松的沙源为春季沙尘天气提供了丰富的物质基础。触发3月19—24日和4月9—13日沙尘暴过程的天气扰动系统都是蒙古气旋,但两次蒙古气旋及其与后部冷高压的配置存在差异,这也直接造成两次沙尘暴过程在强度、路径和持续时间上的差别。此外,本文也从气候累积效应和天气扰动机制两个方面分析了沙尘事件的研究重点,并侧重讨论了开展沙尘次季节-季节以及年代际预测的必要性和关键点。
2023年3—4月,我国共出现10次沙尘天气过程,其中3月19—24日和4月9—13日的沙尘过程分别达到强沙尘暴和沙尘暴等级,给人群健康、生态环境和交通运输带来了严重不利影响。后冬至前春的欧亚大气环流异常呈纬向带状分布,导致沙源地的地表气温以及土壤温度持续偏暖、降水整体偏少、蒸散发效应显著。疏松的沙源为春季沙尘天气提供了丰富的物质基础。触发3月19—24日和4月9—13日沙尘暴过程的天气扰动系统都是蒙古气旋,但两次蒙古气旋及其与后部冷高压的配置存在差异,这也直接造成两次沙尘暴过程在强度、路径和持续时间上的差别。此外,本文也从气候累积效应和天气扰动机制两个方面分析了沙尘事件的研究重点,并侧重讨论了开展沙尘次季节-季节以及年代际预测的必要性和关键点。
在线获得:2023-04-06, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20220805002
摘要：
东南亚地形复杂且人口众多，极端降水事件对全球变暖的响应较为敏感，其未来演变特征被广泛重视。本文利用26个CMIP6全球气候模式研究了本世纪末东南亚极端降水事件的变化，通过分解水汽收支方程分析降水变化的动力和热力效应。结果表明，本世纪末（2070—2099年）相对历史参考期（1985—2014年），东南亚大部分地区的气候态降水、极端降水事件的发生频率和强度均显著增加。除大雨日数（R10mm）外，其他极端降水指数在SSP5-8.5情景下的变化幅度比SSP2-4.5情景更大。其中强降水量贡献率（R95pTOT）的增长幅度最大，在SSP2-4.5（SSP5-8.5）情景下增加22%（41%）。极端降水变化对气候变暖的响应存在明显的区域性差异。加里曼丹岛将出现更短时集中的极端降水。苏门答腊岛南部的极端降水频率略有减小，且可能发生较强的持续性干旱事件。进一步分析水汽收支方程可知，SSP2-4.5（SSP5-8.5）情景下，热力作用项对P-E（降水减蒸发）的变化贡献为65%（64%），并且模式间一致性更高。而动力作用项对P-E的变化呈抵消趋势，贡献为35%（36%）。这说明相比大尺度环流变化，大气比湿变化引起的水汽辐合是未来东南亚降水量增多的主要因子。
东南亚地形复杂且人口众多，极端降水事件对全球变暖的响应较为敏感，其未来演变特征被广泛重视。本文利用26个CMIP6全球气候模式研究了本世纪末东南亚极端降水事件的变化，通过分解水汽收支方程分析降水变化的动力和热力效应。结果表明，本世纪末（2070—2099年）相对历史参考期（1985—2014年），东南亚大部分地区的气候态降水、极端降水事件的发生频率和强度均显著增加。除大雨日数（R10mm）外，其他极端降水指数在SSP5-8.5情景下的变化幅度比SSP2-4.5情景更大。其中强降水量贡献率（R95pTOT）的增长幅度最大，在SSP2-4.5（SSP5-8.5）情景下增加22%（41%）。极端降水变化对气候变暖的响应存在明显的区域性差异。加里曼丹岛将出现更短时集中的极端降水。苏门答腊岛南部的极端降水频率略有减小，且可能发生较强的持续性干旱事件。进一步分析水汽收支方程可知，SSP2-4.5（SSP5-8.5）情景下，热力作用项对P-E（降水减蒸发）的变化贡献为65%（64%），并且模式间一致性更高。而动力作用项对P-E的变化呈抵消趋势，贡献为35%（36%）。这说明相比大尺度环流变化，大气比湿变化引起的水汽辐合是未来东南亚降水量增多的主要因子。
在线获得:2023-04-06, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20220715001
摘要：
利用降水现象仪、双偏振雷达、常规气象观测资料和再分析数据，分析了郑州“7·20”极端强降水过程的微物理特征。此次过程受多尺度天气系统的共同影响，为复杂多变的降水微物理特征提供了有利的环境条件。结果表明，此次过程地面雨滴谱分布随时间存在明显变化，雨滴谱参数分布较广，覆盖了从大陆性对流降水至海洋性对流降水的分布区域。20日16至17时最强降水时段，小粒子数密度显著高于东亚地区普通对流性降水的统计结果和华南地区夏季平均值，且存在大量大粒子，保证了极高的降水效率。双偏振雷达参量的垂直结构反演结果显示，对流系统质心低，具有典型的暖云特征；0℃层以上冰相过程相对活跃，0℃层以下强烈的暖雨过程，大量的冰相粒子落下并融化和低层高效率的雨滴碰并增长过程，导致各尺度高浓度雨滴的生成，最终形成地面的极端强降水。
利用降水现象仪、双偏振雷达、常规气象观测资料和再分析数据，分析了郑州“7·20”极端强降水过程的微物理特征。此次过程受多尺度天气系统的共同影响，为复杂多变的降水微物理特征提供了有利的环境条件。结果表明，此次过程地面雨滴谱分布随时间存在明显变化，雨滴谱参数分布较广，覆盖了从大陆性对流降水至海洋性对流降水的分布区域。20日16至17时最强降水时段，小粒子数密度显著高于东亚地区普通对流性降水的统计结果和华南地区夏季平均值，且存在大量大粒子，保证了极高的降水效率。双偏振雷达参量的垂直结构反演结果显示，对流系统质心低，具有典型的暖云特征；0℃层以上冰相过程相对活跃，0℃层以下强烈的暖雨过程，大量的冰相粒子落下并融化和低层高效率的雨滴碰并增长过程，导致各尺度高浓度雨滴的生成，最终形成地面的极端强降水。
在线获得:2023-04-06, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20220715002
摘要：
为认识华北夏季降水异常的成因和改进气候监测预测技术,本文利用1961—2021年华北夏季降水资料、美国环境预测中心和大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research,NCEP/NCAR)再分析资料,采用相关、合成和环流异常重构等方法,分析了华北夏季(6—8月)降水异常的环流背景以及东亚副热带夏季风、华北动力上升指数变化与华北夏季降水的关系。结果表明：(1)华北夏季降水异常偏多的环流条件是,夏季500hPa乌拉尔山高压脊偏强、贝加尔湖槽偏深、西北太平洋副高偏北偏西位于朝鲜半岛附近,华北处于“东高西低”的环流形势下,动力上升条件有利；与此同时,850hPa印度季风偏强、东亚副热带夏季风显著偏强,华北水汽来源充足。(2)本文定义的东亚副热带夏季风指数和华北动力上升指数对华北夏季降水异常有很好的指示意义。当两个指数都偏强时,华北夏季降水异常偏多；如果两个指数都偏弱,则华北夏季降水异常偏少；如果两个指数强弱不一致时,华北夏季降水基本为正常。(3)华北夏季降水异常偏多或偏少是东亚副热带夏季风和华北动力上升运动协同作用的结果。东亚副热带夏季风偏强(华北动力上升运动偏强)年,500hPa层贝加尔湖槽加深、西北太平洋副热带高压偏北偏西,华北处于“东高西低”的环流控制下,动力上升条件有力；同时,850hPa层印度夏季风、东亚副热带夏季风偏强,造成热带印度洋西风水汽输送以及东亚副热带地区偏南风水汽输送会加强,华北水汽来源充足。以上这种情况会造成华北夏季降水异常偏多。反之,华北夏季降水会异常偏少。(4)前期4-5月,500hPa层贝加尔湖槽加深、西北太平洋副热带高压偏北,850hPa层东亚地区偏南风显著偏强,这些可以作为华北夏季降水异常偏多的一个气候监测预测指标。
为认识华北夏季降水异常的成因和改进气候监测预测技术,本文利用1961—2021年华北夏季降水资料、美国环境预测中心和大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research,NCEP/NCAR)再分析资料,采用相关、合成和环流异常重构等方法,分析了华北夏季(6—8月)降水异常的环流背景以及东亚副热带夏季风、华北动力上升指数变化与华北夏季降水的关系。结果表明：(1)华北夏季降水异常偏多的环流条件是,夏季500hPa乌拉尔山高压脊偏强、贝加尔湖槽偏深、西北太平洋副高偏北偏西位于朝鲜半岛附近,华北处于“东高西低”的环流形势下,动力上升条件有利；与此同时,850hPa印度季风偏强、东亚副热带夏季风显著偏强,华北水汽来源充足。(2)本文定义的东亚副热带夏季风指数和华北动力上升指数对华北夏季降水异常有很好的指示意义。当两个指数都偏强时,华北夏季降水异常偏多；如果两个指数都偏弱,则华北夏季降水异常偏少；如果两个指数强弱不一致时,华北夏季降水基本为正常。(3)华北夏季降水异常偏多或偏少是东亚副热带夏季风和华北动力上升运动协同作用的结果。东亚副热带夏季风偏强(华北动力上升运动偏强)年,500hPa层贝加尔湖槽加深、西北太平洋副热带高压偏北偏西,华北处于“东高西低”的环流控制下,动力上升条件有力；同时,850hPa层印度夏季风、东亚副热带夏季风偏强,造成热带印度洋西风水汽输送以及东亚副热带地区偏南风水汽输送会加强,华北水汽来源充足。以上这种情况会造成华北夏季降水异常偏多。反之,华北夏季降水会异常偏少。(4)前期4-5月,500hPa层贝加尔湖槽加深、西北太平洋副热带高压偏北,850hPa层东亚地区偏南风显著偏强,这些可以作为华北夏季降水异常偏多的一个气候监测预测指标。
在线获得:2023-04-06, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20221212001
摘要：
2022年“龙舟水”期间（5月21日-6月21日），华南平均降雨量472.5 mm，为有气象记录以来历史同期第二多，其中广东为1951年以来历史同期第3多,广西为历史同期最多。受其影响，珠江流域出现流域性洪水，北江流域出现特大洪水，造成严重洪涝灾害。利用华南192个国家气象观测站逐日降水资料，NCEP/NCAR大气环流再分析资料,NOAA月平均海表温度资料（ERSST V5）、向外长波辐射（OLR）资料，采用相关、合成分析的方法研究了2022年华南“龙舟水”异常与大气环流和海温异常的关系。结果表明，2022年“龙舟水”期间，东亚大槽、东北冷涡偏强，南下冷空气偏强，同时西太平洋副热带高压和南支槽均偏强，在华南存在明显水汽辐合。2022年发生的拉尼娜事件，大气环流对其有明显响应，Walker环流增强，华南对流明显加强，菲律宾以东存在异常反气旋环流，副高加强导致其西北侧的西南风加强，向华南水汽输送显著增强，同时华南存在显著的上升运动。大气环流和海温的异常导致2022年华南极端“龙舟水”。
2022年“龙舟水”期间（5月21日-6月21日），华南平均降雨量472.5 mm，为有气象记录以来历史同期第二多，其中广东为1951年以来历史同期第3多,广西为历史同期最多。受其影响，珠江流域出现流域性洪水，北江流域出现特大洪水，造成严重洪涝灾害。利用华南192个国家气象观测站逐日降水资料，NCEP/NCAR大气环流再分析资料,NOAA月平均海表温度资料（ERSST V5）、向外长波辐射（OLR）资料，采用相关、合成分析的方法研究了2022年华南“龙舟水”异常与大气环流和海温异常的关系。结果表明，2022年“龙舟水”期间，东亚大槽、东北冷涡偏强，南下冷空气偏强，同时西太平洋副热带高压和南支槽均偏强，在华南存在明显水汽辐合。2022年发生的拉尼娜事件，大气环流对其有明显响应，Walker环流增强，华南对流明显加强，菲律宾以东存在异常反气旋环流，副高加强导致其西北侧的西南风加强，向华南水汽输送显著增强，同时华南存在显著的上升运动。大气环流和海温的异常导致2022年华南极端“龙舟水”。
在线获得:2023-03-22, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20221025001
摘要：
采用1979—2020年观测和再分析资料,本文研究了年际时间尺度上初夏(5—6月)东北亚气温异常月际转折的基本特征,以及欧洲东部土壤湿度异常对其的影响及可能物理过程。结果表明：年际时间尺度上东北亚初夏气温异常月际演变的主导模态为转折模态,即5月偏暖(冷)则6月偏冷(暖)；转折模态的形成直接源于东北亚地区环流异常的转折。进一步分析发现,5月欧洲东部土壤湿度偏低往往导致东北亚5月偏暖而6月偏冷,可能的物理过程如下：5月土壤湿度偏低导致局地土壤温度和对流层低层增温,进而造成地中海地区(欧洲北部)对流层低层经向温度梯度和大气斜压性减弱(增强),相应地高频瞬变波活动减弱(增强),并通过瞬变涡度强迫有利于欧洲中东部形成异常高压和Rossby波波源；相关的Rossby波沿极锋急流东传,导致东北亚为准正压的异常高压,地表升温。土壤湿度异常可持续到6月,但强度减弱；类似地,其可通过瞬变涡度强迫有利于异常高压和Rossby波波源的形成,但中心西移至欧洲西部；相关Rossby波活动导致东北亚为准正压的异常低压,地表降温。5月和6月欧洲东部土壤湿度异常相关的 Rossby波的活动特征(波源、活动中心和传播路径)存在明显差异,这与两个月欧亚北部大气平均态的差异密切相关。当5月欧洲东部土壤湿度偏高时,上述物理过程则大致相反。
采用1979—2020年观测和再分析资料,本文研究了年际时间尺度上初夏(5—6月)东北亚气温异常月际转折的基本特征,以及欧洲东部土壤湿度异常对其的影响及可能物理过程。结果表明：年际时间尺度上东北亚初夏气温异常月际演变的主导模态为转折模态,即5月偏暖(冷)则6月偏冷(暖)；转折模态的形成直接源于东北亚地区环流异常的转折。进一步分析发现,5月欧洲东部土壤湿度偏低往往导致东北亚5月偏暖而6月偏冷,可能的物理过程如下：5月土壤湿度偏低导致局地土壤温度和对流层低层增温,进而造成地中海地区(欧洲北部)对流层低层经向温度梯度和大气斜压性减弱(增强),相应地高频瞬变波活动减弱(增强),并通过瞬变涡度强迫有利于欧洲中东部形成异常高压和Rossby波波源；相关的Rossby波沿极锋急流东传,导致东北亚为准正压的异常高压,地表升温。土壤湿度异常可持续到6月,但强度减弱；类似地,其可通过瞬变涡度强迫有利于异常高压和Rossby波波源的形成,但中心西移至欧洲西部；相关Rossby波活动导致东北亚为准正压的异常低压,地表降温。5月和6月欧洲东部土壤湿度异常相关的 Rossby波的活动特征(波源、活动中心和传播路径)存在明显差异,这与两个月欧亚北部大气平均态的差异密切相关。当5月欧洲东部土壤湿度偏高时,上述物理过程则大致相反。
在线获得:2023-02-17, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20220324001
摘要：
基于国家气象信息中心收集整理的保定气象站1919年以来逐日最高和最低气温观测数据,首先,通过数据质量控制剔除原始观测资料中因人工观测或记录、仪器故障及数字化人工录入等导致的错误数据；其次,基于天津百年均一化逐日气温数据,利用标准化序列法对质控后的原始观测数据进行延长插补；进而,通过两种途径建立的年和月尺度参考序列,利用惩罚最大t检验(PMT)和分位数匹配法(QM),修正了插补后保定气象站日最高和最低气温序列中因数据插补、迁站和仪器变更等造成的非均一性影响,由此建立了河北保定1912—2019年均一化最高和最低气温日值序列。分析表明,构建的年平均气温距平序列百年尺度的年代际和趋势变化特点与Berkeley Earth-monthly、CRUTS4.03和GHCNV3基本一致,并且与整个京津冀区域相比,很好地反映出保定地区城市快速发展所带来的增暖变化特点。另外,从百年极端温度变化来看,保定地区1912年以来年和季节极端温度也是呈明显的增暖变化,年和秋季极端最低气温(TNn)的增暖趋势分别为0.340℃/10a 、0.404℃/10a,对应的气温日较差(DTR)分别为-0.118℃/10a、-0.215℃/10a(均通过95%显著性检验)。
基于国家气象信息中心收集整理的保定气象站1919年以来逐日最高和最低气温观测数据,首先,通过数据质量控制剔除原始观测资料中因人工观测或记录、仪器故障及数字化人工录入等导致的错误数据；其次,基于天津百年均一化逐日气温数据,利用标准化序列法对质控后的原始观测数据进行延长插补；进而,通过两种途径建立的年和月尺度参考序列,利用惩罚最大t检验(PMT)和分位数匹配法(QM),修正了插补后保定气象站日最高和最低气温序列中因数据插补、迁站和仪器变更等造成的非均一性影响,由此建立了河北保定1912—2019年均一化最高和最低气温日值序列。分析表明,构建的年平均气温距平序列百年尺度的年代际和趋势变化特点与Berkeley Earth-monthly、CRUTS4.03和GHCNV3基本一致,并且与整个京津冀区域相比,很好地反映出保定地区城市快速发展所带来的增暖变化特点。另外,从百年极端温度变化来看,保定地区1912年以来年和季节极端温度也是呈明显的增暖变化,年和秋季极端最低气温(TNn)的增暖趋势分别为0.340℃/10a 、0.404℃/10a,对应的气温日较差(DTR)分别为-0.118℃/10a、-0.215℃/10a(均通过95%显著性检验)。
在线获得:2022-12-06, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb. 20210324001
摘要：
基于WRF预报模式、WRFDA Hybrid集合变分同化系统和ETKF方法，构建了面向城市气象观测网数据的快速更新混合同化系统。针对北京地区地基微波辐射计和风廓线雷达组网观测资料数据同化，开展了静态背景误差调整因子（特征长度尺度因子和方差因子）、局地化距离和集合权重系数4个重要参数敏感性试验研究。试验结果表明：当温度、相对湿度、U风和V风的特征长度尺度因子和方差因子分别调整为0.7/1.0、1.0/1.0、0.7/1.0和0.7/1.0，局地化距离和集合权重系数分别调整为11.2km和0.5时，快速更新混合同化系统的分析场均方根误差最小。为对比三种常用同化方案，开展了默认参数混合同化、最优参数混合同化、三维变分同化对比试验，试验结果表明：快速更新混合同化方案表现优于三维变分，且最优参数混合同化方案表现最好。相对于默认参数混合同化方案，最优参数混合同化方案在温度、湿度及风场的分析和预报上都更有优势；温湿风的分析场均方根误差分别最大降低了13%、19%和5%，12~24小时预报场的均方根误差分别最大降低了2%、12%和5%。
基于WRF预报模式、WRFDA Hybrid集合变分同化系统和ETKF方法，构建了面向城市气象观测网数据的快速更新混合同化系统。针对北京地区地基微波辐射计和风廓线雷达组网观测资料数据同化，开展了静态背景误差调整因子（特征长度尺度因子和方差因子）、局地化距离和集合权重系数4个重要参数敏感性试验研究。试验结果表明：当温度、相对湿度、U风和V风的特征长度尺度因子和方差因子分别调整为0.7/1.0、1.0/1.0、0.7/1.0和0.7/1.0，局地化距离和集合权重系数分别调整为11.2km和0.5时，快速更新混合同化系统的分析场均方根误差最小。为对比三种常用同化方案，开展了默认参数混合同化、最优参数混合同化、三维变分同化对比试验，试验结果表明：快速更新混合同化方案表现优于三维变分，且最优参数混合同化方案表现最好。相对于默认参数混合同化方案，最优参数混合同化方案在温度、湿度及风场的分析和预报上都更有优势；温湿风的分析场均方根误差分别最大降低了13%、19%和5%，12~24小时预报场的均方根误差分别最大降低了2%、12%和5%。
在线获得:2022-12-06, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb. 20220306001
摘要：
基于中国气象局自主研发的全球集合预报系统CMA-GEPS，针对2020年6月-7月的长江中下游地区超强梅雨天气过程，开展了中国梅汛期强降水的预报能力分析。结果表明，西太副高的稳定维持及夏季风的持续增强为梅汛期强降水的发生提供了有利的动力和水汽条件。CMA-GEPS对西太副高各指数的快速调整趋势预报，可提前7-10天在预报中呈现；对西太副高强度和面积预报技巧与NCEP集合预报相当，表现为偏弱的估计，脊线和西伸脊点预报技巧与ECMWF集合预报相当，表现为脊线位置偏南，西伸脊点偏东的偏差。CMA-GEPS对东亚夏季风指数预报技巧在9天以上，较控制预报提前2天。CMA-GEPS的控制预报存在强度偏弱，雨带位置偏南的系统性偏差，和漏报现象；基于空间和时间权重修正的邻域方案TSWP，明显提高了大雨预报的技巧，减少了漏报的发生，优于控制预报和传统的单点概率预报，从而表明，TSWP方案对梅汛期大雨过程的预报是有效且合理的。
基于中国气象局自主研发的全球集合预报系统CMA-GEPS，针对2020年6月-7月的长江中下游地区超强梅雨天气过程，开展了中国梅汛期强降水的预报能力分析。结果表明，西太副高的稳定维持及夏季风的持续增强为梅汛期强降水的发生提供了有利的动力和水汽条件。CMA-GEPS对西太副高各指数的快速调整趋势预报，可提前7-10天在预报中呈现；对西太副高强度和面积预报技巧与NCEP集合预报相当，表现为偏弱的估计，脊线和西伸脊点预报技巧与ECMWF集合预报相当，表现为脊线位置偏南，西伸脊点偏东的偏差。CMA-GEPS对东亚夏季风指数预报技巧在9天以上，较控制预报提前2天。CMA-GEPS的控制预报存在强度偏弱，雨带位置偏南的系统性偏差，和漏报现象；基于空间和时间权重修正的邻域方案TSWP，明显提高了大雨预报的技巧，减少了漏报的发生，优于控制预报和传统的单点概率预报，从而表明，TSWP方案对梅汛期大雨过程的预报是有效且合理的。
在线获得:2022-09-15, DOI: :10.13878/j.cnki.dqkxxb. 20211121001
摘要：
克拉玛依气象局研发了区域集合预报系统并已实现业务运行，该系统仅采用了集合变换卡尔曼滤波(ETKF)初值扰动，导致离散度发展受到限制，为改善区域集合预报的离散度，本文尝试在初值扰动基础上引入随机物理过程倾向(SPPT)模式扰动方案。本文首先开展了SPPT方案关键参数的敏感性试验，确定了适用于本系统的参数设置，构建了初值-物理过程扰动方案(ETKF-SPPT)，并与仅采用初值扰动的集合方案(ETKF)进行了对比，结果表明： ETKF初值扰动方法能够产生具有动力学结构的初值扰动，但是随着预报时效的延长，集合整体离散度增长很快达到饱和，并在侧边界约束下逐渐减小；ETKF初值扰动结合SPPT模式扰动可使集合离散度在各个预报时效均保持增长状态；集合预报检验结果表明，仅采用ETKF初值扰动的集合预报概率分布可靠性较低，概率预报准确性也较差；ETKF-SPPT方法可获得更好的概率预报结果，可靠性更好，均方根误差更低。对克拉玛依城区一次大风预报个例表明，ETKF方案对大风起风时间和量级把握较差，而ETKF-SPPT可以增加集合离散度，起风时间和风速预报更准确。综合而言，增加SPPT扰动可以有效改善克拉玛依区域集合预报系统的预报技巧。
克拉玛依气象局研发了区域集合预报系统并已实现业务运行，该系统仅采用了集合变换卡尔曼滤波(ETKF)初值扰动，导致离散度发展受到限制，为改善区域集合预报的离散度，本文尝试在初值扰动基础上引入随机物理过程倾向(SPPT)模式扰动方案。本文首先开展了SPPT方案关键参数的敏感性试验，确定了适用于本系统的参数设置，构建了初值-物理过程扰动方案(ETKF-SPPT)，并与仅采用初值扰动的集合方案(ETKF)进行了对比，结果表明： ETKF初值扰动方法能够产生具有动力学结构的初值扰动，但是随着预报时效的延长，集合整体离散度增长很快达到饱和，并在侧边界约束下逐渐减小；ETKF初值扰动结合SPPT模式扰动可使集合离散度在各个预报时效均保持增长状态；集合预报检验结果表明，仅采用ETKF初值扰动的集合预报概率分布可靠性较低，概率预报准确性也较差；ETKF-SPPT方法可获得更好的概率预报结果，可靠性更好，均方根误差更低。对克拉玛依城区一次大风预报个例表明，ETKF方案对大风起风时间和量级把握较差，而ETKF-SPPT可以增加集合离散度，起风时间和风速预报更准确。综合而言，增加SPPT扰动可以有效改善克拉玛依区域集合预报系统的预报技巧。
在线获得:2022-09-07, DOI: :10.13878/j.cnki.dqkxxb. 20211228001
摘要：
积雪作为地球上水资源的贮存方式之一，对土壤湿度和淡水分布产生着重要的影响。中国领土南北跨越纬度约50度，积雪分布广泛，研究积雪时空动态具有重要意义。本文基于风云三号气象卫星的积雪产品数据（Snow Cover，SNC），提出了基于经验模态分解的趋势提取方法，探讨了中国2010-2019年的积雪时空动态及变化趋势。结果表明：1）中国积雪覆盖频率（Snow Cover Frequency ,SCF）具有显著的季节性特征，呈现先增加后减少的特点，每年二、三月达到当年最大SCF，东北的年际SCF有显著下降的趋势，其他地区变化不大。2）内蒙古和新疆的积雪覆盖率（Snow Cover Rate，SCR）近10年分别下降了1.6%和1.5%，其他地区SCR变化不显著；主要积雪覆盖区SCR均在2016年发生由增加到减少的转变。本研究对掌握中国典型积雪覆盖区的时空动态以及后续探讨积雪与气温、降水等影响因子的关系有重要意义。同时通过风云气象卫星的数据得出相关成果，加强风云三号卫星观测资料的应用。 关键词: 风云三号气象卫星；积雪覆盖频率；积雪覆盖率；经验模态分解；时空动态
积雪作为地球上水资源的贮存方式之一，对土壤湿度和淡水分布产生着重要的影响。中国领土南北跨越纬度约50度，积雪分布广泛，研究积雪时空动态具有重要意义。本文基于风云三号气象卫星的积雪产品数据（Snow Cover，SNC），提出了基于经验模态分解的趋势提取方法，探讨了中国2010-2019年的积雪时空动态及变化趋势。结果表明：1）中国积雪覆盖频率（Snow Cover Frequency ,SCF）具有显著的季节性特征，呈现先增加后减少的特点，每年二、三月达到当年最大SCF，东北的年际SCF有显著下降的趋势，其他地区变化不大。2）内蒙古和新疆的积雪覆盖率（Snow Cover Rate，SCR）近10年分别下降了1.6%和1.5%，其他地区SCR变化不显著；主要积雪覆盖区SCR均在2016年发生由增加到减少的转变。本研究对掌握中国典型积雪覆盖区的时空动态以及后续探讨积雪与气温、降水等影响因子的关系有重要意义。同时通过风云气象卫星的数据得出相关成果，加强风云三号卫星观测资料的应用。 关键词: 风云三号气象卫星；积雪覆盖频率；积雪覆盖率；经验模态分解；时空动态
在线获得:2022-09-01, DOI: :10.13878/j.cnki.dqkxxb. 20220623001
摘要：
本文基于上海超大城市试验期间宝山国家基本气象站部署毫米波云雷达在2019年的观测数据,辅以激光雨滴谱、微雨雷达、探空资料、风云四号卫星产品、地面雨量计等多源观测数据,从探测稳定性、探测能力、基数据和产品数据探测合理性等方面开展了毫米波云雷达观测质量评估。结果表明：毫米波云雷达在试验期间仅出现单次软件故障,且基数据全年获取率高于95%,探测稳定性较好；毫米波云雷达各高度最小可测回波强度位于-40至-20 dBZ区间,并随高度呈现出与理论相符的指数递减；9 km高度以下最小回波强度变化小于2 dB,最小回波探测能力稳定性较高,在降水率达到4-5 mm/h时,毫米波云雷达会出现强衰减导致的虚假晴空区。虽然多部毫米波云雷达的基数据存在差异,但与地面雨滴谱计算回波强度和微型雨雷达观测回波强度具有一致的垂直分布及时间演变特征。毫米波云雷达探测云顶云底高度与探空资料估算云顶云底高度、风云四号卫星反演云顶高度具有一定的一致性。拼接缝和距离旁瓣虚假回波是较为直观且能够对业务化应用产生直接影响的问题。本文末从上海气象自身发展需求出发,从业务化应用的角度对当前毫米波云雷达提出了改进建议。
本文基于上海超大城市试验期间宝山国家基本气象站部署毫米波云雷达在2019年的观测数据,辅以激光雨滴谱、微雨雷达、探空资料、风云四号卫星产品、地面雨量计等多源观测数据,从探测稳定性、探测能力、基数据和产品数据探测合理性等方面开展了毫米波云雷达观测质量评估。结果表明：毫米波云雷达在试验期间仅出现单次软件故障,且基数据全年获取率高于95%,探测稳定性较好；毫米波云雷达各高度最小可测回波强度位于-40至-20 dBZ区间,并随高度呈现出与理论相符的指数递减；9 km高度以下最小回波强度变化小于2 dB,最小回波探测能力稳定性较高,在降水率达到4-5 mm/h时,毫米波云雷达会出现强衰减导致的虚假晴空区。虽然多部毫米波云雷达的基数据存在差异,但与地面雨滴谱计算回波强度和微型雨雷达观测回波强度具有一致的垂直分布及时间演变特征。毫米波云雷达探测云顶云底高度与探空资料估算云顶云底高度、风云四号卫星反演云顶高度具有一定的一致性。拼接缝和距离旁瓣虚假回波是较为直观且能够对业务化应用产生直接影响的问题。本文末从上海气象自身发展需求出发,从业务化应用的角度对当前毫米波云雷达提出了改进建议。
在线获得:2022-07-07, DOI: :10.13878/j.cnki.dqkxxb. 20220503001
摘要：
利用1979–2018年青藏高原（高原）卫星积雪、华南地区261站逐日降水及ERA5再分析资料，探讨了高原冬季积雪与华南前汛期降水的联系。结果表明：1）高原西部积雪与华南前汛期降水的正相关关系最为稳定，其主要影响前汛期的锋面降水，对夏季风降水的影响较小；2）华南前汛期在高原西部积雪偏多年比偏少年偏早20天，使得前汛期降雨日数偏多，持续时间偏长，总降水量偏多，而降水强度受积雪的影响较小；3）高原积雪偏多年，积雪的冷却作用形成了低层异常反气旋环流，而东亚沿岸为“+-+”的位势高度异常，中纬度“西高东低”的环流配置有利于中高纬冷空气南侵，使得华南上空温度偏低，同时偏强偏南的西太平洋副热带高压加强了低纬地区偏南气流和水汽输送。3-4月锋面在华南北部南北摆动，四月初偏北干冷空气南侵和偏南暖湿气流的持续北推使得锋面加强，触发了前汛期的较早建立；积雪偏少年冷空气和偏南暖湿气流均较弱，华南北部锋面在四月初中断，四月中下旬华南北部锋面在偏北弱冷空气和偏南暖湿气流的共同作用下重新建立，从而华南前汛期开始偏晚。
利用1979–2018年青藏高原（高原）卫星积雪、华南地区261站逐日降水及ERA5再分析资料，探讨了高原冬季积雪与华南前汛期降水的联系。结果表明：1）高原西部积雪与华南前汛期降水的正相关关系最为稳定，其主要影响前汛期的锋面降水，对夏季风降水的影响较小；2）华南前汛期在高原西部积雪偏多年比偏少年偏早20天，使得前汛期降雨日数偏多，持续时间偏长，总降水量偏多，而降水强度受积雪的影响较小；3）高原积雪偏多年，积雪的冷却作用形成了低层异常反气旋环流，而东亚沿岸为“+-+”的位势高度异常，中纬度“西高东低”的环流配置有利于中高纬冷空气南侵，使得华南上空温度偏低，同时偏强偏南的西太平洋副热带高压加强了低纬地区偏南气流和水汽输送。3-4月锋面在华南北部南北摆动，四月初偏北干冷空气南侵和偏南暖湿气流的持续北推使得锋面加强，触发了前汛期的较早建立；积雪偏少年冷空气和偏南暖湿气流均较弱，华南北部锋面在四月初中断，四月中下旬华南北部锋面在偏北弱冷空气和偏南暖湿气流的共同作用下重新建立，从而华南前汛期开始偏晚。
在线获得:2022-06-22, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20220406001
摘要：
基于地面加密观测、ERA5再分析、ECMWF全球集合预报等多源观测资料,利用敏感性分析方法、涡度收支诊断方法以及拉格朗日水汽追踪方法,探讨1909号台风“利奇马”造成远距离暴雨的关键动力因子和水汽来源。结果表明,对流层低层短波槽的加深有利于台风远距离降水(TRP)区北侧的北风增强,同时TRP区域和台风“利奇马”之间的低层偏南气流增强,共同增强TRP区域内的低层相对涡度,有利于TRP增强。相对涡度的散度项是影响TRP增强或减弱的关键作用项。在TRP增强阶段,有利于暴雨增强的正涡度主要由散度项贡献；负的散度项贡献导致相对涡度减小,TRP雨强也随即减弱。TRP雨强和区域内的水汽含量密切相关。500 hPa上TRP区域内的水汽由局地和台风“利奇马”共同贡献,700 hPa的水汽主要由“利奇马”台风贡献,850 hPa的水汽由局地和两个台风共同输送,其中台风“罗莎”的贡献略大一些。
基于地面加密观测、ERA5再分析、ECMWF全球集合预报等多源观测资料,利用敏感性分析方法、涡度收支诊断方法以及拉格朗日水汽追踪方法,探讨1909号台风“利奇马”造成远距离暴雨的关键动力因子和水汽来源。结果表明,对流层低层短波槽的加深有利于台风远距离降水(TRP)区北侧的北风增强,同时TRP区域和台风“利奇马”之间的低层偏南气流增强,共同增强TRP区域内的低层相对涡度,有利于TRP增强。相对涡度的散度项是影响TRP增强或减弱的关键作用项。在TRP增强阶段,有利于暴雨增强的正涡度主要由散度项贡献；负的散度项贡献导致相对涡度减小,TRP雨强也随即减弱。TRP雨强和区域内的水汽含量密切相关。500 hPa上TRP区域内的水汽由局地和台风“利奇马”共同贡献,700 hPa的水汽主要由“利奇马”台风贡献,850 hPa的水汽由局地和两个台风共同输送,其中台风“罗莎”的贡献略大一些。
在线获得:2022-06-06, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20220215001
摘要：
近年来南京O3污染逐渐加剧，为了了解本地及周边城市排放对南京O3的影响，本研究利用源导向的WRF/CMAQ区域空气质量模型对长三角2018年3月-10月O3污染季节的空气质量进行了模拟。通过追踪长三角41个城市的排放，探究了长三角地区对南京O3的传输特征以及不同风向下的来源贡献。结果表明：研究期间南京O3非污染日和污染日的本地贡献差异不大，分别为56.8%和49.5%；而污染发生时周边城市对南京O3的贡献由36.4%增加至46.3%，长三角以外地区的贡献由6.8%减少至4.7%。；南京O3污染日江苏省内对其贡献共占73.1%，而浙江省、安徽省和上海市分别贡献了10.8%、10.5%和0.95%。污染期间南京本地分别由NOx和VOCs作为前体物生成O3（分别记为O3N和O3V）的贡献比率约为7:13，说明南京本地VOCs对O3生成贡献较大。污染日期间东南风和东北风占比分别为38.0%和35.9%，当主导风向为东北风时，上风向城市扬州对其贡献达13.6%；主导风向为东南风时，上风向城市常州（7.3%）、镇江（7.0%）和无锡（6.5%）对南京O3的贡献较大。因此，南京O3污染控制应考虑根据不同风向对上风向城市群的区域联防联控控制策略。
近年来南京O3污染逐渐加剧，为了了解本地及周边城市排放对南京O3的影响，本研究利用源导向的WRF/CMAQ区域空气质量模型对长三角2018年3月-10月O3污染季节的空气质量进行了模拟。通过追踪长三角41个城市的排放，探究了长三角地区对南京O3的传输特征以及不同风向下的来源贡献。结果表明：研究期间南京O3非污染日和污染日的本地贡献差异不大，分别为56.8%和49.5%；而污染发生时周边城市对南京O3的贡献由36.4%增加至46.3%，长三角以外地区的贡献由6.8%减少至4.7%。；南京O3污染日江苏省内对其贡献共占73.1%，而浙江省、安徽省和上海市分别贡献了10.8%、10.5%和0.95%。污染期间南京本地分别由NOx和VOCs作为前体物生成O3（分别记为O3N和O3V）的贡献比率约为7:13，说明南京本地VOCs对O3生成贡献较大。污染日期间东南风和东北风占比分别为38.0%和35.9%，当主导风向为东北风时，上风向城市扬州对其贡献达13.6%；主导风向为东南风时，上风向城市常州（7.3%）、镇江（7.0%）和无锡（6.5%）对南京O3的贡献较大。因此，南京O3污染控制应考虑根据不同风向对上风向城市群的区域联防联控控制策略。
在线获得:2022-06-02, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20210811002
摘要：
本文利用24个CMIP6全球气候模式的逐日降水模拟资料，基于广义极值分布（GEV）模型，研究了全球增暖1.5/2℃下我国20、50和100年重现期极端降水的未来风险变化。可以发现，相对于历史时期（1995-2014），全球升温1.5℃和2℃下极端降水发生概率风险空间分布相近，总体上呈现增加趋势，但额外增暖0.5℃将导致更高的风险。如50年重现期极端降水，在增暖1.5/2℃下其重现期将分别变为17/14年，极端降水将变得更加频繁。不同区域对气候变暖的响应存在区域差异，其中中国西部长江黄河中上游和青藏高原地区、中国东部长江黄河中下游及其以南地区，极端降水发生概率比达到3以上，局部更是达到5以上，为我国极端降水气候变化响应高敏感区域。进一步，基于概率分布函数从理论角度探讨了位置和尺度参数对发生概率风险的影响与贡献度量，并用于探讨极端降水气候平均态和变率变化对极端降水发生风险的影响，结果显示：位置和尺度参数的增量变化、风险变化率存在着显著的东西部差异，从而导致极端降水发生风险的影响因素存在差异。如中国西部尽管极端降水气候平均态和变率变化幅度不大，但因风险变化率较高，从而导致该区域的发生风险大幅增加；与之相反，中国东部风险变化率较小，但气候平均态和年际变率增幅较大，同样导致该区域风险增加依然较高；此外，相对于位置参数，全国大部分区域主要是尺度参数的变化导致极端降水未来风险增大。
本文利用24个CMIP6全球气候模式的逐日降水模拟资料，基于广义极值分布（GEV）模型，研究了全球增暖1.5/2℃下我国20、50和100年重现期极端降水的未来风险变化。可以发现，相对于历史时期（1995-2014），全球升温1.5℃和2℃下极端降水发生概率风险空间分布相近，总体上呈现增加趋势，但额外增暖0.5℃将导致更高的风险。如50年重现期极端降水，在增暖1.5/2℃下其重现期将分别变为17/14年，极端降水将变得更加频繁。不同区域对气候变暖的响应存在区域差异，其中中国西部长江黄河中上游和青藏高原地区、中国东部长江黄河中下游及其以南地区，极端降水发生概率比达到3以上，局部更是达到5以上，为我国极端降水气候变化响应高敏感区域。进一步，基于概率分布函数从理论角度探讨了位置和尺度参数对发生概率风险的影响与贡献度量，并用于探讨极端降水气候平均态和变率变化对极端降水发生风险的影响，结果显示：位置和尺度参数的增量变化、风险变化率存在着显著的东西部差异，从而导致极端降水发生风险的影响因素存在差异。如中国西部尽管极端降水气候平均态和变率变化幅度不大，但因风险变化率较高，从而导致该区域的发生风险大幅增加；与之相反，中国东部风险变化率较小，但气候平均态和年际变率增幅较大，同样导致该区域风险增加依然较高；此外，相对于位置参数，全国大部分区域主要是尺度参数的变化导致极端降水未来风险增大。
在线获得:2022-05-23, DOI: :10.13878/j.cnki.dqkxxb. 20220503002
摘要：
风廓线雷达是一种新型的测风雷达，能够探测大气水平风的垂直分布，提供高时空分辨率的风场信息，在我国气象业务中发挥着越来越重要的作用。但是，我国风廓线雷达型号众多，资料质量差别较大，为了更好地对风廓线雷达探测资料进行应用，提高数值预报水平，本文利用FNL资料、探空资料对2019年6月～9月位于中国华北地区20个站点共5种型号（CFL-06、GLC-24、TWP8-L、CFL-03、CLC-11-D）的边界层风廓线雷达资料进行了质量评估，结果表明：各型号雷达均具有较强的探测能力，但不同雷达在水平风资料数据获取率以及有效探测高度上差异极大。不区分天气状况时，所有型号雷达均为V风质量优于U风质量。TWP8-L雷达U风测风质量相对最佳，CFL-03雷达紧随其后，GLC-24雷达U风测风质量最差，V风质量则差异不大，U风数据使用前需进行偏差订正以及质量控制。风廓线雷达观测对于降水较为敏感，降水使各型号雷达数据获取率在底层减小，中高层增加，增幅最大达到53%，但探测能力加强并不代表测风质量增加，统计结果表明降水也是造成U风平均误差以及均方根误差较高的重要原因，其中，GLC-24、CLC-11-D雷达对降水最为敏感，降水状态相较于非降水状态均方根误差增幅均达到了5.5m/s以上，降水情况下的U风及V风资料需进行进一步质量控制才可使用。
风廓线雷达是一种新型的测风雷达，能够探测大气水平风的垂直分布，提供高时空分辨率的风场信息，在我国气象业务中发挥着越来越重要的作用。但是，我国风廓线雷达型号众多，资料质量差别较大，为了更好地对风廓线雷达探测资料进行应用，提高数值预报水平，本文利用FNL资料、探空资料对2019年6月～9月位于中国华北地区20个站点共5种型号（CFL-06、GLC-24、TWP8-L、CFL-03、CLC-11-D）的边界层风廓线雷达资料进行了质量评估，结果表明：各型号雷达均具有较强的探测能力，但不同雷达在水平风资料数据获取率以及有效探测高度上差异极大。不区分天气状况时，所有型号雷达均为V风质量优于U风质量。TWP8-L雷达U风测风质量相对最佳，CFL-03雷达紧随其后，GLC-24雷达U风测风质量最差，V风质量则差异不大，U风数据使用前需进行偏差订正以及质量控制。风廓线雷达观测对于降水较为敏感，降水使各型号雷达数据获取率在底层减小，中高层增加，增幅最大达到53%，但探测能力加强并不代表测风质量增加，统计结果表明降水也是造成U风平均误差以及均方根误差较高的重要原因，其中，GLC-24、CLC-11-D雷达对降水最为敏感，降水状态相较于非降水状态均方根误差增幅均达到了5.5m/s以上，降水情况下的U风及V风资料需进行进一步质量控制才可使用。
在线获得:2022-05-06, DOI: :10.13878/j.cnki.dqkxxb. 20220207001
摘要：
针对气象因子对重大活动的影响和制约,从风险矩阵理论出发建立了以精细化气象要素分析为基础,考虑风险源(天气的危险性)、易损度(对活动的影响程度)两个方面的重大活动气象风险评估方法,并在国庆70周年庆祝活动气象保障工作中得到了应用与实践。通过对可能影响国庆70周年各项庆祝活动顺利举办的气象因子的调研分析和各类气象事件发生概率的统计及影响程度研判,评估了重要庆祝活动的气象风险等级,并绘制气象风险地图。国庆70周年庆祝活动期间主要气象风险(从高到低)依次为降水/阴雨、白天大风、雾—霾、夜晚大风、高温直晒、雷电、低温等。针对不同因素造成的风险,提出了风险控制措施与对策,为科学制定活动工作方案及活动顺利开展提供了重要参考,在重大活动气象保障工作中实现了由仅考虑高影响天气出现概率向基于影响的风险评估的转变,并取得了良好的服务效果。
针对气象因子对重大活动的影响和制约,从风险矩阵理论出发建立了以精细化气象要素分析为基础,考虑风险源(天气的危险性)、易损度(对活动的影响程度)两个方面的重大活动气象风险评估方法,并在国庆70周年庆祝活动气象保障工作中得到了应用与实践。通过对可能影响国庆70周年各项庆祝活动顺利举办的气象因子的调研分析和各类气象事件发生概率的统计及影响程度研判,评估了重要庆祝活动的气象风险等级,并绘制气象风险地图。国庆70周年庆祝活动期间主要气象风险(从高到低)依次为降水/阴雨、白天大风、雾—霾、夜晚大风、高温直晒、雷电、低温等。针对不同因素造成的风险,提出了风险控制措施与对策,为科学制定活动工作方案及活动顺利开展提供了重要参考,在重大活动气象保障工作中实现了由仅考虑高影响天气出现概率向基于影响的风险评估的转变,并取得了良好的服务效果。
在线获得:2022-05-06, DOI: :10.13878/j.cnki.dqkxxb. 20211230001
摘要：
目前，数值预报已成为天气业务预报的主要支撑。然而由于数值模式本身的限制与不完善，预报结果普遍存在系统性偏差。不同预报模式通常具有不同的物理过程参数化方案、初始条件等，导致其预报能力各有千秋。为此，如何消除系统性偏差以及如何充分有效地利用不同模式的预报信息以获得更加准确的天气预报广受关注。近年来，利用统计理论与预报诊断，基于多个集合预报系统的多模式集成预报技术得到快速发展，已成为有效消除系统偏差从而提高天气预报技巧的一种统计后处理方法。针对气温、降水和风三个最基本的地面气象要素，首先依据预报形式将应用范围较广的简单集合平均、消除偏差集合平均、超级集合、贝叶斯模式平均、集合模式输出统计等加权或等权平均多模式集成技术分成确定性预报和概率预报两大类进行系统地介绍。最后，讨论使用和发展多模式集成技术需要关注的问题，包括考虑参与集成的模式个数；发展降水、风速分级预报模型；发展基于机器学习的多模式集成新技术。
目前，数值预报已成为天气业务预报的主要支撑。然而由于数值模式本身的限制与不完善，预报结果普遍存在系统性偏差。不同预报模式通常具有不同的物理过程参数化方案、初始条件等，导致其预报能力各有千秋。为此，如何消除系统性偏差以及如何充分有效地利用不同模式的预报信息以获得更加准确的天气预报广受关注。近年来，利用统计理论与预报诊断，基于多个集合预报系统的多模式集成预报技术得到快速发展，已成为有效消除系统偏差从而提高天气预报技巧的一种统计后处理方法。针对气温、降水和风三个最基本的地面气象要素，首先依据预报形式将应用范围较广的简单集合平均、消除偏差集合平均、超级集合、贝叶斯模式平均、集合模式输出统计等加权或等权平均多模式集成技术分成确定性预报和概率预报两大类进行系统地介绍。最后，讨论使用和发展多模式集成技术需要关注的问题，包括考虑参与集成的模式个数；发展降水、风速分级预报模型；发展基于机器学习的多模式集成新技术。
在线获得:2022-03-23, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb. 20211229001
摘要：
为研究FM-120雾滴谱仪不同采样频率（5Hz、1Hz）对辐射雾微结构观测的影响，2020年冬季在连云港东海县开展了为期58d的雾外场精细化观测。在2020年12月28日一次辐射雾观测阶段使用5Hz和1Hz两台不同频率的雾滴谱仪进行辐射雾精细化观测研究。研究发现：相较于1Hz的观测结果，5Hz更容易观测到雾微物理量的极值。从整个雾过程来看，5Hz雾滴谱仪平均成1Hz后的结果在雾的生成和消散阶段与1Hz雾滴谱仪的原始结果的相似度较低，在雾的成熟和发展阶段相似度较高。从谱型来看，5Hz和1Hz观测到的谱型基本类似，主要差别出现在峰值。5Hz和1Hz均能反映此次雾过程中不同阶段微物理之间的关系，主要差别出现在雾的生成阶段, 可能为5Hz在此阶段观测到的活化并凝结增长的新雾滴相对较少所导致。
为研究FM-120雾滴谱仪不同采样频率（5Hz、1Hz）对辐射雾微结构观测的影响，2020年冬季在连云港东海县开展了为期58d的雾外场精细化观测。在2020年12月28日一次辐射雾观测阶段使用5Hz和1Hz两台不同频率的雾滴谱仪进行辐射雾精细化观测研究。研究发现：相较于1Hz的观测结果，5Hz更容易观测到雾微物理量的极值。从整个雾过程来看，5Hz雾滴谱仪平均成1Hz后的结果在雾的生成和消散阶段与1Hz雾滴谱仪的原始结果的相似度较低，在雾的成熟和发展阶段相似度较高。从谱型来看，5Hz和1Hz观测到的谱型基本类似，主要差别出现在峰值。5Hz和1Hz均能反映此次雾过程中不同阶段微物理之间的关系，主要差别出现在雾的生成阶段, 可能为5Hz在此阶段观测到的活化并凝结增长的新雾滴相对较少所导致。
在线获得:2022-03-14, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb. 20220303002
摘要：
全球CO2浓度增加造成的全球变暖已成为人类亟需解决的问题，陆地生态系统在过去几十年一直扮演着重要的碳汇角色，吸收了30%左右的人类活动排放CO2。本文调研分析了陆地生态系统固碳速率空间估算方法，包括样地调查、通量监测、模型模拟、遥感估算等，梳理了各种估算方法的研究现状与进展。样地调查、通量观测等方法可以提供点尺度的固碳速率直接测量信息，但存在观测样本有限、空间代表性不足等问题。模型模拟方法可以从机理的角度描述了陆地碳、水、能量循环，模拟预测陆地生态系统固碳速率的状态和变化，然而，在模型建立过程中，抽象和简化会引入结构与假设的不确定性，以及模型驱动数据引入的不确定性等问题是碳循环模型模拟方法面临的一大挑战。卫星遥感具有全球覆盖、精细分辨率、时间序列观测等优点，结合机器学习方法，为地球大数据驱动的全球碳源汇估算提供了新的研究范式。但是，当前各种固碳速率的监测方法还没有满足高度时空异质性的陆地生态系统固碳量监测需求，未来需要整合地面观测、模型模拟和卫星遥感等多种技术手段，提供区域和全球尺度的陆地生态系统碳汇精确估算方法体系和科学数据产品。
全球CO2浓度增加造成的全球变暖已成为人类亟需解决的问题，陆地生态系统在过去几十年一直扮演着重要的碳汇角色，吸收了30%左右的人类活动排放CO2。本文调研分析了陆地生态系统固碳速率空间估算方法，包括样地调查、通量监测、模型模拟、遥感估算等，梳理了各种估算方法的研究现状与进展。样地调查、通量观测等方法可以提供点尺度的固碳速率直接测量信息，但存在观测样本有限、空间代表性不足等问题。模型模拟方法可以从机理的角度描述了陆地碳、水、能量循环，模拟预测陆地生态系统固碳速率的状态和变化，然而，在模型建立过程中，抽象和简化会引入结构与假设的不确定性，以及模型驱动数据引入的不确定性等问题是碳循环模型模拟方法面临的一大挑战。卫星遥感具有全球覆盖、精细分辨率、时间序列观测等优点，结合机器学习方法，为地球大数据驱动的全球碳源汇估算提供了新的研究范式。但是，当前各种固碳速率的监测方法还没有满足高度时空异质性的陆地生态系统固碳量监测需求，未来需要整合地面观测、模型模拟和卫星遥感等多种技术手段，提供区域和全球尺度的陆地生态系统碳汇精确估算方法体系和科学数据产品。
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2019,42(2): 161-173, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20170504012
摘要：
眼墙替换是影响台风强度和内核结构的一种重要过程。本研究在高分辨率的数值理想试验中加入大涡模拟技术，对比分析大涡模拟对眼墙替换过程的影响。结果表明：大涡模拟的加入使得模拟台风的强度和边界层入流增强。整个眼墙替换过程共用时约20～22 h，但大涡模拟试验中外眼墙形成更迅速，同时强度和上升运动偏弱。外眼墙完全取代内眼墙之后的台风强度超过替换过程之前的强度。此外，使用大涡技术可以更好地模拟出眼墙替换过程中内外眼墙之间的moat区下沉运动，结构特征与前人观测中所发现的结构特征一致。因此，在台风数值研究中引入大涡模拟技术，有助于更好地模拟眼墙替换过程中的台风结构特征和变化。
眼墙替换是影响台风强度和内核结构的一种重要过程。本研究在高分辨率的数值理想试验中加入大涡模拟技术，对比分析大涡模拟对眼墙替换过程的影响。结果表明：大涡模拟的加入使得模拟台风的强度和边界层入流增强。整个眼墙替换过程共用时约20～22 h，但大涡模拟试验中外眼墙形成更迅速，同时强度和上升运动偏弱。外眼墙完全取代内眼墙之后的台风强度超过替换过程之前的强度。此外，使用大涡技术可以更好地模拟出眼墙替换过程中内外眼墙之间的moat区下沉运动，结构特征与前人观测中所发现的结构特征一致。因此，在台风数值研究中引入大涡模拟技术，有助于更好地模拟眼墙替换过程中的台风结构特征和变化。
2022,45(2): 280-291, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20200719017
摘要：
利用美国NOAA海表温度资料,重点分析了北太平洋海温异常EOF第二模态Victoria模态(VM)与ENSO年际关系的非对称特征。研究发现,VM和ENSO在年代际尺度上相关性较弱,而在年际尺度上有很好的相关关系,两者同期为负相关,VM超前1 a为正相关。然而,正负VM事件与ENSO冷暖位相在年际尺度上的联系存在着一定的非对称性。正VM事件与同年冬季热带中东太平洋海温异常的联系较弱,但次年常有厄尔尼诺事件发生;相比较而言,负VM事件在同年一般都有厄尔尼诺事件伴随发生,而与次年冬季热带中东太平洋海温没有显著联系,且很少有ENSO事件发生。由此可见,正VM事件对次年厄尔尼诺的发生发展似乎有促进作用,可作为ENSO前期预报因子之一,而负VM事件不能作为ENSO的前期预报因子。
利用美国NOAA海表温度资料,重点分析了北太平洋海温异常EOF第二模态Victoria模态(VM)与ENSO年际关系的非对称特征。研究发现,VM和ENSO在年代际尺度上相关性较弱,而在年际尺度上有很好的相关关系,两者同期为负相关,VM超前1 a为正相关。然而,正负VM事件与ENSO冷暖位相在年际尺度上的联系存在着一定的非对称性。正VM事件与同年冬季热带中东太平洋海温异常的联系较弱,但次年常有厄尔尼诺事件发生;相比较而言,负VM事件在同年一般都有厄尔尼诺事件伴随发生,而与次年冬季热带中东太平洋海温没有显著联系,且很少有ENSO事件发生。由此可见,正VM事件对次年厄尔尼诺的发生发展似乎有促进作用,可作为ENSO前期预报因子之一,而负VM事件不能作为ENSO的前期预报因子。
摘要：
基于全国自动站观测降水量和CMORPH(CPC MORPHing technique)卫星反演降水资料,采用PDF(probability density function)和OI(optimal interpolation)两步融合方法生成了中国区域1 h、0.1°×0.1°分辨率的降水量融合产品。本文分别从产品误差的时空分布特征、不同降水量级和不同累积时间下的产品质量、三种站网密度下的融合效果以及对强降水过程监测能力等方面对比评估了融合降水产品质量。结果表明,融合降水产品有效利用了地面观测和卫星反演降水各自的优势,在降水量值和空间分布上均更为合理;融合产品平均偏差和均方根误差均减小,随时间的变化幅度不大且区域性分布特征减弱;融合产品与融合前的卫星反演降水产品相比在中雨(1.0～2.5 mm/h)、中到大雨(1.0～8.0 mm/h)、暴雨及以上(≥8.0 mm/h)的相对误差分别为-1.675%、小于15.0%、30.0%左右,且随着累积时间的增加,产品质量进一步提高;该产品能准确抓住强降水过程,在定量监测强降水中具有优势。
基于全国自动站观测降水量和CMORPH(CPC MORPHing technique)卫星反演降水资料,采用PDF(probability density function)和OI(optimal interpolation)两步融合方法生成了中国区域1 h、0.1°×0.1°分辨率的降水量融合产品。本文分别从产品误差的时空分布特征、不同降水量级和不同累积时间下的产品质量、三种站网密度下的融合效果以及对强降水过程监测能力等方面对比评估了融合降水产品质量。结果表明,融合降水产品有效利用了地面观测和卫星反演降水各自的优势,在降水量值和空间分布上均更为合理;融合产品平均偏差和均方根误差均减小,随时间的变化幅度不大且区域性分布特征减弱;融合产品与融合前的卫星反演降水产品相比在中雨(1.0～2.5 mm/h)、中到大雨(1.0～8.0 mm/h)、暴雨及以上(≥8.0 mm/h)的相对误差分别为-1.675%、小于15.0%、30.0%左右,且随着累积时间的增加,产品质量进一步提高;该产品能准确抓住强降水过程,在定量监测强降水中具有优势。
2014,37(5): 642-652, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20121017006
摘要：
利用新一代中尺度研究和预报模式(Weather Research and Forecasting Model,简称 WRF)分别耦合多冠层、单冠层和平板模式三种情况进行南京地区2007年8月1日的天气过程模拟,分析不同城市冠层方案对南京气象场的模拟效果.在此基础上,结合模拟效果最好的城市冠层方案,研究南京城市下垫面的变化对其热岛的影响.结果表明:多冠层方案对近地面气温、10 m风场的模拟效果最好;城区的扩张使南京地区近地面气温升高,主要表现为城市区域夜间升温显著,并且导致热岛强度明显增强;城市扩张后,城区白天风速大范围地减小,同时热岛环流更加显著,且具有明显的城市热岛的“下游效应”.
利用新一代中尺度研究和预报模式(Weather Research and Forecasting Model,简称 WRF)分别耦合多冠层、单冠层和平板模式三种情况进行南京地区2007年8月1日的天气过程模拟,分析不同城市冠层方案对南京气象场的模拟效果.在此基础上,结合模拟效果最好的城市冠层方案,研究南京城市下垫面的变化对其热岛的影响.结果表明:多冠层方案对近地面气温、10 m风场的模拟效果最好;城区的扩张使南京地区近地面气温升高,主要表现为城市区域夜间升温显著,并且导致热岛强度明显增强;城市扩张后,城区白天风速大范围地减小,同时热岛环流更加显著,且具有明显的城市热岛的“下游效应”.
摘要：
利用多种类型资料,对2009年6月29—30日引发鄂皖境内梅雨锋特大暴雨过程的天气形势和中尺度对流系统(MCSs)进行了初步分析,揭示了梅雨锋暴雨系统的多尺度结构特征,并用中尺度模式WRF对梅雨锋暴雨系统进行了9 km三重双向嵌套大区域精细模拟,再采用Morlet小波变换对模式输出进行空间带通滤波,分离出〖WTBX〗α、β和γ〖WTB1〗中尺度系统,对不同中尺度系统的热力动力三维空间结构特征进行了研究。结果表明:梅雨锋特大暴雨由梅雨锋上多个不同尺度的MCSs活动造成,这些不同尺度的MCSs在卫星云图和雷达回波上呈现出不同的特点。在〖WTBX〗α、β和γ〖WTB1〗中尺度上,梅雨锋暴雨中尺度系统在水平和垂直方向上的动力、热力结构特征存在着明显的差异,〖WTBX〗α、β中尺度系统具有明显的垂直环流,而γ中尺度系统则具有惯性重力波特征,往往嵌套在α、β〖WTB1〗中尺度系统内发生发展。最后,提出了典型梅雨锋暴雨系统的物理概念模型。
利用多种类型资料,对2009年6月29—30日引发鄂皖境内梅雨锋特大暴雨过程的天气形势和中尺度对流系统(MCSs)进行了初步分析,揭示了梅雨锋暴雨系统的多尺度结构特征,并用中尺度模式WRF对梅雨锋暴雨系统进行了9 km三重双向嵌套大区域精细模拟,再采用Morlet小波变换对模式输出进行空间带通滤波,分离出〖WTBX〗α、β和γ〖WTB1〗中尺度系统,对不同中尺度系统的热力动力三维空间结构特征进行了研究。结果表明:梅雨锋特大暴雨由梅雨锋上多个不同尺度的MCSs活动造成,这些不同尺度的MCSs在卫星云图和雷达回波上呈现出不同的特点。在〖WTBX〗α、β和γ〖WTB1〗中尺度上,梅雨锋暴雨中尺度系统在水平和垂直方向上的动力、热力结构特征存在着明显的差异,〖WTBX〗α、β中尺度系统具有明显的垂直环流,而γ中尺度系统则具有惯性重力波特征,往往嵌套在α、β〖WTB1〗中尺度系统内发生发展。最后,提出了典型梅雨锋暴雨系统的物理概念模型。
2023,46(3): 332-344, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20230303001
摘要：
针对中国南方极端气候事件成因,本研究综合考虑高温、少雨和干燥三种极端事件,将其异常同时超出1959—2022年间1倍年际标准差定义为干热少雨复合事件,通过合成分析和相似环流-动力调整方法,研究了春季土壤湿度对夏季干热少雨复合事件的影响及物理机制,进一步对2022年夏季南方极端干热少雨复合事件开展深入分析。结果表明:1)中国南方地区春季土壤湿度与夏季气候局地耦合的热点与2022年夏季气温、降水和相对湿度的变率高值区基本吻合;2)春季长江流域及黄淮地区土壤偏干,且东南地区偏湿时,夏季出现干热少雨复合极端事件概率加大;3)春季土壤湿度通过调节局地蒸散和净辐射能量的分配影响夏季气候变率。本研究对改善干热少雨复合事件的预测具有重要参考价值。
针对中国南方极端气候事件成因,本研究综合考虑高温、少雨和干燥三种极端事件,将其异常同时超出1959—2022年间1倍年际标准差定义为干热少雨复合事件,通过合成分析和相似环流-动力调整方法,研究了春季土壤湿度对夏季干热少雨复合事件的影响及物理机制,进一步对2022年夏季南方极端干热少雨复合事件开展深入分析。结果表明:1)中国南方地区春季土壤湿度与夏季气候局地耦合的热点与2022年夏季气温、降水和相对湿度的变率高值区基本吻合;2)春季长江流域及黄淮地区土壤偏干,且东南地区偏湿时,夏季出现干热少雨复合极端事件概率加大;3)春季土壤湿度通过调节局地蒸散和净辐射能量的分配影响夏季气候变率。本研究对改善干热少雨复合事件的预测具有重要参考价值。
2019,42(4): 631-640, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20170815015
摘要：
多普勒天气雷达探测过程中的非气象因子会显著影响雷达资料的定量化应用，在雷达基数据的应用前需对雷达资料进行抑制地物杂波、去距离折叠和退速度模糊等质量控制。本文在现有的自动识别地物回波方法的基础上，提出了基于支持向量机（Support Vector Machine，SVM）识别雷达地物杂波的方法，2013年6-8月对安庆和常州两地的CINRAD/SA雷达观测资料进行雷达地物回波识别，并将其与运用人工神经网络（Artificial Neural Networks，ANNs）识别的结果进行对比，结果表明支持向量机方法能够取得更好的效果。在地物、降水回波总样本识别和地物回波识别方面更为有效；降水回波的误判方面，神经网络略优于支持向量机，但两者差异不大，都将降水回波的误判率控制在了一个较小的范围内；另外支持向量机方法较之神经网络方法对于训练样本数目的依赖性较小，在训练样本较少时，支持向量机方法仍能保持有效的识别效果。
多普勒天气雷达探测过程中的非气象因子会显著影响雷达资料的定量化应用，在雷达基数据的应用前需对雷达资料进行抑制地物杂波、去距离折叠和退速度模糊等质量控制。本文在现有的自动识别地物回波方法的基础上，提出了基于支持向量机（Support Vector Machine，SVM）识别雷达地物杂波的方法，2013年6-8月对安庆和常州两地的CINRAD/SA雷达观测资料进行雷达地物回波识别，并将其与运用人工神经网络（Artificial Neural Networks，ANNs）识别的结果进行对比，结果表明支持向量机方法能够取得更好的效果。在地物、降水回波总样本识别和地物回波识别方面更为有效；降水回波的误判方面，神经网络略优于支持向量机，但两者差异不大，都将降水回波的误判率控制在了一个较小的范围内；另外支持向量机方法较之神经网络方法对于训练样本数目的依赖性较小，在训练样本较少时，支持向量机方法仍能保持有效的识别效果。
摘要：
大气中的风切变严重威胁飞机安全，尤其低空风切变是影响飞机起降的重要因素。利用多普勒雷达速度资料计算一维切向、一维径向与二维合成风切变，准确判断风切变的危险区域，能够及时为飞行及起降提供告警。针对多普勒雷达业务应用的主用户处理器PUP（Principal User Processor）上风切变自动识别产品存在的边缘识别较弱及定位误差较大等问题，根据多普勒雷达速度资料径向分布的特点，利用最小二乘法线性拟合优势，选择适于机载雷达参数的拟合窗口，对多个实例进行了识别分析。对比结果表明最小二乘法在识别效果、定位精度、边缘识别等方面优于PUP风切变自动识别产品，提高了风切变识别能力，有助于为机载雷达风切变识别及预警提供更好的依据。
大气中的风切变严重威胁飞机安全，尤其低空风切变是影响飞机起降的重要因素。利用多普勒雷达速度资料计算一维切向、一维径向与二维合成风切变，准确判断风切变的危险区域，能够及时为飞行及起降提供告警。针对多普勒雷达业务应用的主用户处理器PUP（Principal User Processor）上风切变自动识别产品存在的边缘识别较弱及定位误差较大等问题，根据多普勒雷达速度资料径向分布的特点，利用最小二乘法线性拟合优势，选择适于机载雷达参数的拟合窗口，对多个实例进行了识别分析。对比结果表明最小二乘法在识别效果、定位精度、边缘识别等方面优于PUP风切变自动识别产品，提高了风切变识别能力，有助于为机载雷达风切变识别及预警提供更好的依据。
2023,46(6): 950-960, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20230313001
摘要：
2021年春季中国北方地区共出现了4次沙尘暴或强沙尘暴,2022年同期仅出现1次沙尘暴。基于2015—2022年空气质量和多源气象数据,利用Lamb-Jenkinson分型法与Mann-Whitney U检验法开展了2021年和2022年春季沙尘源地条件和气象因素异同分析,得到以下结论:中国北方沙尘天气多发型分为NW-N型(气旋型)和E-NE型(高压型),NW-N型造成的PM10极值更高、高浓度范围更广。气象因素而言,2022年春季有利于沙尘的天气型活动更频繁,与2021年春季沙尘日PM10浓度差异主要集中在NW-N型,两段时期NW-N型活动频数、气旋强度接近,有利于沙尘天气的动力抬升条件接近。从沙源地条件而言,2021年前冬蒙古沙源地土壤温度“前冷后暖”导致融雪等水量峰值早至,加之大面积降水负距平且3月蒙古沙源地气旋偏强,干燥、稀松的沙源致使春季沙尘多发;2022年前冬蒙古沙源地土壤气温“前暖后冷”导致融雪期等水量、土壤含水量峰值晚至,深厚湿润的土壤条件不利于起沙。故蒙古沙源地条件差异是两个时期沙尘差异显著的主要原因。
2021年春季中国北方地区共出现了4次沙尘暴或强沙尘暴,2022年同期仅出现1次沙尘暴。基于2015—2022年空气质量和多源气象数据,利用Lamb-Jenkinson分型法与Mann-Whitney U检验法开展了2021年和2022年春季沙尘源地条件和气象因素异同分析,得到以下结论:中国北方沙尘天气多发型分为NW-N型(气旋型)和E-NE型(高压型),NW-N型造成的PM10极值更高、高浓度范围更广。气象因素而言,2022年春季有利于沙尘的天气型活动更频繁,与2021年春季沙尘日PM10浓度差异主要集中在NW-N型,两段时期NW-N型活动频数、气旋强度接近,有利于沙尘天气的动力抬升条件接近。从沙源地条件而言,2021年前冬蒙古沙源地土壤温度“前冷后暖”导致融雪等水量峰值早至,加之大面积降水负距平且3月蒙古沙源地气旋偏强,干燥、稀松的沙源致使春季沙尘多发;2022年前冬蒙古沙源地土壤气温“前暖后冷”导致融雪期等水量、土壤含水量峰值晚至,深厚湿润的土壤条件不利于起沙。故蒙古沙源地条件差异是两个时期沙尘差异显著的主要原因。
2016,39(6): 722-734, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20161028003
摘要：
本文主要分析了2014-2016年超强El Niño事件的发生发展过程与机理。结果表明，整个El Niño生命期长达2 a左右（2014年4月-2016年5月），其演变过程可划分为4个阶段：1）早期的西风连续爆发（2013年12月-2014年4月）。连续三次西风爆发不但改变了热带中东太平洋长期盛行的偏东信风，同时也开始改变了中东太平洋长达12 a的平均冷水状态，使海表温度开始增暖，在2014年初春超过0.5℃，标志着一次新的El Niño事件可能在赤道中太平洋发生。2）交替的减弱与增强期（2014年6月-2015年8月）。赤道西太平洋继续发生了6次西风爆发，不但维持和增强了赤道中东太平洋的增温，而且通过了两次（2014年5-8月与2015年1-3月）海洋增暖的减缓期或障碍期，使初生的El Niño事件不但未夭折，而且明显的增强为一次强El Niño事件。Niño3.4区海温指数在2015年8月达到2℃。相应，赤道太平洋次表层中也观测到有6次暖Kelvin波东传，其正的热含量距平不但维持了赤道中东太平洋的连续增暖，也使El Niño的类型由中部型向东部型过渡。3）发展的鼎盛期（2015年9月-2016年2月）。西风出现2次更强的爆发，相应中东赤道太平洋对流活动异常强盛，Niño3.4区快速增温，在2015年11月达到3℃，增强到其超强阶段。4）快速衰减阶段（2016年3-5月）。El Niño迅速从Niño3.4区的2℃减少到0.5℃。以后很快开始向冷海温过渡。2016年7-8月，Niño3.4区海温已接近-0.5℃。这种快速转换是延迟振子理论的一种体现。通过本文分析，可以得到，这次El Niño发生发展与冷暖位相转换的观测事实与目前的理论结果（如充电振荡与延迟振子理论）是一致的。正因为如此，基于这些理论的El Niño预报也是相当成功的。这清楚地表明El Niño理论研究的成果对于相关业务预报发展具有明显的科学支撑力。
本文主要分析了2014-2016年超强El Niño事件的发生发展过程与机理。结果表明，整个El Niño生命期长达2 a左右（2014年4月-2016年5月），其演变过程可划分为4个阶段：1）早期的西风连续爆发（2013年12月-2014年4月）。连续三次西风爆发不但改变了热带中东太平洋长期盛行的偏东信风，同时也开始改变了中东太平洋长达12 a的平均冷水状态，使海表温度开始增暖，在2014年初春超过0.5℃，标志着一次新的El Niño事件可能在赤道中太平洋发生。2）交替的减弱与增强期（2014年6月-2015年8月）。赤道西太平洋继续发生了6次西风爆发，不但维持和增强了赤道中东太平洋的增温，而且通过了两次（2014年5-8月与2015年1-3月）海洋增暖的减缓期或障碍期，使初生的El Niño事件不但未夭折，而且明显的增强为一次强El Niño事件。Niño3.4区海温指数在2015年8月达到2℃。相应，赤道太平洋次表层中也观测到有6次暖Kelvin波东传，其正的热含量距平不但维持了赤道中东太平洋的连续增暖，也使El Niño的类型由中部型向东部型过渡。3）发展的鼎盛期（2015年9月-2016年2月）。西风出现2次更强的爆发，相应中东赤道太平洋对流活动异常强盛，Niño3.4区快速增温，在2015年11月达到3℃，增强到其超强阶段。4）快速衰减阶段（2016年3-5月）。El Niño迅速从Niño3.4区的2℃减少到0.5℃。以后很快开始向冷海温过渡。2016年7-8月，Niño3.4区海温已接近-0.5℃。这种快速转换是延迟振子理论的一种体现。通过本文分析，可以得到，这次El Niño发生发展与冷暖位相转换的观测事实与目前的理论结果（如充电振荡与延迟振子理论）是一致的。正因为如此，基于这些理论的El Niño预报也是相当成功的。这清楚地表明El Niño理论研究的成果对于相关业务预报发展具有明显的科学支撑力。
2021,44(1): 39-49, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20201113007
摘要：
北极是全球气候系统平衡的重要一环，近20 a全球变暖现象中，北极迅速增温及融冰是最为引人关注的问题之一。人类影响无疑是过去几十年北极变暖背后的最主要的原因及驱动力，但气候系统的内在自然变率对北极的影响也不容忽视。本文指出，北极变暖的自然影响因子有一部分来源于热带太平洋东部海温的变化，热带太平洋通过由东部海温异常所驱动的大尺度遥相关环流型来影响北极的气候系统，该影响过程在过去20 a的演化是由热带海温的冷异常趋势所触发的。海温的冷异常通过遥相关波列在北极建立起一个异常的高压系统，并通过对大气温度的绝热加热来增加大气向下的长波辐射以加速海冰的融化，该作用在北半球夏天尤为明显，且于2007-2012年达到最大强度。此热带海温异常可能与IPO （the Interdecadal Pacific Oscillation，太平洋年代际振荡）有关，且其对高纬气候的影响可能不同于典型ENSO对高纬气候的作用。通过对CMIP5气候模式的检验可发现，大部分模式对这个热带与北极联系的模拟都存在着显著的偏差和缺陷，具体原因仍需更多研究。本文给出了有关模式局限性的一些猜想，讨论了2020年夏季海冰快速融化的原因，并通过比较2020年夏季的环流异常与之前41 a （1979-2019年）与海冰融化紧密联系的大尺度环流型，进一步探究了2020年夏季热带东太平洋海温的冷异常对北极当季增温及融冰是否具有显著作用。
北极是全球气候系统平衡的重要一环，近20 a全球变暖现象中，北极迅速增温及融冰是最为引人关注的问题之一。人类影响无疑是过去几十年北极变暖背后的最主要的原因及驱动力，但气候系统的内在自然变率对北极的影响也不容忽视。本文指出，北极变暖的自然影响因子有一部分来源于热带太平洋东部海温的变化，热带太平洋通过由东部海温异常所驱动的大尺度遥相关环流型来影响北极的气候系统，该影响过程在过去20 a的演化是由热带海温的冷异常趋势所触发的。海温的冷异常通过遥相关波列在北极建立起一个异常的高压系统，并通过对大气温度的绝热加热来增加大气向下的长波辐射以加速海冰的融化，该作用在北半球夏天尤为明显，且于2007-2012年达到最大强度。此热带海温异常可能与IPO （the Interdecadal Pacific Oscillation，太平洋年代际振荡）有关，且其对高纬气候的影响可能不同于典型ENSO对高纬气候的作用。通过对CMIP5气候模式的检验可发现，大部分模式对这个热带与北极联系的模拟都存在着显著的偏差和缺陷，具体原因仍需更多研究。本文给出了有关模式局限性的一些猜想，讨论了2020年夏季海冰快速融化的原因，并通过比较2020年夏季的环流异常与之前41 a （1979-2019年）与海冰融化紧密联系的大尺度环流型，进一步探究了2020年夏季热带东太平洋海温的冷异常对北极当季增温及融冰是否具有显著作用。
摘要：
北大西洋年代际振荡(theAtlantic Multidecadal Oscillation,AMO)是发生在北大西洋区域空间上具有海盆尺度、时间上具有多十年尺度的海表温度(sea surface temperature,SST)准周期性暖冷异常变化。它具有65～80a周期,振幅为0.4℃。AMO的形成与热盐环流的准周期性振荡有关,它是气候系统的一种自然变率。诸多研究表明,AMO在北大西洋局地气候及全球其他区域气候演变中发挥了重要影响。欧亚大陆的表面气温,美国大陆、巴西东北部、西非以及南亚的降水,北大西洋飓风等都与之密切相关。AMO对东亚季风气候的年代际变化有显著的调制作用,暖位相AMO增强东亚夏季风,减弱冬季风,冷位相则相反。本文总结了这方面的研究进展,讨论了AMO对未来气候预测的意义,认为最近20多年来我国冬季的显著增暖与AMO处于暖位相有关,是人类温室气体强迫与暖位相AMO(自然因子)两种增暖影响相叠加的结果。随着AMO逐渐转入冷位相,我国冬季变暖趋势将放慢,并有望于21世纪20年代中期逆转。
北大西洋年代际振荡(theAtlantic Multidecadal Oscillation,AMO)是发生在北大西洋区域空间上具有海盆尺度、时间上具有多十年尺度的海表温度(sea surface temperature,SST)准周期性暖冷异常变化。它具有65～80a周期,振幅为0.4℃。AMO的形成与热盐环流的准周期性振荡有关,它是气候系统的一种自然变率。诸多研究表明,AMO在北大西洋局地气候及全球其他区域气候演变中发挥了重要影响。欧亚大陆的表面气温,美国大陆、巴西东北部、西非以及南亚的降水,北大西洋飓风等都与之密切相关。AMO对东亚季风气候的年代际变化有显著的调制作用,暖位相AMO增强东亚夏季风,减弱冬季风,冷位相则相反。本文总结了这方面的研究进展,讨论了AMO对未来气候预测的意义,认为最近20多年来我国冬季的显著增暖与AMO处于暖位相有关,是人类温室气体强迫与暖位相AMO(自然因子)两种增暖影响相叠加的结果。随着AMO逐渐转入冷位相,我国冬季变暖趋势将放慢,并有望于21世纪20年代中期逆转。
2015,38(1): 27-36, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20130626001
摘要：
利用MM5高分辨率数值模式模拟飓风Bonnie(1998)的资料,根据风垂直切变随时间的变化,将飓风Bonnie的发生、发展划分为3个阶段;在不同阶段中,通过分析飓风结构和强度的变化,研究其惯性稳定度的演变。结果表明,Bonnie在发生发展过程中具有很强的非对称性,并出现眼墙替换过程。在飓风结构发展中,较高的惯性稳定度发展与风暴的内核尺度发展一致;高惯性稳定度区提供抗径向运动,主要出现在主眼墙附近和内部区域,高惯性稳定度区的建立致使Rossby变形半径减小,风垂直切变影响减小,使得潜热释放集中于该区,有利于飓风加强,这是飓风内核发展的一个重要因素。
利用MM5高分辨率数值模式模拟飓风Bonnie(1998)的资料,根据风垂直切变随时间的变化,将飓风Bonnie的发生、发展划分为3个阶段;在不同阶段中,通过分析飓风结构和强度的变化,研究其惯性稳定度的演变。结果表明,Bonnie在发生发展过程中具有很强的非对称性,并出现眼墙替换过程。在飓风结构发展中,较高的惯性稳定度发展与风暴的内核尺度发展一致;高惯性稳定度区提供抗径向运动,主要出现在主眼墙附近和内部区域,高惯性稳定度区的建立致使Rossby变形半径减小,风垂直切变影响减小,使得潜热释放集中于该区,有利于飓风加强,这是飓风内核发展的一个重要因素。
2020,43(4): 663-672, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20190330001
摘要：
利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2G卫星逐时TBB资料、多普勒雷达及自动站资料，对2018年7月13日夜间出现在山西东南部的短时强降水天气进行了潜势及触发特征分析。结果表明：副高外围的强劲西南气流为本次短时强降水过程提供了充沛的水汽条件；“上干冷下暖湿”的层结结构与“高层冷平流、低层暖平流”的温度差动平流提供了强对流发生发展所需的能量条件；上升运动的形成和维持有利于不稳定能量的释放和增强。地面β中尺度辐合线发展为β中尺度涡旋，激发β中尺度对流云团的合并与加强；大于等于35 dBZ的β中尺度带状回波中镶嵌的γ中尺度对流单体，在500 hPa西南气流的引导下，形成高度组织化的多单体线状回波缓慢移动是形成局地短历时强降水的直接原因。
利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2G卫星逐时TBB资料、多普勒雷达及自动站资料，对2018年7月13日夜间出现在山西东南部的短时强降水天气进行了潜势及触发特征分析。结果表明：副高外围的强劲西南气流为本次短时强降水过程提供了充沛的水汽条件；“上干冷下暖湿”的层结结构与“高层冷平流、低层暖平流”的温度差动平流提供了强对流发生发展所需的能量条件；上升运动的形成和维持有利于不稳定能量的释放和增强。地面β中尺度辐合线发展为β中尺度涡旋，激发β中尺度对流云团的合并与加强；大于等于35 dBZ的β中尺度带状回波中镶嵌的γ中尺度对流单体，在500 hPa西南气流的引导下，形成高度组织化的多单体线状回波缓慢移动是形成局地短历时强降水的直接原因。
摘要：
利用IAEA\WMO\GNIP的降水稳定同位素资料，分析了中国降水稳定同位素的时空分布特征及其影响因素。结果表明，整体来看我国降水稳定同位素有明显的大陆效应和高度效应。各地大气降水线存在地域差异，内陆地区同一站点冬、夏半年也有明显差异，显示出水汽团特性的不同。不同地区降水稳定同位素（δ和过量氘）的季节变化特征明显不同，表明主要水汽来源存在季节性差异。通过对比长序列降水稳定同位素的年际变化与季风和ENSO指数的关系，发现ENSO与降水稳定同位素有显著的正相关，但不一定通过影响降水量来引起降水稳定同位素（stable isotope in precipitation, SIP）的变化。重点分析了我国降水量效应、温度效应的特点，指出沿海和西南等季风区主要受降水量的影响，北方非季风区温度效应起主要作用，交叉地带则两种效应都有影响。
利用IAEA\WMO\GNIP的降水稳定同位素资料，分析了中国降水稳定同位素的时空分布特征及其影响因素。结果表明，整体来看我国降水稳定同位素有明显的大陆效应和高度效应。各地大气降水线存在地域差异，内陆地区同一站点冬、夏半年也有明显差异，显示出水汽团特性的不同。不同地区降水稳定同位素（δ和过量氘）的季节变化特征明显不同，表明主要水汽来源存在季节性差异。通过对比长序列降水稳定同位素的年际变化与季风和ENSO指数的关系，发现ENSO与降水稳定同位素有显著的正相关，但不一定通过影响降水量来引起降水稳定同位素（stable isotope in precipitation, SIP）的变化。重点分析了我国降水量效应、温度效应的特点，指出沿海和西南等季风区主要受降水量的影响，北方非季风区温度效应起主要作用，交叉地带则两种效应都有影响。
2022,45(4): 502-511, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20220529013
摘要：
IPCC第六次评估报告第二工作组(IPCC AR6 WGⅡ)重点关注气候变化的影响、风险、适应性和脆弱性。报告以最新的数据、翔实的证据、多元的方法定量评估了气候变化对自然和人类系统的影响。相比于AR5,AR6 WGⅡ取得了以下进展:1)内容上明确了气候变化的影响归因于人为气候强迫、非气候因子作用和天气敏感性识别等三类;气候变化带来的127个关键风险将变得广泛、普遍或不可逆转,将全球变暖限制在1.5℃,可大大减少气候变化对自然和人类系统的损失和破坏,指出来适应转型的重要性;2)在评估方法上,AR6采用了最新的SSPs和RCPs组合的SSPs情景,综合性更强;3) AR6对风险和解决方案的关注有所增加,并在AR5的基础上明确了5个“关注理由(RFCs)”的关键风险面临的风险水平将在较低的全球变暖水平上变为高到极高;4) AR6明确了气候行动的紧迫性,将适应和减缓相结合以支持气候恢复力(CRD)发展,指出了立即行动以应对气候风险的重要性和紧迫性。
IPCC第六次评估报告第二工作组(IPCC AR6 WGⅡ)重点关注气候变化的影响、风险、适应性和脆弱性。报告以最新的数据、翔实的证据、多元的方法定量评估了气候变化对自然和人类系统的影响。相比于AR5,AR6 WGⅡ取得了以下进展:1)内容上明确了气候变化的影响归因于人为气候强迫、非气候因子作用和天气敏感性识别等三类;气候变化带来的127个关键风险将变得广泛、普遍或不可逆转,将全球变暖限制在1.5℃,可大大减少气候变化对自然和人类系统的损失和破坏,指出来适应转型的重要性;2)在评估方法上,AR6采用了最新的SSPs和RCPs组合的SSPs情景,综合性更强;3) AR6对风险和解决方案的关注有所增加,并在AR5的基础上明确了5个“关注理由(RFCs)”的关键风险面临的风险水平将在较低的全球变暖水平上变为高到极高;4) AR6明确了气候行动的紧迫性,将适应和减缓相结合以支持气候恢复力(CRD)发展,指出了立即行动以应对气候风险的重要性和紧迫性。
2014,37(5): 653-664, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20111230001
摘要：
西北太平洋对流层低层大尺度低频环流季风涡旋与台风生成有密切的关系.利用时间滤波方法将季风涡旋和台风环流从逐日台风风场中分离出来,对两次季风涡旋活动个例分析发现,气旋初始扰动都首先出现在季风涡旋中心东部,一次季风涡旋活动可以伴随着一个或几个热带气旋的生成.通过进一步分析2000—2009年季风涡旋活动与热带气旋的生成关系发现,虽然季风涡旋的定义与环流强度和持续时间有关,但是热带气旋的生成位置大多数分布在季风涡旋的中心和东部,这可能与季风涡旋的Rossby波能量频散有关.
西北太平洋对流层低层大尺度低频环流季风涡旋与台风生成有密切的关系.利用时间滤波方法将季风涡旋和台风环流从逐日台风风场中分离出来,对两次季风涡旋活动个例分析发现,气旋初始扰动都首先出现在季风涡旋中心东部,一次季风涡旋活动可以伴随着一个或几个热带气旋的生成.通过进一步分析2000—2009年季风涡旋活动与热带气旋的生成关系发现,虽然季风涡旋的定义与环流强度和持续时间有关,但是热带气旋的生成位置大多数分布在季风涡旋的中心和东部,这可能与季风涡旋的Rossby波能量频散有关.
摘要：
介绍了一种对Landsat卫星遥感影像逐像元进行大气校正模型,该模型基于MODTRAN大气辐射传输模型计算建立的查找表(look up table,LUT),并结合暗元目标法(dark object method,DOM),利用遥感影像自身的信息对遥感影像进行大气校正。以Landsat ETM+遥感影像为例,介绍了算法流程,同时给出了大气校正前后的对比结果。结果表明,利用该模型进行的影像逐像元的大气校正,能够有效地降低大气中的大气分子、水汽、臭氧、气溶胶粒子等对卫星遥感影像造成的影响,获得更加精确的地物真实反射率,有利于遥感信息的进一步定量提取和专题解译。
介绍了一种对Landsat卫星遥感影像逐像元进行大气校正模型,该模型基于MODTRAN大气辐射传输模型计算建立的查找表(look up table,LUT),并结合暗元目标法(dark object method,DOM),利用遥感影像自身的信息对遥感影像进行大气校正。以Landsat ETM+遥感影像为例,介绍了算法流程,同时给出了大气校正前后的对比结果。结果表明,利用该模型进行的影像逐像元的大气校正,能够有效地降低大气中的大气分子、水汽、臭氧、气溶胶粒子等对卫星遥感影像造成的影响,获得更加精确的地物真实反射率,有利于遥感信息的进一步定量提取和专题解译。
摘要：
超级单体风暴常伴随着冰雹、雷雨大风等强对流天气，最本质的特征是有一持久深厚的几千米尺度的涡旋———中气旋。利用2003-2009年福建龙岩新一代天气雷达观测到的32次超级单体风暴，分析了超级单体风暴中气旋的时空分布、结构特征以及旋转速度大小、中气旋顶和底的高度、伸长厚度以及切变值等特征量。结果表明：90%以上的超级单体中尺度气旋是与冰雹、雷雨大风、短时强降水等强对流天气相联系的。统计8次有详细灾情的雷雨大风或冰雹天气过程发现，中气旋强度不断加强，中气旋厚度加大，最强切变中心突降时将产生大风或冰雹等强对流天气
超级单体风暴常伴随着冰雹、雷雨大风等强对流天气，最本质的特征是有一持久深厚的几千米尺度的涡旋———中气旋。利用2003-2009年福建龙岩新一代天气雷达观测到的32次超级单体风暴，分析了超级单体风暴中气旋的时空分布、结构特征以及旋转速度大小、中气旋顶和底的高度、伸长厚度以及切变值等特征量。结果表明：90%以上的超级单体中尺度气旋是与冰雹、雷雨大风、短时强降水等强对流天气相联系的。统计8次有详细灾情的雷雨大风或冰雹天气过程发现，中气旋强度不断加强，中气旋厚度加大，最强切变中心突降时将产生大风或冰雹等强对流天气
2015,38(2): 184-194, DOI: 10.13878/j.cnki.dqkxxb.20140508002
摘要：
利用观测海温资料和CMIP5模式模拟结果分析西北太平洋(120°E～120°W,20～60°N)海表温度的气候态和年代际变化特征。结果表明,所选22个模式可以较好地模拟出西北太平洋海表温度的气候特征及其年际、年代际变化特征;模式模拟的海表温度总体标准偏差在黑潮延伸体区域最大;绝大多数模式能模拟出海表温度的第一EOF模态;西北太平洋海表温度具有较明显的年代际振荡现象,13/22的模式模拟的海表温度存在明显的年代际振荡,同时海表温度气候态的模拟偏差对其周期振荡模拟的影响较大,尤其在黑潮延伸体区域。
利用观测海温资料和CMIP5模式模拟结果分析西北太平洋(120°E～120°W,20～60°N)海表温度的气候态和年代际变化特征。结果表明,所选22个模式可以较好地模拟出西北太平洋海表温度的气候特征及其年际、年代际变化特征;模式模拟的海表温度总体标准偏差在黑潮延伸体区域最大;绝大多数模式能模拟出海表温度的第一EOF模态;西北太平洋海表温度具有较明显的年代际振荡现象,13/22的模式模拟的海表温度存在明显的年代际振荡,同时海表温度气候态的模拟偏差对其周期振荡模拟的影响较大,尤其在黑潮延伸体区域。
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