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中亚费尔干纳盆地灌溉气候效应的数值模拟研究
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.056
摘要(53) HTML(10) PDF(6)
摘要:
中亚地处干旱气候区,农业生产高度依赖灌溉,然而灌溉对当地气候影响的认识还较为薄弱。为此,针对多雨(2009年)、少雨(2008年)及正常(2007年)年景下中亚典型农业区—费尔干纳盆地暖季(5—9月)的气候,利用嵌入灌溉过程参数化方案并更新土壤参数的WRF模式,分别进行了考虑灌溉过程(称为IRRG试验)与不考虑灌溉过程(称为NATU试验)的模拟试验,并通过对比IRRG与NATU试验之差揭示了灌溉对区域气候的影响。研究发现:(1)灌溉致使暖季地面潜热增加(79.2 W/m2)、感热减少(−61.3 W/m2),日均温降低1.7℃,空气比湿增加2 g/kg(约为NATU的36%),因5—6月为雨季,7—8月为旱季,故7—8月的灌溉量大,冷湿效应略强于5—6月;(2)冷湿效应主要出现在灌溉区域,降温达2℃,增湿达2.4 g/kg,灌区外甚微,同时从地面到高层大气,冷湿效应越来越弱,在约500 hPa(距地面约4000 m)以上冷湿效应消失;(3)在盆地中央平原地区,因灌溉而致空气湿度增加产生的潜在增雨效应与地面冷却产生的对流抑制作用相互抵消,灌溉与无灌溉情景下当地降水无显著差异;灌溉可导致盆地南、北两侧山区降水增加(约0.6 mm/d);(4)不同年景之间灌溉量差异主要出现在5—6月,少雨年比多雨年灌溉量偏多20 mm/月,日均温降幅偏大0.3℃,空气比湿增幅偏大0.5 g/kg,但山区降水增幅偏小0.6 mm/d。
中国降水的年代际变化及全球变暖、IPO、AMO对其的相对贡献
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.055
摘要(44) HTML(16) PDF(15)
摘要:
虽然中国降水以年际变化为主,但可利用奇异谱分析(SSA,Singular Spectrum Analysis)辨析出10—20 a、20—50 a年代际变化的显著性区域以及 >50 a的长期趋势的显著性区域。本研究通过奇异值分解(SVD,Singular Value Decomposition)、多元线性回归等方法,探究了1934—2018年期间不同海洋模态对6—8月和12—2月中国陆地降水趋势以及年代际振荡的相对贡献。通过对中国降水及中低纬地区海温(SST,Sea Surface Temperature)进行SVD分析发现,不论冬夏,影响中国降水的主要模态是全球变暖(GW,Global Warming),其次是太平洋年代际振荡(IPO,Interdecadal Pacific Oscillation)。利用多元线性回归模型定量评估GW、IPO、大西洋多年代际振荡(AMO,Atlantic Multidecadal Oscillation)对中国不同区域降水的方差贡献及各因子的相对贡献,结果表明:夏季,三者可以解释西北和华北大约30%的年代际降水,其中GW的相对贡献最大、IPO次之;冬季,三者可以解释东北42%、西北和华北30%左右的年代际降水,东北和西北以GW的相对贡献为主、AMO为辅,华北仍以GW影响为主、IPO为辅。
基于自动识别的近三十年华北地区冬季冷锋活动异常及其可能成因
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.057
摘要(36) HTML(8) PDF(8)
摘要:
利用1989—2018年ERA5再分析资料,使用适用于欧亚大陆的冷锋两步客观识别算法,得到冬季冷锋活动数据集。在此基础上,分析了近三十年来华北地区冬季冷锋活动特征,并讨论了冷锋活动异常的可能成因。结果表明:(1)华北地区是东亚大陆上冬季冷锋频数最多、活动最强的关键区域,且华北地区冷锋活动强度有明显的年际变化;(2)在华北地区冷锋活动强年,从北大西洋到欧亚大陆上空,存在一个明显的欧亚遥相关(EU)波列正位相,华北地区上空500 hPa为负位势高度异常,表明东亚大槽增强,相应地面西伯利亚高压偏强;(3)欧亚大陆北部边缘海区域为异常暖平流时,华北地区冷空气活动增强,冷锋活动也增强;(4)大西洋北部的海面温度(SST)异常,可能通过激发对流层中、上层的罗斯贝波,然后向东传播,经过欧洲-西西伯利亚传至中国华北地区,从而影响华北地区的冷锋活动强度。
厄尔尼诺次年夏季中国地区云的变化特征及其与降水的关系
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.049
摘要(84) HTML(16) PDF(21)
摘要:
基于1961—2010年中国地面台站和卫星观测等多种数据,对不同类型厄尔尼诺事件次年夏季中国地区云的变化特征和不同类型降水的变化特征进行了分析,探讨云的变化特征与总降水异常的复杂联系。结果表明:站点数据中,厄尔尼诺事件次年夏季总云量和低云量的异常与降水异常分布形势大致相同;积雨云、雨层云和层积云等低云状的出现频率有所增加。云量与降水异常在全国范围内表现出显著的正相关;在通过显著性检验的正相关站点,云量与降水异常的线性关系也通过了显著性检验,总云量和低云量与降水的增加比例分别接近1∶3和1∶1。卫星数据中,厄尔尼诺事件次年夏季高云量、深对流云量、光学厚度和云水路径的变化与站点降水异常基本呈正相关;黄河以南地区总降水变化主要来源于对流降水的异常,其贡献比例高达80%。中国东部地区低云对降水具有很好的指示作用;厄尔尼诺事件次年夏季南方地区总降水的异常主要来自对流降水的变化;对流降水异常增加与深对流云的异常增多有关。厄尔尼诺事件的发生使得次年夏季中国季风区对流活动增强,对流云云量增多,云层增厚,云顶向上发展,故而对流降水增加,异常雨带形成。
北大西洋多年代际振荡(AMO)对南海夏季风撤退年代际变率的影响及可能机理
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.050
摘要(70) HTML(12) PDF(30)
摘要:
基于美国国家海洋和大气管理局(NOAA)物理科学实验室(PSL)和科罗拉多大学环境科学研究所(CIRES)重建的NOAA-CIRES 20th再分析数据和国际综合海洋大气数据集(ICOADS)的全球月海表温度数据(ERSST),并结合数值试验,分析了南海夏季风撤退的年代际变率特征及北大西洋多年代际振荡(AMO)对其产生的影响。结果表明,南海夏季风撤退时间具有明显的年代际变率,南海夏季风撤退偏晚(早)年代,中国南海及其附近区域上空有显著的气旋性(反气旋性)环流异常,降水偏多(少)。进一步研究发现,AMO与南海夏季风撤退年代际变率呈显著正相关,即AMO为正位相时,南海夏季风撤退偏晚;AMO为负位相时,南海夏季风撤退偏早。北大西洋海温变暖(即AMO位于正位相),从海洋释放了更多的热通量到大气,导致了北大西洋上空对流层的对流活动明显增强,通过海气相互作用激发北大西洋上空的波活动异常,进而影响着与东北亚关键区域大气环流变化密切相关的中纬度欧亚遥相关波列的形成和传播,引起东北亚关键区域的正位势高度异常和明显的下沉运动,并在其对流层低层产生辐散运动,能量伴随着偏北的辐散风气流传播至中国南海及临近区域辐合上升,进一步加强了南海区域的气旋性环流异常,使得南海夏季风撤退偏晚。AMO负位相时,异常情况与之大致相反,使得南海夏季风撤退偏早。
副热带高压背景下极端短时强降水的双偏振相控阵雷达观测分析
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.060
摘要(170) HTML(13) PDF(98)
摘要:
为了研究副热带高压(副高)背景下极端短时强降水系统的动力和云物理结构特征,利用厦门X波段双偏振相控阵雷达观测数据,采用多普勒雷达风场反演技术,并结合高精度的地形数据,对2021年8月11日发生在厦门地区的一次极端短时强降水事件进行了分析。研究表明:(1)这次过程发生在副高控制之下,具有弱天气尺度强迫特征。地面辐合线促进了线状对流系统的形成,其后向传播过程导致了局地极端强降水的发生。(2)对流系统的中层存在大粒子累积区,大粒子的下泻导致雨强增大。倾斜上升(下沉)气流的配置使得大粒子的下泻不会压灭上升气流,有利于对流系统的发展与维持。下沉气流与偏南气流相遇,触发了上游对流系统的发展,形成后向传播。(3)在弱天气尺度背景下,局地地形对于降水系统的影响作用得以被凸显。地形所导致的低层辐合使得差分反射率因子(ZDR)、差分传播相移率(KDP)等双偏振参数在迎风坡处明显增大,且大值区在此处维持。更大、更浓密的降水粒子形成了极高的降雨效率。(4)暖雨过程和冰相过程在这次极端降水事件中并存,前者对雨水的形成起主要作用,冰相粒子的融化加速了这一进程。(5)强降水时雨滴的破碎和碰并趋于平衡,雨强的增大取决于雨滴浓度的增加。因此,差分传播相移率可作为判断雨强是否增大的指标。(6) ZDR柱与KDP柱的演变对于地面雨强的变化具有预示性,特别是在持续降水过程中,ZDRKDP)柱的再度发展预示着降水系统的再次增强。
基于风云四号成像仪云产品的视场偏差订正和影响分析
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.044
摘要(68) HTML(18) PDF(20)
摘要:
新一代静止气象卫星成像仪具有高时、空分辨率的优势,成像仪的云观测资料被广泛应用于气象领域的各项研究中。由于卫星的观测方式和地球曲率导致其存在视场偏差,与其他资料联合应用时需要考虑其影响。针对风云四号A星成像仪的视差问题,首先使用模拟的云顶高度和实际的卫星天顶角进行敏感性分析,结果证实云顶高度越高或者卫星天顶角越大则视差越大, 尤其对具有更高空间分辨率的成像仪,视差影响更需要被重视。随即分别使用CALIPSO云层数据和3套台风最佳路径集来检验视差订正前、后的多通道扫描辐射成像仪(AGRI)云检测产品和台风中心定位的精度,结果证明所用的视差订正方法是有效的,并指出在静止气象卫星资料的精确定量应用中,视差不可忽视。
西学东渐时期西方气象科技在中国的传播及其影响
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.028
摘要(94) HTML(13) PDF(20)
摘要:
从科学(理念)和技术(器物)两个层面系统梳理了西学东渐时期西方气象科技向中国传入的过程,分析研究了西方气象科技输入对中国早期气象事业的推动及知识传播的启蒙作用。明末清初西方气象科技输入在宫廷和士大夫阶层中间产生了一定影响,但并未对中国早期气象事业和知识传播起到实质性、落地性的推动和启蒙作用。晚清民国阶段西学无论从广度还是深度,所起的作用较明末清初阶段大得多。这段历史从以开放的态度对待科学技术引进、注重科学技术本地化、先进的科学技术认识三方面带给人们启示。
东亚夏季副热带平原和高原地区切变线特征的对比研究
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.024
摘要(92) HTML(9) PDF(21)
摘要:
生成于东部平原地区的江淮切变线和西部青藏高原地区的高原切变线,都处在东亚副热带相同纬度带上。为深化对地形高度迥异的江淮切变线和高原切变线的认识和理解,基于ERA-interim再分析资料和合成分析方法,从切变线与暴雨关系、切变线三维结构特征、切变线附近风场与环流特征以及切变线结构演变中的热力机制等方面对二者进行对比研究。结果表明:(1)江淮切变线分为暖切变线、冷切变线、准静止切变线和低涡切变线4类,高原切变线分为高原横切变线和高原竖切变线2类。江淮切变线与高原切变线均与暴雨关系密切,夏季,有近70%的江淮切变线会产生暴雨,暖切变线暴雨对江淮地区切变线暴雨的雨量贡献最大,低涡切变线暴雨的降水强度最大但发生频率较低;近60%的高原横切变线给高原主体地区带来暴雨,超过55%的竖切变线造成高原东侧及其近邻地区暴雨。(2)江淮切变线与高原切变线均为边界层系统,特征层次分别位于850 hPa和500 hPa。时空尺度上,江淮冷切变线和高原横切变线水平尺度分别可达1000 km和2000 km,垂直伸展厚度分别可达5 km和2 km,生命史分别可达48 h和96 h;江淮切变线和高原横切变线在垂直方向上均有从低到高向北倾斜的特征。(3)江淮冷切变线与高原横切变线风场与环流特征存在差异,江淮冷切变线北侧为东北风,南侧为西南风;高原横切变线东西两段风场有所不同,其西段类似于江淮冷切变线,东段在不同发展阶段风场有明显变化。(4)江淮冷切变线与高原横切变线的动力结构和热力结构存在差异。动力结构上,二者均位于正涡度带内,正涡度中心强度都在强盛阶段达到最大。热力结构上,江淮冷切变线附近低空锋区特征明显,其西段位于暖湿区内,东段位于干冷区内;高原横切变线南侧具有明显的高温、高湿特征,切变线北侧存在锋区结构。(5)切变线附近的大气非绝热加热与高原横切变线和江淮冷切变线演变关系密切,垂直非均匀加热作用是高原横切变线和江淮冷切变线发展增强最为重要的因子。二者热力结构有差异,减弱机制不同,干冷空气的侵入会导致高原横切变线强度减弱甚至消亡,江淮冷切变线的强度减弱则与南方暖湿空气的向北侵入有关。
江苏典型下击暴流风暴结构特征统计分析
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.023
摘要(140) HTML(15) PDF(49)
摘要:
为了研究江苏地区下击暴流的结构特征,利用常规天气资料、雷达资料、自动气象观测站资料和ERA5再分析资料等,选取2007—2018年江苏地区19个典型下击暴流进行统计分析。结果表明:江苏下击暴流的分布呈北多南少,以湿下击暴流为主,7月是下击暴流的高发月份,孤立风暴型下击暴流具有弱的天气尺度强迫和上干下湿的结构,风暴移速较慢,飑线镶嵌型下击暴流具有很强的天气尺度强迫特征,风暴移速较快。下击暴流影响期间地面温度变化剧烈,温度降低伴随有明显风速增大过程。统计显示,产生下击暴流风暴的环境温度平均垂直递减率为6.8℃/km,能够保证负浮力的维持,干冷空气被中层辐合气流夹卷进入风暴内进一步加强了下沉气流,使得下击暴流得以维持和加强。下击暴流的初生阶段,强反射率因子核心和中层径向辐合出现在下击暴流发生前20—30 min,成熟阶段,强反射率因子核心高度有明显降低,低层呈辐散结构。
基于深度学习的京津冀地区精细尺度降水临近预报研究
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.027
摘要(107) HTML(13) PDF(51)
摘要:
精细尺度降水的临近预报对于提升现代城市内涝和山洪地质灾害预警能力具有重要意义。深度学习作为一种新兴方法,在挖掘数据内部特征及物理规律方面更具优势,近年来在天气雷达图像领域的应用已初见成效。为进一步改进精细尺度降水的临近预报能力,基于深度学习网络模型RainNet,研究建立了两种滚动预报方式,开展了京津冀地区1 km分辨率精细尺度降水滚动式临近预报试验和对比分析。 试验结果表明:与传统基于交叉相关的外推预报相比,深度学习网络模型RainNet总体可以明显改进降水1 h临近预报的绝对误差和相关系数;两个RainNet相结合的滚动预报方式对1.04 mm/(10 min)及以下阈值降水,在10—50 min预报性能一致优于传统的交叉相关外推预报。深度学习模型对降水消亡过程的时空演变趋势刻画更好,尤其更适用于降水消亡过程的临近预报。采用两个RainNet模型相结合的滚动式预报方式优于单一模型滚动预报方式。
前期青藏高原积雪与ENSO对南海夏季风强度的协同影响
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.026
摘要(89) HTML(30) PDF(33)
摘要:
基于1980—2018年罗格斯大学全球积雪实验室积雪面积、英国气象局哈得来中心海温、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)第5代再分析(ERA-5)土壤湿度、美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析、美国国家海洋大气管理局(NOAA)气候预测中心降水(CMAP)和全球降水气候计划降水(GPCP)等数据,采用相关、合成和回归等分析方法,分析了前期青藏高原积雪和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)年际尺度变化对南海夏季风强度及降水的协同影响。结果表明:在年际尺度上,青藏高原积雪、ENSO与南海夏季风变率有密切关系,当青藏高原春季积雪西部偏多且东部偏少时,夏季高原西部对流层温度偏低,在高原上空产生异常下沉气流并向外辐散,引起中国南海地区对流层中低层为异常下沉气流。另外,赤道中东太平洋海温异常偏高则会使夏季印度洋海温异常偏高,对流层温度偏高,在西北太平洋产生东北风异常,加强西北太平洋和中国南海上空的反气旋性环流异常。在青藏高原积雪和ENSO共同影响下,夏季850 hPa中国南海上空反气旋异常进一步加强,南海夏季风强度减弱,降水减少。
闽南沿海2018—2019年季风爆发前后雨滴谱特征对比分析
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.045
摘要(87) HTML(10) PDF(44)
摘要:
为研究华南前汛期季风爆发前后闽南地区的雨滴谱特征差异,利用2018—2019年厦门站和同安站4—6月的降水现象仪资料,对比分析了季风爆发前后闽南沿海层状云和对流云的雨滴谱分布及微物理参数差异。结果表明,华南前汛期闽南沿海层状云降水占比明显高于对流云降水,但对流云降水的滴谱分布更宽,峰值粒径以上的各粒径区间粒子浓度均大于层状云降水。不论层状云或是对流云降水,2018年季风爆发后均表现为质量加权平均直径(Dm)减小,广义截距参数(Nw)增大。2019年季风爆发后Dm增大,层状云的Nw减小,对流云Nw增大。两年整体呈现相反的演变趋势。层状云的降水率(R)和液态水含量(W)的演变趋势与Nw一致,而对流云的RWDm一致。闽南沿海雨滴谱微物理参数接近于华南沿海,与华东区域相比,整体浓度更高,粒子尺度略小。Z-R关系拟合表明季风爆发前、后层状云与对流云的拟合系数、决定系数具有较大差异,其中对流云拟合效果相对更好。基于Z=300R1.4的定量降水估测对层状云降水和量级较小的对流云降水整体上存在不同程度的低估,对于量级较大的对流云降水存在高估。探讨了环流形势对雨滴谱的可能影响。结果表明绝对水汽含量可能会影响粒子数浓度,而西南风等动力条件和对流有效位能等热力条件会通过影响对流的高度和降水的微物理过程进而可能会影响雨滴谱分布。
双偏振雷达KDP足及ZDR弧的自动识别及应用研究
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.047
摘要(138) HTML(50) PDF(61)
摘要:
差分反射率($ {Z}_{\mathrm{D}\mathrm{R}} $)弧表示超级单体风暴中前侧入流区域弧状的${Z}_{\mathrm{D}\mathrm{R}}$大值区,差分相移率($ {K}_{\mathrm{D}\mathrm{P}} $)足则表示风暴核心顺切变方向$ {K}_{\mathrm{D}\mathrm{P}} $大值区。超级单体风暴中的$ {Z}_{\mathrm{D}\mathrm{R}} $弧及$ {Z}_{\mathrm{D}\mathrm{R}} $弧-$ {K}_{\mathrm{D}\mathrm{P}} $足分离特征已被证实为风暴中粒子“分选机制”的重要示踪因子,并且$ {Z}_{\mathrm{D}\mathrm{R}} $弧和$ {K}_{\mathrm{D}\mathrm{P}} $足质心连线和分离角与低层入流和风暴相对螺旋度相关较好。为快速识别$ {K}_{\mathrm{D}\mathrm{P}} $足及$ {Z}_{\mathrm{D}\mathrm{R}} $弧并提取$ {Z}_{\mathrm{D}\mathrm{R}} $弧-$ {K}_{\mathrm{D}\mathrm{P}} $足分离特征,运用其指示意义提升极端大风和冰雹的预报能力。基于经典概念模型和机器学习方法,利用华东地区S波段双偏振雷达探测资料,进行了$ {K}_{\mathrm{D}\mathrm{P}} $足和$ {Z}_{\mathrm{D}\mathrm{R}} $弧的自动识别算法设计,并计算了$ {Z}_{\mathrm{D}\mathrm{R}} $$ -{K}_{\mathrm{D}\mathrm{P}} $足质心距离和分离角。而后针对华东地区4次超级单体风暴过程,结合地面自动观测资料验证了$ {K}_{\mathrm{D}\mathrm{P}} $足及$ {Z}_{\mathrm{D}\mathrm{R}} $弧识别结果及定量化计算效果。结果显示:设计的方法能够准确识别出超级单体风暴中的$ {K}_{\mathrm{D}\mathrm{P}} $足和$ {Z}_{\mathrm{D}\mathrm{R}} $弧,$ {Z}_{\mathrm{D}\mathrm{R}} $$ -{K}_{\mathrm{D}\mathrm{P}} $足质心距离和分离角的变化也可在一定程度上指示极端大风的发生。
夏季印度洋MJO活跃时间对中国长江流域降水日数的影响
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.029
摘要(141) HTML(21) PDF(46)
摘要:
利用1980—2020年中国753站逐日降水资料、NCEP/NCAR大气再分析资料以及哈得来中心的海表温度资料和实时多变量Madden-Julian振荡( MJO)指数,研究了MJO在印度洋地区(1—3位相)活跃日数对长江流域夏季降水日数的影响。结果表明两者存在统计显著的联系,在MJO活跃日数偏多的年份,MJO相关的西北太平洋反气旋环流异常有利于长江中下游地区的水汽输送,进而导致长江流域中下游范围内降水日数的增加,且这种影响主要体现在降水等级为大雨(25 mm/d)及以上强度的日数上。进一步研究发现,MJO在印度洋活跃日数与长江中下游夏季降水日数的关系存在年代际变化,两者显著的联系仅出现在2000年之后,在之前的时段两者联系则较弱。这种关系的转变可能与印度洋海表温度变率减弱的背景有关,印度洋海洋年际变率变弱导致其对于长江中下游地区的影响减弱,进而使得MJO的调控作用凸显出来。夏季季节平均的印度洋MJO活跃日数可以对长江中下游的大雨以上的降水日数产生影响,且两者间的关系在大约2000年之后变得尤为显著。
气候模式分辨率对气溶胶气候效应数值结果的影响
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.019
摘要(137) HTML(14) PDF(45)
摘要:
气候模式分辨率作为影响模式模拟结果的重要因素,其对气溶胶与云相互作用的影响尚未全面认识。利用公共大气模型CAM5.3在3种分辨率(2°、1°、0.5°)下,分别采用2000年和1850年气溶胶排放情景进行试验,检验提高分辨率是否能改进气候模式的模拟能力,分析不同分辨率下气溶胶气候效应的异同,探索模式分辨率对气溶胶气候效应数值结果的影响。通过观测资料与模式结果对比发现,提高分辨率可以明显改进模式对总云量、云短波辐射强迫的模拟能力,0.5°分辨率下模拟结果与观测更接近,其他变量并无明显改善。在不同分辨率下,全球平均的气溶胶气候效应较为一致,总云量、云水路径均增加,云短波和长波辐射强迫均加强,而云顶的云滴有效半径、地面气温和降水均减少。不同分辨率下,气溶胶增加引起的光学厚度、云水路径、地面温度、云短波和长波辐射强迫的变化的纬向平均分布形势相似但大小存在差异;而降水和云量的变化的纬向分布形势与大小均存在较大差异,在区域尺度上还存在较大的不确定性。全球平均而言, 0.5°分辨率下气溶胶的间接辐射强迫AIF相比1°分辨率下的结果减少了2.5%,相比2°分辨率下的结果减少了6.4%。提高模式分辨率可以部分改进模式模拟能力,同时,气溶胶的间接效应随着模式分辨率的提高而减弱。但气溶胶引起的云量、降水的变化在不同分辨率下差异较大,存在较大不确定性。
利用深度学习开展偏振雷达定量降水估测研究
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.046
摘要(94) HTML(12) PDF(47)
摘要:
利用2018—2020年经偏振升级改造后的广州S波段双偏振雷达(CINRAD/SAD)82892个体扫的0.5°仰角数据,以及雷达100 km探测范围内1109个雨量站共计538560个分钟雨量数据,分别构建了单参量、三参量雷达定量降水估测(QPE)深度学习网络架构(Z-Rnet、KDP-Rnet、Pol-Rnet),并以KDP=0.5°/km为阈值分别训练得到大雨、小雨、总体等9个定量降水估测模型。在常用的均方误差作为损失函数的基础上,对不同降水强度采用不同权重提出了自定义损失函数,并利用比率偏差、相对偏差、均方差、平均绝对误差和平均相对误差作为评价指标对模型进行评估。通过对以积-层混合云为主、以对流云为主和以层状云为主的3次降水过程的模型验证结果表明,利用深度学习训练的模型有较好的定量降水估测效果,区分雨强的小雨、大雨模型比不区分雨强的总体模型的效果要好。采用自定义损失函数模型效果更好,其均方差、平均绝对误差和平均相对误差分别较采用传统均方误差损失函数提升了8.62%、12.52%、16.34%。自定义损失函数中,采用ZH-ZDR-KDP三参量网络架构训练得到的定量降水估测模型效果最好,其均方差、平均绝对误差和平均相对误差分别较采用ZH的单参量Z-Rnet架构提升6.82%、8.43%、7.22%;较采用KDP的单参量KDP-Rnet架构提升12.33%、17.61%、17.26%。
栏目
2022年第3期
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摘要:
论文
摘要:
预估气候变化背景下中国未来近期、中期及远期温度热相关人群超额死亡风险,为未来热相关人群健康风险防范提供科学依据。基于中国网格化日均气温数据集与3种排放情景下未来日均气温数据、历史人口数据与3种生育率情景下未来人口数据以及死因数据资料计算的热效应暴露-反应关系,计算每日热相关死亡人数。结果表明:(1)未来中国平均气温将持续升高,且北方地区升温幅度较大。(2)1986—2005年中国热相关非意外总死亡人数约为7.1(95%置信区间:5.7—8.5)万。(3)RCP2.6、RCP4.5情景下未来中国热相关非意外总死亡人数均呈现先升后降的变化趋势。21世纪末,不同情景下的热相关非意外总死亡人数均高于基准年代。(4)未来不同情景下中国热相关非意外总死亡人数在黄淮海地区以及成渝地区均呈上升趋势,在RCP2.6、RCP4.5情景下北方地区热相关非意外总死亡人数呈下降趋势,东南沿海地区在21世纪30年代后开始呈下降趋势。总体而言在全球变暖的背景下未来中国热相关死亡风险将上升,而在RCP2.6情景下可以有效抑制其上升趋势。
摘要:
气候变化对人群健康的影响不断加剧,亟待评价不适环境温度对健康的不良影响,量化与温度相关的死亡负担和对应的健康经济损失。本研究基于2013年1月1日至2015年12月31日中国272个主要城市的气温和人口死亡数据,采用时间序列方法建立温度与死亡的暴露-反应关系。同时,收集2020年中国大陆364个城市的气象、社会经济和人口数据,进一步估算31个省、自治区、直辖市低温和高温暴露的归因死亡人数和经济损失。结果表明,环境温度与死亡的暴露-反应关系近似呈反“J”型,环境低温和高温暴露均可引起死亡风险升高。2020年环境低温和高温暴露分别导致中国大陆84.24(95%置信区间(95%CI):65.93—102.20)万例和23.58(95%CI:14.69—32.17)万例死亡;相应健康的经济损失分别为17011.08(95%CI:13353.51—20597.72)亿元和5097.35(95%CI:3179.66—6945.93)亿元,共占国内生产总值(GDP)的2.18%。不适环境温度暴露已对中国造成了较大的死亡负担和健康经济损失。未来还需加强行动应对气候变化和不适环境温度的健康威胁,因地制宜采取适应措施保护人群健康。
摘要:
探究京津冀及周边地区大气细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)短期暴露对人群因病就诊的急性影响及其季节性差异,为区域性大气污染的协同治理提供流行病学证据。收集2013年1月1日—2018年12月31日京津冀及周边地区共14个城市100家医院门诊的日就诊量,以及大气PM2.5和O3日均浓度和气象因子数据,基于时间序列研究设计,采用二阶段统计分析策略(广义相加模型联合meta分析),在控制气象因子和时间趋势等混杂因素的基础上构建双污染物模型,分析大气PM2.5和O3短期暴露对人群因病就诊的影响。研究期间,大气PM2.5和O3日均浓度平均分别为 72.2±56.8 μg/m3和 58.2±36.9 μg/m3,医院门诊就诊量达6257万人 · 次。双污染物模型结果显示,移动平均滞后0—1 d的PM2.5和O3暴露浓度每升高10 μg/m3,医院门诊就诊量分别增加0.25%(95%置信区间(95%CI):0.20%—0.29%)和0.15%(95%CI:0.07%—0.22%);拟合季节分层模型发现,冷季PM2.5暴露对门诊就诊量的急性影响较强,而O3相关效应则呈现出暖季较强的特征。京津冀及周边地区大气PM2.5和O3短期暴露均增大人群因病就诊的风险,提示应采取积极措施协同治理大气PM2.5和O3复合污染,同时重视污染物冷、暖季风险的差异。
摘要:
基于2014—2016年京津冀地区学龄前儿童流感发病人数和气象观测数据,研究了学龄前儿童流感发病与单个气象要素以及综合气象条件的关系,结果表明:该地区学龄前儿童流感发病人数与一周以内的气温、相对湿度、气压和综合气象条件指标—大气环境人体感知度(BPWI)存在显著线性相关。大气环境人体感知度与学龄前儿童流感具有更稳定的暴露-反应关系:当BPWI≤−11或0≤BPWI<10 时,随着BPWI减小,流感发病风险增大。气压是另一个显著影响流感发病的气象要素:当本站气压>905 hPa,随着气压的升高,流感发病人数增多;当本站气压达到1007 hPa时,流感发病风险达到峰值。在厘清暴露-反应关系的基础上,采用机器学习方法进行预报建模,发现超前3天的BPWI对流感发病人数贡献最大。通过历史回报检验,得到了较好的学龄前儿童流感发病回报效果,为流感的分类人群干预提供了预报依据和科学参考。
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GNSS/PWV与风云四号A星GIIRS水汽廓线融合应用研究
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.070
摘要(26) [PDF 2959KB](9)
摘要:

我国新一代地球静止气象卫星风云四号A(FY-4A)星搭载的干涉式大气垂直探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder, GIIRS)以红外高光谱干涉分光方式探测三维大气温湿结构,取得了在静止轨道上探测大气的突破性进展。地基GNSS(Global Navigation Satellite System)是一种连续监测大气可降水量(Precipitable Water Vapor, PWV)的有效手段,基于2018年6-8月的全国地基GNSS站监测的PWV和FY-4A/GIIRS水汽廓线的业务产品以及常规无线电探空资料,开展GNSS/PWV与FY-4A/GIIRS水汽廓线快速融合应用,以提高用卫星资料反演大气水汽廓线的精度。结果表明:与常规无线电探空相比,FY-4A/GIIRS水汽廓线产品在大气低层均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)为4.5 g/kg,700 hPa为2.4 g/kg,500 hPa以上因水汽含量较少RSME小于1.5 g/kg。利用GNSS/PWV与FY-4A/GIIRS水汽廓线融合后,FY-4A/GIIRS水汽廓线误差整层RMSE减少20%,从近地层到600 hPa RMSE平均减少20-25%,尤其是850-700 hPa改善最明显,极大改善了卫星水汽反演资料的可用性。通过对一次多系统影响的暴雨天气过程应用分析表明,GNSS/PWV和FY-4A/GIIRS融合产品可获得高时空密度的大气水汽廓线,对强降水的临近预报有非常重要的支撑作用。

北半球夏季季节内振荡年代际变化对西北太平洋群发台风突变减少的影响
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2023.20220044
摘要(10) [PDF 1353KB](6)
摘要:
利用台风最佳路径、bimodal ISO指数和全球逐日向外长波辐射数据,研究了北半球夏季季节内振荡(BSISO)年代际变化造成1996/1997年后西北太平洋群发台风突变减少的可能机制。分析显示,仅有包含3及以上个数台风成员的“MTC3”群发台风出现了突变减少现象,此类台风更倾向在传播速度较慢、低频对流维持时间较长的BSISO活跃位相内出现,对次季节信号强度的要求相对较低。1996/1997年后,BSISO东传范围减小、周期延长、对流活跃位相日数缩短,导致西太地区普遍长时间连续维持对流抑制位相,低频对流在145°E以东海域的强度减弱。当偏西海域有先导台风活动时,它向东南侧引起的Rossby频散波列在145-165°E、5-20°N海域因没有低频对流耦合而快速消散,导致MTC3群发台风年代际突变减少。
河南“7.20”极端暴雨过程发展维持机制的初步分析
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2023.20220014
摘要(25) [PDF 4585KB](11)
摘要:
本文利用实况资料和ERA5再分析资料对“7?20”河南极端暴雨过程的锋生作用、大气非绝热加热和水汽净收支进行深入分析,揭示此次过程天气尺度系统发展维持机制。结果表明:本次极端暴雨过程中,河南位于西北太平洋副热带高压(副高)和大陆高压之间的鞍型场中,低层辐合高层辐散的配置有利于500 hPa低压系统的发展和维持;锋生作用主要发生在对流层低层且与θse密集区有较好对应关系,水平散度项和水平变形项起主导作用,两者贡献基本相当;视热源 和视水汽汇 水平分布与强降雨落区较为吻合,二者的垂直分布有明显差异,Q1最强加热作用在对流层中高层,而Q2垂直分布较为均匀但强度明显小于Q1,Q1中位温垂直输送项起主导作用,而Q2中比湿水平平流项发挥着主导作用,这表明本次河南极端暴雨中,区域性强烈的凝结潜热的释放对降水有正反馈作用。伴随来自台风烟花(2106)北侧偏东气流的不断加强西进,强烈的风速切变及地形抬升引发异常强盛的边界层水汽辐合,总水汽收支主要受到东西向水汽净流入的主导,偏东路径边界层极强的水汽输送对极端暴雨过程的维持和加强起到十分关键的作用。
冷涡背景下华北平原一次弓形回波致灾大风过程分析
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2023.20220024
摘要(274) [PDF 3974KB](28)
摘要:
为了提高对弓形回波致灾大风环境演变和致灾机理的认识,综合利用多源观测和ERA5再分析资料,研究了2020年6月25日华北平原夜间弓形回波的风暴环境演变特征及地面致灾大风的成因机制。结果表明:此次过程发生在高空冷涡背景下,华北平原处于中层干冷气流与低层西南暖湿气流叠加区域,因此有利于强对流天气的发生;对流风暴演变可归结为“超级单体-弓形回波-逗点回波”三个阶段,风暴环境逐渐从中等强度的对流有效位能和深层垂直风切变向弱的对流有效位能和强的垂直风切变演变;超级单体阶段,探空曲线呈“X”型分布,负浮力效应为地面大风的产生提供主要贡献,动量下传和冷池密度流的作用为辅;弓形回波阶段,由于低层暖平流和地面辐射降温的共同作用,近地面出现较强逆温,850-500 hPa垂直温度直减率加大,负浮力、动量下传和冷池密度流作用均较前一阶段明显加强,导致地面13级致灾大风的形成;逗点回波阶段,850-700 hPa的干层减弱,负浮力作用与超级单体阶段相当,动量下传和冷池密度流作用与弓形回波阶段相当,造成地面大风的形成。最后给出本次弓形回波环境演变和致灾机理的物理模型。
广州“5.7”暴雨预报的模式不确定性研究
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2023.20220047
摘要(25) [PDF 2863KB](12)
摘要:
2017年5月7日,在弱天气尺度强迫下,广州发生了暖区特大暴雨,局地发展迅速,降水强度极端,多家业务模式出现了漏报的状况。为了探究此次降水过程中的模式不确定性,采用条件非线性最优参数扰动(Conditional Nonlinear Optimal Perturbation related to Parameters,CNOP-P)方法筛选出最能体现中小尺度系统非线性误差增长特征的关键物理参数,以此构造CNOP-P-RP模式扰动方案,并基于GRAPES_Meso模式进行对流尺度集合预报试验,最后探究了CNOP-P型关键参数影响局地对流发生发展不同阶段的物理机理。结果显示,不同降水阶段的CNOP-P型敏感参数主要和垂直扩散、云雨自动转换或其他水凝物向雨滴的转换有关。与业务上常用的随机物理倾向扰动(Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies,SPPT)方案相比,在本次降水过程中,基于CNOP-P-RP方案构造的集合预报试验具有更高的降水和地面要素的概率预报技巧,集合预报系统可靠性也占优。进一步分析发现,垂直扩散不确定性导致的山前温度梯度和地面冷池的变化在对流触发和暴雨发展中起着重要作用。7日00—04时,花都强降水中心附近垂直扩散的增强使热量、动量和水汽的垂直输送加强,由此造成的雪、霰粒子融化增多是降水量增多的主要原因,说明该阶段雨滴的形成虽以云水的凝结碰并为主,但冰相粒子的作用不容忽视;7日04—08时,随着水汽输送和上升运动加强,更活跃的暖雨过程主导了增城强降水中心降水量的增多。该研究初步证明了CNOP-P-RP方案在刻画对流尺度模式不确定性方面的可行性,可为华南暖区暴雨预报的改进提供一定参考。
中国南方降水及其极端事件的动力-统计相结合的延伸期预报
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2023.20220061
摘要(13) [PDF 2488KB](4)
摘要:
延伸期预报是无缝隙预测系统中的薄弱环节,如何提高灾害天气过程的延伸期预报技巧是国际热点及前沿问题。基于2005年12月?2014年8月的观测/再分析资料,通过奇异值分解方法,揭示了与中国南方低频降水变化高度耦合的热带对流和中纬度波列信号。由于动力预测模式对调控区域降水的大尺度异常信号(热带对流和中纬度波列)有稳定且较高的预测能力,采用中国气象局参加国际次季节至季节预报项目的模式(BCC-CPS-S2Sv2模式,简称BCC S2S模式)预报数据,对中国南方的低频降水异常场进行统计降尺度,构建了一套动力-统计相结合的延伸期降水预测模型。独立预测时段(2014年12月?2019年8月)的结果表明,BCC S2S模式可以提前10?15天预报出中国南方大部分区域的异常降水;然而,提前15?20天以上的预报中,动力-统计结合预报模型对冬季(夏季)华南沿海地区(长江以北地区)的降水时间演变,降水空间分布及极端强降水事件的预报技巧均优于BCC S2S模式。本研究提供了一种新的延伸期预报思路和尝试,该方法对于其他区域气象要素和极端天气事件的延伸期预报具有应用前景。
准平直长路径与多折向路径东移高原涡的环境场特征
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.067
摘要(17) [PDF 4792KB](2)
摘要:

利用1998~2018年NCEP/NCAR 全球可使用最终分析数据、大气观测资料、青藏高原低涡切变线年鉴,采用合成方法比较分析了准平直长路径和多折向路径东移高原涡的环境场特征以及探讨了低涡折向的主导因素。结果表明: 准平直长路径涡、多折向路径涡长时间活动的共同环境场特征是有明显影响低涡活动的天气系统, 副高位于高原涡西南方,高原涡以北上空伴有东、西段急流;使低涡有正渦度平流输入,高原涡上空为辐散区,高空高位涡下传到低渦。它们环境场特征差异是明显的,主要是多折向路径涡伴有较强的热带低压活动,是在副高、西风带天气系统、热带低压相互作用的环流背景下,高原涡东移受阻而折向的; 准平直长路径涡是在西折向路径涡强,造成了准平直长路径涡的正渦度平流、位涡、斜圧性、高空辐散比多折向路径涡强。多折风带天气系统为主导的环流背景下向东移动的; 准平直长路径涡受冷空气、西南气流与高空锋区的影响比多向路径涡造成折向的主导因素是环境场条件使低涡在减弱、东移受阻的情况下,高空高位涡中心在低涡西部上空,高位涡下传的使低渦加强的强正位渦异常区出现在低渦西部,低渦移向低渦加強的区域,造成低渦折向。

S2S模式对四川汛期侯尺度降水预测技巧评估和误差订正
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.068
摘要(19) [PDF 3316KB](4)
摘要:

本文针对四川汛期候降水距平百分率(PAP),采用距平相关系数(ACC)、时间相关系数(TCC)、符号一致率(SCR)和趋势异常综合评分(PS) 4种预测评分方法对S2S计划中10个模式的预测技巧进行检验评估,并在误差分析的基础上提出“正负概率异常订正”方案对各模式侯PAP预测结果进行订正。结果表明,随着预测时效增加,多数模式的预测技巧快速降低,模式间预测技巧的差距缩小。至第10天左右,各模式进入低技巧时段,预测技巧随时效变化的幅度减小,各模式仅对降水趋势异常有一定预测能力,其中BoM明显高于其他模式。这主要是因为除BoM模式外的其他模式对降水年际变化幅度都存在低估,PAP异常偏差为-33%~-18%,不随预测时效发生太大变化,但空间分布不均。经过误差订正后各模式的ACC和SCR有所提高,PS有效提高,并且在次季节尺度的订正效果优于天气尺度。经过订正后,各模式在次季节尺度的平均PS评分均高于76.8,且66.7%的模式PS评分在79.2和80.2之间,超过业务评分标准(72)近8分。这种订正效果在4年的独立样本检验中也得到验证。

中国北方冬季降水的多源资料产品评估和融合优化
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.069
摘要(21) [PDF 3171KB](6)
摘要:

考察不同来源降水产品在中国北方冬季(特别是固态降水)的精度水平和可用性,利用2019年12月-2020年2月美国CMORPH和IMERGE卫星反演降水、日本GSMaP、中国气象局雷达QPE、CMA-MESO模式预报以及地面观测插值等不同来源分析的降水产品,以地面站观测逐小时降水量数据为基准,从KGE评分、相关系数、平均误差和均方根误差等精度统计指标以及命中率(FOD)、虚警率(FAR)和TS评分等降水事件发生角度开展评估,结果表明:中国区域单源降水产品中地面插值分析产品对冬季降水描述精度水平最高也最稳定,但存在明显的系统偏低;其次是雷达QPE和IMERG卫星产品,对中国北方偏南部地区的降水有一定描述能力,但对北方高纬度地区固态降水的反应能力较差;卫星产品中IMERG精度水平最高,CMORPH则基本没有反演能力;CMA-MSEO模式产品虽然误差较大但与地面站点观测的降水特别是固态降水有较高相关,明显优于雷达和IMERG、GSMaP等卫星产品。采用BMA技术融合雷达、模式、卫星降水形成优化背景场,评估逐步引入不同的数据源对融合降水在冬季的精度水平影响,引入IMERG卫星和CMA-MESO模式产品均能提升高分辨率融合产品的质量,其中模式产品的改进效果最显著。

基于机器学习的中国冬季气温异常影响因子分析及模型估算
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2023.20220078
摘要(46) [PDF 1456KB](8)
摘要:
把握冬季气温异常变化趋势是进行短期气候预测的重要前提。已有的基于统计学方法对冬季气温进行气候诊断的研究只考虑了单一特征因子与冬季气温的关系,无法考虑特征因子之间的联系。因此在本文使用1951-2021年我国160站冬季平均气温及多项大气环流及海温等指数,以新颖的机器学习方法为工具,研究影响我国冬季气温异常趋势变化与大气环流及外强迫因子之间的关系。首先使用最小绝对收缩和选择算子(Lasso)算法提取与冬季气温异常相关的影响因子,其优势是可以同时提取多个特征因子,这样不仅考虑每个特征因子与冬季气温的关系,还可以考虑了特征因子之间的联系;其次,为体现特征因子之间非线性关系,使用泰勒公式对原始特征进行了多项式特征增广;最后,为进一步拟合筛选出来的特征因子之间的非线性关系,使用最小二乘梯度提升决策树(LS-GBDT)算法对冬季气温进行估算拟合,并分别在训练样本和测试样本对比试验效果。最后的结果验证我们建立的估算模型在一定程度上体现了气候系统特征因子与冬季气温异常变化之间的非线性联系,在独立样本上的距平符号一致率和空间相关系数分别达到73%和39%,从而再现了大气环流﹑海温等外强迫因子与冬季气温异常变化的联系。估算拟合结果显示,利用机器学习对大量可能影响冬季气温异常因子的所有组合进行筛选,可以寻找出以往研究尚未发现的例如热带南大西洋海温指数、850hpa太平洋信风指数等可能影响冬季气温的新因子。尽管目前还不能完全从物理机制上给予解释,但为研究我国冬季气温异常变化模拟与估算提供了新途径。
基于弱耦合资料同化的冬季北大西洋涛动年际变率预测
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2023.20220062
摘要(16) [PDF 2725KB](3)
摘要:
北大西洋涛动作为冬季北大西洋地区大气环流的主模态之一,其年际变率对全球许多地区气候变率具有重要影响,但目前其预测技巧并不高。本文采用降维投影四维变分的同化方法,在耦合模式中建立了基于全球大气资料的弱耦合资料同化系统,直接同化月平均再分析资料,并进行了年代际后报试验。结果表明,通过耦合资料同化的手段,可以显著提升耦合模式对冬季北大西洋涛动年际变率及其相关的欧洲北部、美国东部、欧亚大陆北部的冬季近地面温度年际变率的后报效果,相关系数均至少通过了95%的信度检验。该后报效果的改进主要与在耦合同化过程中,通过耦合模式中自由发展的海-气相互作用,将大气的观测信息储存在耦合模式的海洋分量中,改进了冬季北大西洋地区海表温度“三极”型分布的时空变率及其时间序列的后报效果有关。本文的重要意义在于,强调了耦合模式初始状态的准确性对提升冬季北大西洋涛动年际变率的后报技巧具有重要作用。
东西伯利亚-波弗特海海冰多年代际变率及其与北大西洋多年代际涛动的联系
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2023.20220080
摘要(25) [PDF 2151KB](9)
摘要:
基于哈德莱中心(Hadley Centre)逐月的海表温度(sea surface temperature,SST)、海冰密集度(sea ice concentration,SIC)资料以及美国国家环境预测中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的大气环流再分析资料,分析了1950-2020年期间秋季(8-10月)东西伯利亚-波弗特海(East Siberian-Beaufort,EsCB)海冰年代际变化的时空特征,并阐述了大西洋多年代际振荡(Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO)对EsCB海冰年代际变率的可能调制作用。结果表明,EsCB是秋季北极海冰年代际变化最主要的区域,该地SIC年代际变率可占SIC异常总方差的40%以上。进一步研究发现,AMO对秋季EsCB海冰存在明显的调制作用,在AMO正位相,北大西洋暖海温异常激发向极传播的大气Rossby波列,有利于北极中部出现高压异常,相应的大气绝热下沉运动使得对流层低层出现明显的增温,从而有利于EsCB海冰的融化。与此同时,地表增温和EsCB海冰消融会引起局地云量的增多、大气向下长波辐射的增加,这反过来又使得地表气温升高,这种地表气温-云-长波辐射的正反馈过程有利于年代际海冰信号的长时间维持。耦合模式的北大西洋“起搏器”试验可以很好地再现观测中AMO调制EsCB秋季海冰的物理过程,进一步佐证了本文结论。
基于阵风系数模型的百米级阵风客观预报算法研究
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2023.20220052
摘要(34) [PDF 3594KB](10)
摘要:

摘要 [目的]京津冀地区经济和文化的快速发展对冬季地面瞬时强风预报要求越来越高。正确估计和预测冬季地面瞬时强风,尤其是复杂地形条件下的阵风高分辨率格点精准预报,对于提升重大活动服务保障、首都及周边地区城市安全运行及防灾减灾能力等方面都具有重要意义。[资料和方法]本研究基于京津冀长时间序列的实况观测资料,建立了阵风系数与稳定风速、风向、地形高度各要素之间的关系模型,并结合客观统计分析方法、阵风观测数据融合技术、格点偏差订正技术,发展了一种既保留模式物理参数特征和阵风局地气候特征,又发挥格点偏差订正技术的阵风客观预报方法。[结果]冬奥赛事期间批量检验和个例分析结果表明,基于阵风系数格点模型和模式后处理订正技术得到的百米级分辨率、分钟级更新的阵风客观预报产品,24 h预报时效内张家口赛区和延庆赛区考核站平均绝对误差分别在2.3 m/s和3 m/s以下,延庆赛区8级以上大风,阵风风速预报评分为0.5以上,[结论]解决了复杂山地数值模式阵风预报误差大、几乎无法业务应用的瓶颈问题,满足冬奥重大活动保障现场服务要求。

2019年8月16日沈阳极端降水事件的低空γ中尺度涡旋观测特征分析
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2023.20220023
摘要(89) [PDF 4708KB](22)
摘要:

2019年8月16日沈阳市区受伴有低空γ中尺度涡旋特征的降水系统影响,出现1951年有观测以来最强的小时降水量(102mm)。[目的]为了提高由于此类涡旋导致的暴雨分析和预报能力,[资料和方法]本文综合利用多源观测和ERA5再分析资料,对本次过程的低空γ中尺度涡旋的观测特征、形成原因及在暴雨形成期间起到的作用进行分析。[结果]结果表明:本次过程期间,500hPa沈阳位于东北冷涡前侧,低空位于“利奇马”台风残涡西侧水汽输送带内,16日午后沈阳市区具有近地面接近干绝热递减率、较低LCL和逐渐加强的垂直风切变的环境特征。傍晚沈阳市区内的γ中尺度辐合风场首先触发局地风暴,随后冷涡风暴进入沈阳,风暴群在局地风暴具有反气旋式旋转处合并。合并后的风暴加强本次极端降水事件,低空出现生命史约30分钟的γ中尺度涡旋对,随后出现罕见的辐合反气旋式涡旋加强的现象。相比我国中气旋统计特征,本次低空浅薄涡旋生命史短、尺度小、移速慢并产生强垂直涡度。涡旋出现后所有5分钟降水量超过10mm的自动气象站均出现在涡旋对之间的区域,更是出现了自从1951年有观测以来的最强小时降水量。涡旋的旋转强度、伸展高度以及两个涡旋之间的距离可以表征强降水的强度和范围。极端降水事件需要强的雨强和长降水时间,本次过程中的合并风暴具有暖云低质心回波特征,前期局地风暴降水也导致地面温度露点差减小,可确保高降水效率,配合低空涡旋在近地面形成上升气流同时促进雨滴增长和碰并过程,进而增强雨强;涡旋强烈旋转造成近地面上升气流,有利于风暴再次发展,进而延长降水时间。本次低空反气旋式涡旋出现及加强的原因可能是:冷涡风暴低空准线型的出流边界形成由北指向南的水平涡管,在初期降水下沉气流的向下扭曲作用下,近地面出现中尺度涡旋对;由于环境风切变矢量随高度逆时针旋转,更有利于反气旋式风暴加强,和理论研究一致,另外本次反气旋更靠近合并风暴内的强上升气流区域,也可在其拉伸作用下加强。[结论]最后本文也归纳了本次低空γ中尺度涡旋的形成机制和暴雨模型,为今后做好此类天气分析和预报研究提供参考。

江苏四类低温事件致灾因子与基于影响的低温风险时空分布对比研究[1]
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2023.20220058
摘要(26) [PDF 1787KB](5)
摘要:

[资料和方法]利用1961-2020年江苏省70个气象观测站数据,分析了四类低温事件的时空分布特征,建立四类低温灾害危险性评估指标和综合危险性指标,结合人口、经济(GDP)两类承灾体的暴露度和脆弱性指数,建立了低温灾害风险评估模型,[目的]评估了江苏省低温灾害影响人口和GDP的风险等级及其空间分布。[结果][结论]结果表明:(1)1961-2020年江苏省寒潮、霜冻和低温阴雨寡照事件发生数较多,冰冻事件发生数较少;研究时段内四种低温事件发生日数呈交替出现或多灾种同期多发的特征,1961-1980年寒潮和霜冻事件发生日均较多,2001-2020年低温阴雨寡照和冰冻事件同期多发。(2)江苏省中、南部寒潮频次较多,年平均累积降温幅度较大;霜冻日数北多南少,极端最低气温北部明显较低;低温阴雨寡照日数从西南到东北递减,南部降水偏多,北部过程平均温度较低;江苏西北、西南地区冰冻日数均较多,与降水空间分布一致。(3)江苏北部为寒潮和霜冻灾害高危险区,霜冻危险性呈纬向带状分布,低温阴雨寡照高危险区域集中在西南部;冰冻高危险区在南部和北部均有出现。低温综合危险性在北部和西南部较高,中部和东南部较低。(4)低温对人口和GDP的风险等级具有空间差异,由于承灾体的空间非连续性打破了气象条件的连续性分布,导致低温灾害对不同承灾体所产生的可能风险在空间分布上产生差异。

海陀山冬奥气象综合观测平台及研究进展
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2023.20220029
摘要(32) [PDF 11758KB](9)
摘要:

气象保障是历届冬奥会成功举办的最重要条件之一。延庆赛区(位于延庆海陀山区)地形复杂、山高坡陡、垂直落差大,因而观测难度大、气象数据稀少,成为影响赛区精细化预报的核心因素,对冬奥气象服务提出了严峻挑战。为此,北京市气象局组织开展了冬奥海陀山综合气象观测,针对该区复杂地形和多尺度气象影响系统构建了包含中、小、微尺度的三维立体实时综合观测平台,观测要素涵盖了三维风场、温湿度场、云和能见度、近地面湍流与辐射等。综合观测将提高对复杂山区高影响天气特征和机理的认知,为改进和提高预报模式提供数据支撑。文章系统介绍了海陀山冬奥气象综合观测平台的科学目标、观测布局、观测内容、数据评估以及观测平台在降雪过程中的初步应用,最后阐述了基于该观测进一步开展的研究计划。

华北地区秋冬季气溶胶污染与不同类型降水的关系研究
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.066
摘要(35) [PDF 1570KB](9)
摘要:

气溶胶对降水的影响具有很大的不确定性,正确理解和认识气溶胶对不同类型降水的影响对提高天气预报的准确性和全球气候变化具有重要意义。利用GPM-DPR卫星资料和MERRA-2再分析资料分析了气溶胶污染与华北地区2014-2020a秋冬季对流降水和层状降水的关系。结果表明:与清洁状况相比,气溶胶污染状况下对流降水的降水强度有所增强,雨顶高度更高。在污染状态下对流降水具有粒径更小但数量更多的降水粒子,潜热加热率也更高。气溶胶污染与层状降水的降水强度、雨顶高度等宏观特征没有明显相关关系。层状降水相比对流降水更容易受到大气水汽条件和垂直上升运动的影响。 因此,在气象条件主导降水的情况下,气溶胶污染对华北地区层状降水的影响很难通过GPM-DPR数据和MERRA-2数据观测到。

淮北地区不同类型暴雨雨滴谱特征及其Z-R关系研究
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.025
摘要(38) [PDF 1346KB](9)
摘要:

选取2017-2020年淮北地区夏季雨滴谱观测资料对低槽型、副高边缘型、冷涡影响型和台风型四种类型暴雨雨滴谱分布进行分析。研究表明淮北地区降水发生频率主要以层状云为主,而对总降水的贡献率大的却是对流降水。不同类型暴雨微物理量同样存在差异,低槽型、台风型数浓度较大,副高边缘型和冷涡影响型各种特征直径相比其他两类较大。分析不同尺度雨滴粒子与雨强的关系,小雨滴数浓度占比超过60%,但对雨强起主要贡献是中粒子,不同类型暴雨的差异主要是由小雨滴和大雨滴对雨强贡献率的差异造成的;并且随着雨强的增大,小雨滴的贡献率逐渐减小,大雨滴增加。不同雨强档下的雨滴谱分布基本呈单峰分布,随着雨强增大各尺度档粒子数浓度增加,谱宽增大,斜率逐渐减小;当雨强增大时质量平均半径Dm-标准化参数lgNw 分布趋于集中, Dm和 lgNw的平均值分别为是1.15mm和3.79 ;通过Gamma分布拟合发现,低槽型和台风型暴雨谱分布参数的平均值和标准差大于另外两类;除标准化参数的偏度为负值外,其余各参数偏度均为正值;不同类型暴雨谱型-斜率u-A及反射率因子-雨强Z-R略有差异,本文得出淮北地区总体降水的Z-R关系为Z=167.4R^1.42。相比之下,目前雷达系统采用的标准关系式将低估淮北地区暴雨降水,尤其对低槽型和台风型暴雨时误差较大。

地闪三维随机模型的改进及多上行先导的数值模拟研究
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.065
摘要(22) [PDF 889KB](1)
摘要:

【目的】为了探讨地闪连接过程中多上行先导的起始与发展,【资料和方法】考虑到光学观测事实及雷暴电场环境,本研究在已有多上行先导三维随机参数化方案的基础上,植入背景电场模块并改进上、下行先导模块。基于新模型开展大量敏感性试验,【结果】结果如下:(1)新模型模拟的下行先导形态多样、分支数大幅减少,能更好地再现多样的地闪连接过程。(2)在孤立建筑物情况下,上行先导长度、闪击距离以及触发多上行先导的次数与建筑物高度正相关。(3)随着建筑物增高,同一次地闪中首个始发的上行先导与后续始发的上行先导间的起始时间差整体呈现上升趋势。【结论】初步研究表明:建筑物高度对触发多上行先导的影响显著;此外,受到建筑物高度及正负先导发展情况的影响,低矮建筑物触发的多上行先导几乎同时起始,而高建筑物上允许首个始发的上行先导优先发展一定长度后再始发后续上行先导。

热带气旋大风风圈半径非对称性特征及成因简析
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.064
摘要(31) [PDF 2752KB](6)
摘要:

[目的]为进一步完善热带气旋(TC)大风风圈的分析和预报业务,[资料和方法]利用中央气象台(NMC)发布的TC报文资料、ERA5再分析资料,研究了2015年6月30日至2020年12月31日时段内的TC最大强度时的7级、10级和12级风圈的非对称性特征及成因。统计结果表明:[结果]TC的7级风圈半径非对称性最大,10级次之,12级最小;非对称分布TC的7级、10级和12级风圈最大半径大多分布在NE、SE和NW象限;同一TC的7级和10级风圈最大半径大多分布在相同的象限。将7级风圈单一象限分布TC与多象限分布TC各按象限分布分成四类,分析四类7级风圈单一象限分布TC的生成季节、地面10m风特征及风圈非对称分布的成因发现:[结论]各类TC具有明显的季节性特征;地面10m风场呈不对称分布;风圈非对称分布与西太副高、西南气流及地面冷高压等天气系统与TC之间相互作用造成的各象限位势高度梯度非对称分布密切相关。

冰雹形成过程及人工防雹研究综述
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.061
摘要(57) [PDF 4630KB](16)
摘要:

冰雹作为一种短时强灾害性天气过程,常给农业、建筑、电力、交通甚至生命财产等造成严重影响,人工防雹也因此受到人们的广泛关注。本文首先介绍了冰雹形成机理和雹云物理研究,然后围绕人工防雹机理、防雹技术、防雹科学试验及防雹效果评估这四个方面的研究进行了综述,旨在从理论和实践上深入了解人工防雹工作的国内外进展,增进对人工防雹科学问题的认知,从而为促进我国人工防雹理论研究和技术进步提供借鉴。研究表明:(1)“累积带理论”和“循环增长理论”是冰雹形成的最常见理论,限于早期的雷达观测技术和缺乏完整的冰雹数值模式,早期认知的冰雹形成机理存在一定的局限性。(2)雹胚一般分为冻滴胚和霰胚,冻滴胚由过冷雨滴冻结形成,霰胚则是冰晶、雪花撞冻增长而成。冰雹云中哪种雹胚占优势,主要看云底温度高低。雹云的发展依赖于水汽条件、动力不稳定条件、垂直风切变等关键因子。(3)人工防雹主要遵循“播撒防雹”和“爆炸防雹”两条技术路线,“利益竞争”和“早期降雨”是常见的六种防雹原理假说中最广泛被用来作为防雹作业设计依据的两种播撒防雹理论。(4)人工防雹技术上,多采用通过飞机、地面火箭、地面燃烧炉等向云中播撒人工冰核,或通过地面高炮向云中发射含人工冰核的炮弹等方式,影响冰雹的生长过程从而达到抑制或削弱冰雹增长的目的。(5)大量外场试验证明人工防雹效果有较大的地域差异,需因地制宜地根据各地冰雹云特征及其降雹特点,制定和发展本地适用的人工防雹技术体系。(6)人工防雹效果检验仍然是制约人工防雹技术发展的一个瓶颈问题,目前常用的统计检验、物理检验和数值模拟检验技术方法均需要进一步的改进和完善。由于雹云变化迅速、降雹过程短促,人工防雹技术实施的时效性以及防雹效果评估仍存在较大的困难。今后应更多地借助多种探测设备进行冰雹云的精细化探测,开展有科学设计的人工防雹外场综合试验,运用统计检验、物理检验和数值模拟相结合的综合检验技术方法评估防雹效果,推动人工防雹事业更进一步发展。

冷涡背景下一次微型超级单体龙卷的雷达特征和物理过程探究
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.063
摘要(76) [PDF 3361KB](15)
摘要:

2019年8月16日渤海湾北部沿岸出现了一次冷涡背景下的EF1级龙卷。利用营口S波段双偏振多普勒天气雷达观测资料、5min间隔的地面自动气象站观测资料、盘锦风廓线雷达资料及ERA5再分析资料,研究了该龙卷风暴产生的环境条件、龙卷风暴结构特征及龙卷形成的可能物理过程。结果表明:此次龙卷过程发生在500 hPa冷涡主体控制下,低空位于“利奇马”台风残涡西侧水汽输送带内,环境条件表现为弱的垂直风切变和强低层热力不稳定。营口双偏振雷达位于龙卷发生地15 km处,探测到产生龙卷的微超级单体钩状回波、下降的反射率核心(DRC)、弱回波洞(WEH)、龙卷残片特征(TDS)等结构。旧雷暴阵风锋出流向西传播,而营口附近海风锋缓慢东移,两条边界层辐合线相遇加强,在水平切变不稳定的作用下,辐合线上有γ中尺度涡旋形成。辐合线相遇造成的辐合抬升,低层强热力不稳定导致的环境正浮力以及中层中气旋扰动低压共同作用产生强烈上升气流,γ中尺度涡旋与上升气流叠置,强拉伸作用增强了垂直涡度,可能为形成低层微尺度气旋(misocyclone)的关键机制。misocyclone的最大旋转速度与最小直径相耦合对应龙卷生成,中层中气旋与misocyclone相互扯离对应龙卷消亡。

安徽省区域性强浓雾气候特征及影响因子
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.062
摘要(28) [PDF 2903KB](12)
摘要:

根据强浓雾发生的同步性,可将安徽分为5个不同区域。为了解安徽区域性强浓雾的演变规律及成因,首先利用1980-2019年安徽省68个资料完整的国家级气象观测站08时能见度、相对湿度和天气现象资料,探讨了各区域区域性强浓雾的判定标准,建立各区域40 a的区域性强浓雾日时序资料,分析了区域性强浓雾的年际和年代际变化趋势;然后利用2016-2019年77个国家级气象观测站逐时资料分析了不同区域区域性强浓雾的年变化、日变化及持续时间分布等特征;最后,探讨了冬季区域性强浓雾年际变化的成因。结果表明:(1)1980-2019年,沿淮淮北3个区域区域性强浓雾日数都有先升后降的变化趋势,转折点在2006/2007年;1980-2007年区域性强浓雾日数呈明显的上升趋势,应归因于气溶胶粒子增多。年代际比较,各区域区域性强浓雾日数都是20世纪90年代或21世纪最初10年最多,21世纪第2个10年最少;各区域区域性强浓雾出现日数年际变化大,最少的年份0-1 d,最多年份可超过10 d。(2)2016-2019年,各区域年均区域性强浓雾日数14-17 d,主要集中在仲秋到仲春;持续1 h的强浓雾日占比最高,持续3 h的样本是另一个峰值;淮河以北2个区域年均区域性强浓雾日数最多、且持续时间达到3 h的区域性强浓雾占比最高。(3)淮河以北冬季区域性强浓雾日数与降水日数、降水量、相对湿度和08时气温均有较为显著的正相关,而与风速和小风日数相关不显著;沿江地区冬季区域性强浓雾日数主要受地面风速影响;而江南冬季强浓雾日数与各地面因子均无明显相关。(4)以1月为例,各区域区域性强浓雾天数都与纬向环流指数呈正相关,沿淮淮北3个区域区域性强浓雾天数都与东亚槽位置呈正相关,而与东亚大槽强度相关不明显。说明纬向型环流、东亚槽位置偏东有助于安徽沿淮淮北形成强浓雾。进一步分析发现,雾多的1月海平面气压中40°N以北的1030 hPa线位置偏东(如在120°E以东),近地层偏东风较强,地面湿度偏高。

适用S波段多普勒天气雷达的径向速度自动退模糊方法
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.059
摘要(83) [PDF 5400KB](10)
摘要:

径向速度模糊问题限制了雷达速度资料的广泛应用,针对退速度模糊中孤立回波或被距离折叠隔离的回波出现模糊的问题、受杂点干扰影响的问题以及大多算法往往将径向直线作为初始参考的问题,提出了一种新的自动退模糊方法:(1)通过查找零速交界点插值得到两条零速曲线以进行正负速度区域的大致分区;正负分区后,分区域段识别杂点干扰区与非杂点干扰区;对杂点干扰区,逐点判断其是否满足模糊特征条件,对非杂点干扰区,识别模糊边界以圈定模糊区域块进行退模糊,并做遗留点的逐点扫尾退模糊处理。(2)对于未能确定零速线的情况,使用上层记录的零速线信息或搜索符合条件的径向直线零速线。(3)对于仍未能确定零速线的情况,用逐点判断的方法退模糊。利用S波段雷达观测的飑线、冰雹、强台风等11个个例过程3407个速度模糊的体扫资料对该算法进行了验证,总体速度退模糊准确率高于98%。利用零速曲线确定正负分区、识别模糊区域块以及在逐点判断中考虑扩展邻域搜索,有助于孤立回波及被距离折叠隔离回波的退模糊处理,对此该方法比业务方法更有效,如2018年3月4日冰雹个例,速度退模糊准确率高于业务方法10%。对杂点干扰区使用逐点判断方法,可正确退去模糊区,使其免受杂点影响。综合考虑上层零速线信息及图像中有助于确定零速线的相关信息,经严格把关和检验,确保零速曲线的准确性,有益于退速度模糊的成功处理。

GCOM-W AMSR2资料在CMA_GFS 4DVar中的同化应用
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.058
摘要(67) [PDF 1513KB](10)
摘要:

卫星微波仪器的辐射率资料,由于兼具卫星观测的全天空优势和微波观测的全天候特性,在数值天气预报系统的同化中占据日益重要的角色。针对全球水循环变动观测卫星GCOM-W上搭载的第二代先进微波扫描辐射计AMSR2的10个通道,建立了半径200km的稀疏化方案,包含9项检验的质量控制方案,基于经典预报因子的偏差订正方案,以及基于变分同化后验估计的观测误差方案。通过以上方法,GCOM-W AMSR2共有10个通道辐射率资料,在我国自主研发的全球/区域同化预报系统(CMA_GFS,前身即GRAPES_GFS)3.0版本的四维变分同化系统(4DVar)中实现了直接同化应用。一个月的批量试验证明,同化GCOM-W AMSR2后,CMA_GFS湿度分析场精度得到了一定的改进,各量级定量降水中期预报评分有所提高,同时,GCOM-W AMSR2辐射率直接同化,对CMA_GFS南半球和赤道地区预报有正贡献。

夏季青藏高原北部对流层臭氧垂直分布的观测研究
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.054
摘要(65) [PDF 3955KB](13)
摘要:

对流层臭氧垂直分布变化对气候环境有着重要的影响,然而观测数据一直较为稀缺。本文使用2016年7月下旬~8月期间青海省格尔木市对流层臭氧探空观测开展夏季青藏高原北部对流层臭氧垂直分布变化特征及其形成机制的气象背景研究。结果表明,在天气背景的转换下对流层臭氧垂直分布整体上呈现高(低)臭氧与低(高)水汽和高(低)位势涡度的对应。除7月25~27日高空低压槽过境导致的平流层向下输送(STT)使得对流层臭氧增加明显过程外,本文还观测到阻塞暖高压反气旋和源自青藏高原主体地区强对流天气过境均对流层臭氧分布的影响:阻塞暖高压在观测点东北部形成后导致了7月31日至8月8日期间格尔木在对流层连续出现罕见东风,但对流层臭氧浓度仅在8月2日因东北-西南方向反气旋切变而出现较高值,其中6 km高度以下则因为东风输送而出现高臭氧高比湿的污染性气团。强对流天气过境影响使得8月12~14日10 km高度以上出现臭氧最低值和比湿最高值。与西宁历史夏季(1996年7~8月初)臭氧探空测值比较,格尔木对流层臭氧浓度8月偏低,该特征与季风影响青藏高原纬度最高地区所在月份一致。与林芝(2017年7月)、那曲(2011年7末~8月中旬)和拉萨(1998年8月)历史夏季臭氧探空测值比较发现,纬度效应对青藏高原地区对流层臭氧浓度有影响。

高分辨率卫星对“7·20”河南特大暴雨监测能力分析
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.053
摘要(81) [PDF 1785KB](32)
摘要:

2021年7月20日河南中北部突降暴雨,造成至少302人遇难,这类极端降水事件会对社会经济发展和人类生产生活造成较大的影响,因此,准确监测这类暴雨事件至关重要。本文采用定性和定量方法综合评定了主流的10种高分辨率卫星降水产品(CMORPH-Raw、CMORPH-RT、PERSIANN-CCS、GPM IMERG-Early、GPM IMERG-Late、GSMaP-Now、GSMaP-NRT、FY-2F、FY-2G和FY-2H)在本次极端暴雨事件中的适用性,并分析了这10种产品对不同级别降水的监测能力。结果表明,这10种卫星降水产品均可以较为准确地展现出暴雨中心位于河南中北部的空间分布特征,但是所有卫星降水产品均较大程度低估了暴雨中心降水量值。随着降水等级的升高,各类卫星降水产品的命中率下降,TS评分降低,误报率升高。CMORPH-RT 对于暴雨量的捕捉能力强于CMORPH-Raw,且对暴雨过程的捕捉能力也更强;GPM IMERG-Late的准确度较GPM IMERG-Early有较大提高;相比于GSMaP-Now降水产品,GSMaP-NRT的准确度较高;PERSIANN-CCS和FY-2F的效果较差不能捕捉此次极端暴雨事件。对本次事件而言,CMORPH-RT的效果最好可以准确捕捉暴雨中心而且量值也与观测最为接近;融合红外和被动微波信息的卫星降水效果优于仅使用红外信息的降水产品,而且卫星反演算法和融合被动微波数据的多少对卫星降水的准确度有较大影响。

多种探测资料对华北中部一次回流暴雪的观测分析
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.052
摘要(54) [PDF 3575KB](22)
摘要:

2020年1月5日07时至6日04时华北中部出现一次回流暴雪天气,过程最大降雪量15.5 mm。本文应用ERA5再分析和多种高分辨观测资料分析此次暴雪的大尺度天气背景和本地动、热力状况,探讨了暴雪落区、强度演变和降雪微物理特征及成因。结果表明,受河套地区地面倒槽和东北平原高压影响,900 hPa以下东北气流(被称为“回流”)自我国东北平原经渤海抵达华北平原,早于降雪7 h开始影响华北中部,受太行山阻挡在华北平原形成地面中尺度辐合线,对应暴雪落区;暴雪落区位于500 hPa高空槽前、700 hPa南北走向切变线东侧,700 hPa西南低空急流在200 hPa高层辐散影响下北伸发展,其出口区左侧朝暴雪区输送水汽。降雪前1 h石家庄市观测到800 m以下转为东北风,1 km以下气温迅速下降到-5至-1℃,形成“冷垫”;暴雪区上空700 hPa附近低空急流较降雪提早2 h出现,随后急流变厚、向下伸展至2 km,其下部暖湿空气沿“冷垫”爬升,触发降雪,急流最大风速(19 m s-1)和急流指数峰值(约8)与大于1 mm h-1强降雪时段重合,此时700 hPa附近为上升运动和水汽输送的大值中心。本次降雪粒子直径多为0.35—0.55 mm,降雪强度与粒子数浓度线性正相关;降雪云层位于1.3—5.5 km高度,大致以3 km(约-10℃)为分界线,下层为冰雪混合层,上层为冰雪层,冰雪层相对湿度与地面雪花粒子浓度及降雪强度正相关。雨滴谱仪探测的地面反射率因子(Z)与降雪强度(R)拟合关系为Z=149.85×R1.14。本研究结果为华北强降雪精细化预报提供参考。

深度学习技术在智能网格天气预报中的应用进展与挑战
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.051
摘要(143) [PDF 589KB](61)
摘要:

我国智能网格天气预报已初步建立0~30天涵盖基本气象要素的无缝隙气象预报业务体系。近年深度学习技术兴起,给不同领域带来前所未有的变革。[目的]同样,深度学习的非线性映射能力、海量信息提取能力、时空建模能力等优势为进一步提升智能网格预报的准确性和精细化水平提供了新的思路和方法。[结果]越来越多的研究将深度学习技术应用于智能网格预报的各个方面,包括数值预报订正和解释应用、集合天气预报、相似集合、统计降尺度、纯数据驱动的预报模型和极端天气预报等,并展示出良好的应用潜力。然而,目前深度学习技术在天气预报领域的应用仍处于起步阶段,将其引入智能网格预报业务体系还面临诸多挑战,主要包括算法的选择、算法的数据基础、多源数据融合以及模型的可解释性、可信度、可用性和工程化等。通过回顾近年来深度学习技术在智能网格预报中的应用进展和前景,同时对面临的挑战与应对进行探讨,将有利于促进深度学习技术在天气客观预报领域更好、更稳定的发展。

两种陆面模式对中国区域土壤温度模拟的对比分析
当前状态:  doi: 10.11676/qxxb2022.048
摘要(63) HTML(17) [PDF 3862KB](11)
摘要:

为研讨不同陆面模式对中国区域土壤温度的模拟效果,基于中国气象局陆面数据同化系统(CMA Land Data Assimilation System,CLDAS)大气驱动数据分别驱动Noah和Noah-MP陆面模式进行中国区域土壤温度的模拟(简称:CLDAS_Noah和CLDAS_Noah-MP),使用2010-2018年中国气象局2380个10cm和40cm土壤温度站点观测数据,以及美国全球陆面数据同化系统GLDAS中Noah模式土壤温度(简称:GLDAS_Noah),从空间分布、不同季节、不同分区等角度对GLDAS_Noah、CLDAS_Noah和CLDAS_Noah-MP土壤温度进行了评估,实现不同驱动数据、相同陆面模式和相同驱动数据、不同陆面模式的土壤温度对比分析。结果表明:从定性角度分析,GLDAS_Noah、CLDAS_Noah和CLDAS_Noah-MP均能够合理地模拟出中国区域土壤温度空间分布,但在量级上有一定差异,主要表现在我国东北、新疆、青藏高原等积雪区;从定量角度分析,对于相同陆面模式、不同驱动数据,CLDAS_Noah在不同季节与不同分区均方根误差时间序列上均优于GLDAS_Noah,可间接地表明CLDAS大气驱动数据优于GLDAS大气驱动数据,大气驱动数据是提高土壤温度模拟精度的重要因素之一;而对于相同驱动数据、不同陆面模式,总体上CLDAS_Noah-MP效果优于CLDAS_Noah, 其中10cm和40cm下CLDAS_Noah土壤温度在冬季积雪区误差明显大于CLDAS_Noah-MP,可能与Noah-MP改进了积雪方案有关,但10cm和40cm下CLDAS_Noah-MP在东北、华北、青藏高原地区春季土壤温度模拟误差明显大于CLDAS_Noah,可能与Noah-MP模式融雪方案有关。总之,该研究对于后续开展土壤温度多模式集成、土壤温度站点资料同化研究,最终研制中国区域高质量土壤温度数据集具有一定的参考意义。