气象学报

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熊婧媛, 刘晓莉, 王静, 楚志刚

, doi: 10.11676/qxxb0.20230120

摘要(20) PDF(9)

摘要:
层状云中冰粒子、融化层及以下粒子微物理特性演变规律的科学认识对于我国云降水参数化、降水预报及人工影响天气研究具有重要意义。本文通过2019年8月24日河北省一次层状云飞机观测资料,分析云中负温层、融化层及以下粒子群微物理特性的演变。研究表明,云中负温层冰相粒子以聚合体为主,部分区域存在霰粒子。云中冰相粒子通过凇附、碰连和贝吉龙过程增长。相对来说,上升气流较强及相对湿度较高云区的冰相粒子数浓度较高、粒子谱较宽。融化层中,中等大小粒子数浓度存在增加趋势,说明融化层中不同粒径冰相粒子的融化速率存在差异。研究发现高相对湿度区()粒子融化速率较低相对湿度区()快,低相对湿度区中表面融化的粒子蒸发吸收潜热,使环境温度降低,减缓粒子融化速率。融化层高相对湿度区降水粒子谱分布的截距大于低相对湿度区,斜率与低相对湿度区相近。研究发现,融化层降水粒子负指数谱分布的截距与斜率均大于负温层,0℃层高度以下HVPS探测到的粒子谱分布参数与呈正相关关系,线性函数能较好地拟合二者之间的关系。对于大于1000 ??m的降水粒子,谱参数与呈负相关,幂函数能较好地拟合二者之间的关系。数值研究发现,零度层之下云内存在混合相态粒子,观测和模拟结果均发现零度层之下中等大小的粒子数浓度更高。分档方案数值模拟得到的降水粒子平均谱的截距与观测资料一致,但斜率大于观测结果。

印度洋-太平洋暖池中高温暖水的移位与南海夏季风爆发

刘秦玉, 宋子涵, 郑小童, 谢晗

, doi: 10.11676/qxxb2024.20230096

摘要(24) PDF(6)

摘要:

为了揭示高温暖水在南海夏季风爆发中所起的作用，依据欧洲中心发布的第五代全球大气海洋再分析资料，发现了气候平均意义下印度洋-太平洋暖池中30 oC以上高温暖水会在5月出现移位：5月上旬高温暖水出现在孟加拉湾中部，而到5月下旬消退并移位到南海南部。通过分析局地天气尺度的海洋-大气相互作用过程，揭示了上述高温暖水月内移位的物理机制：在孟加拉湾夏季风爆发后，逐渐增强的潜热释放和减少的短波辐射会导致孟加拉湾高温暖水的面积逐渐缩小；与此同时，在副热带高压影响下，南海菲律宾岛西南高温暖水出现，并因其面积逐渐增加，并与泰国湾的高温暖水共同构成了南海南部的高温暖水。研究发现南海季风爆发几乎都出现在上述高温暖水移位之后，因此孟加拉湾中部和南海南部海表温度的差由正转负可以作为南海季风爆发的先兆。

干旱形成机制与预测理论方法及其灾害风险特征研究进展与展望

张强, 李栋梁, 姚玉璧, 王芝兰, 王莺, 王静, 王劲松

, doi: 10.11676/qxxb2024.20230095

摘要(13) PDF(7)

摘要:
在气候变暖背景下,干旱事件发生的频率和强度在不断增加、影响在不断加重,干旱发生规律的异常性和机制的复杂性也更为突出,对干旱形成机制、预测理论方法及灾害风险变化规律等方面都提出了新的挑战,也制约了当前干旱预测预警及其灾害防控能力的提高。近年来,在国家重点基础研究发展计划(973计划)课题等多个国家级项目支持下,已在干旱灾害形成机制与预测理论方法及其风险特征方面取得了一系列新成果。通过动力诊断、数值模拟和田间试验等方法,开展了干旱形成的多因子协同作用和多尺度叠加机制、干旱致灾过程的逐阶递进特征,以及干旱灾害风险分布演化的主控因素等的研究。本文对如下几个方面的新进展进行了系统总结归纳:(1)厘清了气候变暖背景下高原热力、海温、夏季风、遥相关等多因子对干旱形成的作用机制；(2)发现了降水亏缺时间尺度和农作物不同生长阶段的干旱敏感性规律；(3)揭示了变暖背景下典型区域干旱灾害风险分布及其变异的新特征；构建了干旱灾害风险新概念模型；(4)研发了东亚季风区的季节和次季节干旱集成预测系统。在总结归纳已取得研究成果的基础上,对未来干旱形成机制及其灾害风险科学研究进行了展望,提出了五个重点研究方向:(1)多因子联动及其多尺度叠加效应对干旱形成的影响；(2)系统整合人类活动和决策以及相关反馈的气候模式研究；(3)揭示陆-气耦合和大气环流协同作用对干旱的影响；(4)认识干旱灾害对粮食安全和生态安全影响的关键过程；(5)提高未来不同气候情景下干旱预估的准确性。该研究对系统了解中国干旱研究中新的科学认识及对未来准确把握研究重点具有重要科学参考意义。

一次强下坡风爆发机制分析

余静梅, 胡非, 汤胜茗

, doi: 10.11676/qxxb2024.20230083

摘要(26) PDF(5)

摘要:
本文应用地面观测站、ERA5再分析资料和高分辨率的WRF模式分析了一次美国Boulder 的强下坡风事件,认为此次强下坡风暴爆发的机制,是高空急流带断裂导致动量下传到背风坡山脚处。而进一步分析表明,强下坡风的爆发跟天气尺度系统高压脊过境及局地的背风坡重力波有关。在焚风的作用下,背风坡持续增暖导致重力波加强并且转竖,侵蚀对流层顶的急流带,最终导致急流带断裂,高空动量下传至地面,强下坡风暴在背风坡爆发。

卫星遥感北大西洋风暴“尤尼斯”生成和发展特征*

任素玲, 毛冬艳, 蒋建莹, 杨冰韵, 牛宁

, doi: 10.11676/qxxb0.20230006

摘要(19) PDF(2)

摘要:
2022年2月中旬，北大西洋冬季风暴“尤尼斯”(Eunice)给欧洲中西部带来严重自然灾害。[资料]以卫星观测数据为主，对 “尤尼斯”发生的环境场、卫星水汽图像干侵入特征、对流层中高层位涡强迫对爆发性发展的影响等开展研究。结果表明：“尤尼斯”活动期间,北半球高纬度西半球偏冷东半球偏暖，极涡偏向北美大陆，北美极区附近平均温度偏低。“尤尼斯”的生成和极涡分裂南下的冷空气沿着西风带东传有关。爆发性发展期间，海平面气压下降约40 hPa/24h, 远超爆发性发展指标(40 hPa/24h)，且出现在海温正距平区。格陵兰岛南部气旋提供的极区冷空气对爆发性发展尤为重要，该冷空气在北大西洋洋面形成强西北风转偏西风，表现为排列整齐的大范围细胞状积云一直延伸至风暴中心附近，卫星水汽图像上表现为快速增强的干侵入特征，并伴有高位涡异常。发展至最强阶段时，高位涡向下伸展，400 hPa最强高位涡区位于风暴中心的正上方，500 hPa以下高位涡向东南方向倾斜,并伴随着对流层中下层强下沉运动，下沉运动为低空风速增强提供一定的高空能量来源，高位涡侵入的下方也有利于低层气旋式环流发展。

利用机器学习模拟湿物理参数化方案

陈锦鹏, 冯业荣, 黄奕丹, 蔡乐天, 洪晓湘, 文秋实

, doi: 10.11676/qxxb0.20230030

摘要(22) PDF(5)

摘要:
数值天气预报模式的湿物理参数化方案对降水预报有很大影响。常规湿物理参数化方案计算复杂，计算量大，且存在较大不确定性。本文采用四种机器学习算法即基于决策树的梯度提升算法（LightGBM）、全连接神经网络（FC）、卷积神经网络（CNN）和卷积块注意力模块（CBAM）提取数值预报模式变量网格点周围的局部信息建模。针对一次南海台风过程，开展湿物理参数化方案模拟试验。试验表明，四种机器学习模型均能较好地模拟湿物理参数化方案的温湿效应，能够刻画台风对流活动产生的热源和水汽汇的螺旋结构。位温倾向在对流层中层误差较大，比湿倾向在对流层低层误差较大，随着预报时效延长模型的模拟能力有所退化。本文为开发基于机器学习的模式物理参数化方案提供参考依据。

泰山地形对一次副高边缘大暴雨过程影响的观测分析

郑丽娜, 孙继松

, doi: 10.11676/qxxb0.20230094

摘要(26) PDF(19)

摘要:
本文利用区域加密自动气象站、雷达、风廓线及卫星等观测资料,分析了2022年秋季山东一次极端大暴雨事件中泰山山脉周围的降水分布及其产生这种分布的可能原因。结果表明:⑴这次山东大暴雨事件发生在副热带高压边缘,强降水时段集中在2022年10月1日夜间23时至次日2时,在对流层中低层盛行强盛偏南气流的背景下,100 mm的雨量线呈“反弓形”横亘在泰山北侧与西侧,并各自伴有超170 mm的降水中心,而泰山南侧降水反而明显偏弱。⑵ 大暴雨分布带与地面上的中尺度涡旋-辐合线对应,其中,泰山西侧的中尺度涡旋的形成与两支不同性质气流的汇合过程有关:泰山近地面层的北侧至西侧,存在一支冷性的逆时针方向的绕山气流,而泰山南侧为暖性的东南气流,两支气流在靠近山脉西侧形成的中尺度涡旋造成持续2小时的强降水,降水峰值呈单峰型；山脉北侧的辐合线长时间的维持与重建过程,造成泰山北侧降水时间更长,累积降水量更大,小时降水峰值呈双峰型。⑶泰山北侧观测站的两个降水峰值,与雷达反射率因子的两条平行回波带对应:位于泰山北坡处于长时间准静止状态的第一条回波带,与泰山北侧水平涡度环流的上升支气流对应,其形成机制是夜间具有强垂直切变特征的越山西南低空急流和近地面层受到山脉阻滞的东北气流构成的水平涡度强烈发展和维持的结果；第二条降水回波带与冷锋云系对应,当其靠近泰山北侧时受到越山西南低空气流背风坡上升支的影响,出现雷达反射率因子增强现象,与之对应的地面风场特征表征为辐合线的重建过程。⑷在泰山西侧,地面辐合线在低空冷空气的驱动下向东南方向移动,致使回波带逐渐演变成“反弓形”,造成强雨带也呈“反弓形”分布；而泰山南侧位于具有强烈垂直切变低空急流形成的水平涡度的下沉支,因而降水量相较于山北侧和西侧明显偏小。

基于自注意力和门控循环神经网络的雷达回波外推算法研究

薛丰昌

, doi: 10.11676/qxxb0.20230053

摘要(27) PDF(7)

摘要:
传统利用门控循环神经网络进行雷达回波外推中，临近时刻的数据是相互依赖的，随着预测时间步的推进，导致误差累积，误导模型对未来时刻的预测，削弱了模型的长期预测能力，同时现有的时空序列预测模型对强回波区域的捕捉能力不足，对强回波区域走势预测不准确。针对基于门控循环神经网络搭建的雷达回波预测模型存在的问题，在数据处理层面，通过改进对雷达回波图像序列归一化的方式，提升了近几年内常用的三种时空序列预测模型对强回波的预测水平；在模型算法层面，将两个联立的自注意力结构引入ST-LSTM结构，组成新的循环门控单元，并将这些循环门控单元进行堆叠，建立ST-SARNN模型。选用CSI和POD作为精度评价指标，进行模型对比分析，并选用一个典型案例进行可视化展示，经过对比发现，本文构建的雷达回波时空预测模型对雷达回波的预测性能显著优于ConvLSTM、PredRNN和MIM等模型。

10–20天和30–60天低频振荡对华南前汛期持续性暴雨的影响差异及机制研究

臧钰歆, 徐邦琪, 高迎侠

, doi: 10.11676/qxxb0.20230033

摘要(32) PDF(6)

摘要:
[资料和方法]利用中国气象局发布的《区域性重要过程检测和评价业务规定》中对省级区域性暴雨过程的统计数据、NOAA Climate Prediction Center降水资料、向外长波辐射（OLR）资料以及 ERA-Interim再分析资料，[目的]本文探讨了10–20天和30–60天两类低频振荡对华南前汛期持续性暴雨的相对重要性，并基于尺度分离的水汽方程和垂直速度方程诊断了相关物理机制。[结果]结果表明，10–20天准双周振荡对暴雨强度的影响较为显著，而30–60天季节内振荡与暴雨持续时间相关性较高，这表明持续性暴雨事件与低频降水的发生和演变关系密切。通过对低频降水的热力和动力过程诊断，发现10–20天低频降水的水汽来源主要为水汽平流过程，而导致水汽平流正距平的主要原因是10–20天风场和背景水汽场的相互作用；而对于30–60天低频降水而言，水汽平流和水汽辐合均为扰动水汽的累积提供了正贡献，但其中水汽平流更为重要，其主要来源于平均风场和30–60天水汽场的相互作用。有利于两类低频降水发生的动力条件，即垂直上升运动，其主要源于平均风场和扰动涡度场相互作用所引发的垂直涡度平流梯度。[结论]以上结果显示，提高模式中低频振荡与季节平均状态尺度相互作用的刻画能力，是改进预报持续性暴雨的关键基础。

闪电通道状态变化参数化的建立及截断和再击穿的数值模拟

张袁瞰, 郑天雪, 谭涌波, 唐渤

, doi: 10.11676/qxxb0.20230079

摘要(25) PDF(2)

摘要:
[目的]为了提高数值模式对闪电精细化放电过程的仿真能力，与不断提高的闪电探测技术形成互补，探讨再击穿过程与雷暴电参数之间的关系，本工作建立了一个能够再现先导截断以及再击穿过程的自持电中性完整闪电参数化方案。[资料和方法]考虑到了正负先导的极性不对称问题，分别为其设置了不同的传播速度以及起始和传播阈值。方案新增了通道电导率、平均电流、电荷等非线性电参数，并以这些参数的实时更新驱动闪电通道发展，设置了不同的通道状态变化阈值，实现了先导通道衰退、截断以及重新激活的实时状态变化。基于通道平均电流、纵向电场以及电导率的实时变化，方案将电荷在空间中重新分配，保证了通道的自持电中性，这也是再现再击穿过程的重要基础。[结果]本工作将新方案植入经典雷暴云三极电荷模型中，模拟得到的云闪在通道结构、先导截断及再次激活、正负先导的极性不对称等方面与现有观测事实存在较好的一致性。[结论]通过与观测事实以及一些概念模型进行验证，新方案在保证自持电中性的前提下，在模拟包含截断和再击穿过程的完整闪电放电过程方面具有一定合理性和先进性。

湿C矢量及其应用

黄逸飞, 姚秀萍

, doi: 10.11676/qxxb2023.20220187

摘要(71) PDF(18)

摘要:
C矢量（C）是Q矢量（Q）在三维空间中的延伸，表征了三维非地转运动。然而，C是基于地转风近似和绝热条件得到的，没有包含大气运动的非绝热加热信息。大气中的降水及其影响天气系统往往与大气凝结潜热释放所产生的非绝热效应有关。本文从β平面下的p坐标系大气原始方程组出发，考虑大气非绝热效应，推导湿C矢量（C*），揭示C*物理意义。利用ERA5再分析资料和高原低涡数据集，通过C*诊断青藏高原低涡（简称“高原涡”）个例形成、发展和移动过程，并与C的诊断结果进行对比以证实C*的应用价值。结果表明，相较于Q和C，C*包含更全面的非地转运动信息，在诊断中具有优势。C*的水平分量（CH*）表征了热成风非平衡和非绝热加热作用产生的次级环流，能更好地解释高原涡移动方向改变的原因；C*的垂直分量（Cp*）恢复了被Q丢失的非地转运动信息，描述了地转非平衡产生的水平非地转运动，其负值中心表征高原涡中心的位置，且对高原涡发展具有一定的预示作用。此外，CH*和Cp*的相对大小还表明高原涡存在显著的斜压性。

基于对流风暴结构的双偏振雷达Zdr柱识别及应用研究

潘佳文, 徐鸣一, 吴举秀, 吴伟杰, 郑秀云, 彭婕, 韩颂雨

, doi: 10.11676/qxxb2023.20230050

摘要(125) PDF(74)

摘要:
双偏振雷达观测到的垂直伸展至环境零度层之上的柱状差分反射率因子增强区(即Zdr≥1dB),被称为Zdr柱。Zdr柱可以提供对流风暴的上升气流位置和强度信息,是分析对流风暴演变的有力工具。[目的]为了实现对Zdr柱的自动识别并提供用于对流风暴预警的诊断信息。[资料和方法]基于对流风暴的三维形态特征,使用厦门双偏振雷达观测数据设计了Zdr柱识别算法,并提取了Zdr柱形态参数。结合地面观测资料,探索了Zdr柱形态参数在对流风暴定量化分析领域的应用。[结果与结论]研究表明：(1)强风暴和非强风暴在Zdr柱形态参数上存在统计学上的明显差异,这就为预报员据此判别两类对流风暴提供了参考依据。当Zdr柱深度达到1500m后,至少有60%的雷达体扫与强风暴相关。Zdr柱体积、质心高度和最大Zdr值的阈值达到20m3^、500m和3dB时,这一比例分别达到70%,70%和50%。(2) Zdr柱的演变可较好地指示对流风暴的发展过程,其形态参数的极值早于强对流天气现象出现。在连续性强对流天气过程中,Zdr柱的再度发展预示着对流风暴的再次增强。(3) Zdr柱对于风暴的合并与分裂过程具有预示性。在风暴合并(分裂)过程中伴有Zdr柱合并(分裂)的现象,其中有57%(69%)的过程Zdr柱提前于对流风暴发生合并(分裂)。(4) Zdr柱的位置与对流风暴的后续传播方向存在相关性,可为改善对流风暴移动路径的预测提供参考依据。

台风“米克拉”在台湾海峡南部突然快速增强的原因分析

吕心艳, 董林, 高拴柱

, doi: 10.11676/qxxb2023.20220217

摘要(37) PDF(13)

摘要:
利用欧洲中期天气预报中心ECMWF-interim再分析资料、中国气象局台风最佳路径资料、NOAA逐日最优海表温度（OISST）、Himawari-8卫星资料以及中国地面自动站观测资料等，分析了台风“米克拉”近海强度预报难点，并研究了“米克拉”在台湾海峡南部快速增强的环境因子，探讨了“米克拉”在较强环境风垂直切变下快速增强过程中对流非对称性分布特征。结果表明：（1）台风“米克拉”在较强200-850hPa环境风垂直切变下在台湾海峡南部海域发生了快速增强，并以峰值强度在福建登陆，非常少见，造成预警时间短，强度预报难度大；（2）有利的海洋热状况和大气环流环境条件，如南海北部海温异常偏暖，南亚高压南侧东风急流与“米克拉”相互作用引起的强烈高层出流，以及强劲稳定西南季风气流带来的充沛水汽输送，均对台风“米克拉”在台湾海峡南部海域快速增强有着重要作用；（3）台风“米克拉”快速增强过程中，传统业务主要关注的200和850hPa之间的环境风垂直切变较强，但从环境风的垂直结构分析发现切变主要集中在对流层中高层，而中低层切变较小，且中高层环境风垂直切变对台风增强的抑制作用相对中低层切变不明显；（4）深对流在台风“米克拉”快速增强过程中呈现了明显的非对称分布特征，主要集中在环境风垂直切变的顺切变一侧以及切变的左侧，并且伴随了深对流由顺切变一侧向逆切变一侧气旋式爆发传播特征，期间台风“米克拉”高低层涡旋中心的垂直倾斜度明显降低，有利于“米克拉”快速增强。关于不同层次环境风垂直切变对台风强度变化的影响机制以及较强环境风垂直切变下台风增强过程中对流非对称的爆发特征，今后将结合更多个例进行深入研究。

2007-2021年上海莘庄太阳最大入射辐射变化特征和环流背景

刘丽, 赵春江, 祝从文, 张书萍

, doi: 10.11676/qxxb2023.20230031

摘要(49) PDF(13)

摘要:
本文利用2007-2021年上海莘庄太阳能辐射仪(型号：EKO-MS602)接收到的逐月最大太阳辐射(MSR)资料，将水平0?角辐射仪观测值为参考，分析了0?-25°不同仰角观测的MSR之间的差异，评估了台站观测、欧洲中期预报中心(ECMWF)大气再分析(ERA5)与太阳能辐射仪观测辐射之间的误差。在此基础上，讨论了MSR与天气要素之间关系，发生的环流背景和天气尺度演变特征。我们发现，上海莘庄的MSR季节波动范围介于800-1300W/m2之间，峰值和谷值分别出现在5月和12月。观测的最大MSR值接近太阳常数，年际变化幅度接近200W/m2。相对于0?角观测，当太阳能板倾角位于5?-20?之间时，平均每个月可多获50-250W/m2的辐射，最佳倾角为20?。ERA5大气再分析相对于观测MSR存在显著的低估，年平均低估近200W/m2。虽然两者之间的季节变化相关系数高达0.88，但是在空间和时间上存在显著的差异，年际变化关系并不显著。针对与MSR时间误差小于3天的大气环流背景合成，我们发现，虽然春、夏、秋、冬4个季节的环流结构存在差异，但总体来看，偏北风加强、云量偏少、温度偏高的天气过程有利于MSR的发生。

利用静止卫星资料的川渝地区云覆盖特征研究

王健捷, 胡秀清

, doi: 10.11676/qxxb2023.20230067

摘要(56) PDF(19)

摘要:
[资料和方法]本研究利用气象卫星风云四号A星和葵花8号观测资料，根据川渝地区独特的地形地势将其分为东部低海拔地区和西部高海拔地区，建立高分辨率的网格化无云背景场，作为无云与有云辐射差异对比，使用阈值法进行晴空、水云、冰云、低层云雾、霾和积雪的检测，[目的]进而提高云识别信度，统计分析2016－2021年川渝地区云覆盖时空分布特征。[结论]研究表明：川渝地区云的区域分布特征显著，东西部具有明显差异，总体呈东多西少，云覆盖频率常年存在高值中心，云覆盖面积有明显月变化特征。[结果]东部低海拔地区云覆盖频率常年在70%－80%，而西部高海拔地区云覆盖频率在50%－65%。云覆盖频率的高、低值过渡区对应青藏高原与四川盆地之间的陡峭地形区，这与地形地势、水汽条件和大气环流特征相关。各月的云覆盖面积在东部低海拔地区相对稳定（占比在60%－80%），而西部高海拔地区差异较大。其中东部的冰云和西部的总云面积具有显著月变化（单峰）特征，峰值出现在7月份，分别为37%和76%。六年中各类型面积占比年际波动较小，东部的云覆盖面积占比常年超过70%，其中水云占比最大（35%－40%），冰云次之（20%左右），低层云雾最小（约13%）；西部的云覆盖面积占比常年约60%（水云24%－26%，冰云22%－25%，低层云雾约10%）。

河南“21·7”极端暴雨的研究进展

姚秀萍, 李若莹

, doi: 10.11676/qxxb2023.20230038

摘要(107) PDF(62)

摘要:
2021年7月17日?22日，河南省发生了一次造成严重人员伤亡和财产损失的极端暴雨事件，被称为“21·7”极端暴雨。在“21·7”极端暴雨发生不到2年的时间里，“21·7”极端暴雨相关的研究取得了诸多成果，所发表的论文达百篇。文中主要从降水的特征、影响天气系统、发生发展机制、下垫面效应、气候变暖增幅效应和数值模式预报等方面对 “21·7”极端暴雨的研究进展进行了梳理和总结，并与“75·8”特大暴雨的研究成果进行对比。结果表明，由于观测技术的发展和研究方法的改进，“21·7”极端暴雨的研究结果呈现了比“75·8”特大暴雨研究更精细的降水和中小尺度系统的特征尤其是微物理过程，其中中尺度对流系统与中尺度对流涡旋耦合增强的动力学过程和霰粒子的融化促进各种尺度粒子的同步增长的微物理过程是“21·7”极端暴雨过程的重要发现；“21·7”极端暴雨体现了更明显的热带和海洋的影响，可能导致“21·7”极端暴雨过程出现更极端的小时雨量；然而，城市化对极端暴雨的影响较为复杂，它和气候变暖信号难以区分，增大了“21·7”极端暴雨机理研究的不确定性。最后，对未来研究方向进行一定的展望。

高分辨率地形资料应用对CMA-MESO模式地面气象要素的影响

陈冬梅, 马玉龙, 李源, 冯家莉, 高彦, 尹鹏帅, 万齐林

, doi: 10.11676/qxxb2023.20230010

摘要(35) PDF(7)

摘要:
真实地形包含各自不同尺度的地形特征，对各种时空大气运动有深刻影响。不同尺度的地形效应很难在数值模式的离散格点中准确刻画，是发展数值模式的难点问题之一。随着模式向亚公里级高分辨率发展，模式对地形细节刻画准确性的要求越来越高。本研究在CMA-MESO中引入ASTER-1s高精度地形数据和改进地形滤波函数，在滤去波长接近模式网格的小尺度地形的同时保留更多地形细节，以提高模式对地形的刻画准确性。通过冬、夏各一个月批量模拟试验结果与2万多个地面观测站点数据对比，发现单独采用ASTER-1s地形而不改变CMA-MESO的地形滤波函数，模式对2 m温度和10 m风速的整体预报准确性提升较小，采用ASTER-1s地形并改进地形滤波函数，明显提高了模式对2 m温度和10 m风速的预报准确性，对温度和风速的月平均均方根误差提升分别为6.4%和4.9%。此外，改进的新地形方案对降水预报提升较弱，未引起非真实的细碎降水分布或异常值。动能谱分析新引入的地形和滤波函数未造成高频能量积累，表明新地形方案的可靠性。

基于FY-4A的庐山云海特征及其成因研究

陈勇, 段婧, 王新, 郭强, 张小鹏

, doi: 10.11676/qxxb2023.20220188

摘要(81) PDF(14)

摘要:
利用FY-4A卫星等资料分析了2019-2021年的19次庐山白天云海过程（12个传统云海和7个瀑布云过程），研究了庐山云海特征及其形成机制，评估了卫星资料在云海识别中的应用。研究表明：FY-4A可见光云图可基本辨识庐山云海范围及宏观演变特征，但较难刻画出小尺度瀑布云的精细结构；FY-4A的云顶高度L2产品可用于庐山传统云海的识别，但较难识别瀑布云过程。非洋面海岛的庐山也存在云系尾流现象且频率较高（共3次过程），由绕流作用形成的尾流云系呈逗号状分布，做规律性摆动但无连续涡旋；该尾流型云海形成的主要因素为庐山相对周边孤立的椭圆形山体、冷高压底部的强北风低空急流、山腰逆温层。庐山云海发生时大多受地面高压控制且位于850hPa的高湿区或边缘区域，该区域的弱下沉运动形成的逆温层和低空充沛的水汽利于庐山云海形成及维持。

基于CMA-BJ数值预报模式产品的复杂地形下冬奥站点地面气温和风速预报方法研究

王在文, 全继萍, 张鑫宇

, doi: 10.11676/qxxb2023.20220199

摘要(44) PDF(11)

摘要:
北京冬奥服务对站点要素预报提出了明确需求，2 m温度预报偏差在±2℃以内，10 m风速预报平均偏差小于观测30%，本文提出一种基于相似集合嵌套一元线性回归的预报方法——嵌套相似集合（AnEn-Ne），该方法基于相似集合思路，在满足一定条件时，启动其嵌套一元线性回归提供订正预报。冬奥赛期（2021年11月1日-2022年3月15日）实时业务预报表明，嵌套相似集合具有较好的预报效果，相对业务数值模式（CMA-BJ）预报，预报精度显著提高，相对相似集合预报和一元线性回归，预报精度明显提高，其预报结果满足冬奥服务需求。复杂地形下的要素预报检验表明，CMA-BJ模式预报2 m温度虽然存在较明显的系统性偏差，但与观测相关性强，对观测的表征意义明显，订正后能有效消除复杂地形影响，10 m风速模式预报偏差震荡明显，模式预报与观测相关性较弱，表征意义差，订正后站间差异明显；改进CMA-BJ模式复杂地形区近地面风速预报对观测的表征意义，可进一步提高本文方法对10 m风速订正预报的精度。

CMA-BJv2.0逐小时快速更新追赶循环同化预报系统研发及应用I: 资料同化及系统构建

陈敏, 仲跻芹, 卢冰, 童文雪, 冯琎, 张舒婷, 黄向宇, 范水勇

, doi: 10.11676/qxxb2023.20220172

摘要(61) PDF(11)

摘要:
本文详细介绍了CMA-BJv2.0区域逐小时快速更新循环同化分析及短时预报业务系统在逐小时更新循环和资料同化方面的关键技术特点。该系统采用分析增量更新作为初始化方案,有效抑制了初始噪声累积问题；通过充分考虑各类观测资料实际到报截断时长的差异,发展了包括循环分析和更新预报两个部分耦合的逐小时追赶循环运行框架,实现了对各类观测资料充分高效的利用,也较好地兼顾了短临预报服务对逐小时更新循环预报产品的时效性要求；通过在分析循环的同化背景场部分应用动态混合方案,实现了全球模式大尺度场对区域模式中小尺度热动力场发展的动态约束,有效抑制了快速更新循环预报误差累积导致的大尺度预报场变形的问题；在资料同化方面,实现了全国雷达反射率因子拼图资料的同化应用,并通过仅在更新预报部分开展雷达反射率资料同化以规避连续循环同化造成的水汽正向过量累积、调整雷达同化时的背景场误差的方差和长度尺度两方面的策略优化有效提升了雷达同化的应用效果；此外,在CMA-BJv2.0系统中实现了全国风廓线雷达观测资料的实时同化应用。

涡旋结构和环境场对台风“黑格比”（2020）强度变化的影响

马艺铭, 方娟, 王晨迪

, doi: 10.11676/qxxb2023.20220163

摘要(48) PDF(19)

摘要:
基于2020年4号台风“黑格比”发展增强过程的集合模拟试验，探讨了初期涡旋和大尺度环境背景对台风最大强度的影响。研究结果表明台风初期涡旋的最大轴对称切向风比最大全风速能够更早且更准确地指示台风最大强度，最大轴对称切向风与最大强度间的相关性明显好于最大风速与最大强度间的相关性。这主要是由于在环境场的影响下，台风初期涡旋通常具有明显的非对称性特征，最大风速往往出现在局地强对流附近，不能代表涡旋整体的风速，而轴对称切向风较好地反映了初期涡旋的整体风速，因而对最大强度有很好的指示作用。除了最大轴对称切向风，初期涡旋的最大风速半径附近及其外侧低层的轴对称切向风和入流越强，其伴随的向台风内核区输入的角动量越大，台风的最大强度也越大。台风涡旋水平尺度与最大强度的关系研究表明，“黑格比”外围风圈尺度与最大强度有较好的相关性，最大风速半径与最大强度的相关性较弱。相较于外围风圈尺度和最大风速半径，台风涡旋的丰满度与最大强度有最强且显著的相关性，这意味着对于小台风“黑格比”而言，只要初期涡旋丰满度大，其最大强度也会很强。“黑格比”台风的最大强度还受到环境场的显著影响。当“黑格比”西侧的森拉克台风和东侧的副热带高压模拟偏强时，不仅使得“黑格比”引导气流的向北分量偏强，导致“黑格比”北移速度偏快，更早受到北方干空气的侵入，而且同时还会使得“黑格比”的环境风垂直切变增大，这些都不利于台风达到更强的最大强度。上述结果表明，对于“黑格比”这一类台风而言，初始涡旋结构和邻近台风及副热带高压的准确描述是提高台风最大强度预报能力的重要前提。

全球微波陆表发射率产品质量评估及优化

刘勇洪, 唐飞, 徐永明, 翁富忠, 韩阳, 杨俊

, doi: 10.11676/qxxb2023.20230041

摘要(33) PDF(7)

摘要:
全球微波陆表发射率（MLSE）地图集是目前卫星资料同化观测算子中的重要初猜值或模拟值，但由于缺乏“真实”的观测MLSE，已有的基于多种微波传感器生产的全球MLSE产品质量可靠性并不知晓，而且还缺乏1套质量较好频率覆盖范围较宽的全球MLSE数据集。本研究选择了大气快速辐射传输模型（RTTOV）中所使用的3套MLSE地图集（SSMI/S、AMSU-A/B、ATMS）、TELSEM2工具背景数据集、2套AMSR-E数据集（AMSR-E1和AMSR-E2）和1套FY3D 数据集，基于统计分析技术开展了7套MLSE产品的全球时空一致性评估，并选择了6种典型土地覆盖类型开展了各产品MLSE随土地覆盖类型和频率变化一致性评估，并在MLSE产品优选的基础上对TELSEM2发射率产品进行了优化，新建了1套频率为6.9-150.0GHz的全球MLSE数据集（CoTELSEM2）。研究结果显示：AMSR-E2几乎不可用，AMSR-E1、TELSEM2、SSMI/S、AMSU-A/B、ATMS、FY3D月MLSE之间具有较好时空一致性，平均空间相关系数为0.887-0.928，其中TELSEM2最高（0.928），FY-3D略低（0.914）；平均绝对偏差为0.031-0.041，其中TELSEM2最低（0.031），FY-3D最高（0.041）；传感器相同扫描方式较不同扫描方式的空间一致性更好，圆锥和跨轨扫描方式分别以TELSEM2和AMSU-A表现更优；ATMS 51.7GHz MLSE存在系统性高估，AMSR-E1和FY-3D 23.8GHz、89.0GHz MLSE在高植被覆盖地区也存在系统性高估，而FY3D MLSE则存在一些明显偏高或偏低问题。总体上TELSEM2和AMSU-A/B的质量可靠性较高，FY3D质量可靠性偏差。新的CoTELSEM2发射率产品具有较好的时空一致性和频率依赖一致性，且全球MLSE的季节变化不确定性存在明显的土地覆盖类型依赖特征。

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