摘要:我国是世界上受台风影响最多的国家之一,台风强度和登陆前后精细降水预报一直是业务难题,因此数值模式就成为重要的预报工具,但由于多种因素的影响,高分辨率模式容易出现虚假对流,从而引起降水的空报情况。本文针对台风雷达资料同化中未充分同化大范围低反射率区域非降水回波问题,利用多普勒岸基天气雷达对精细风场和水凝物分布有高时空观测的特点,基于广州和阳江两部S波段多普勒雷达的径向风速和反射率因子资料,通过WRF及其3DVAR系统,进行非降水回波同化试验,研究该同化方法在台风天气过程中的预报效果。对2018年强台风"山竹"进行资料同化和数值模式模拟,结果表明,非降水回波同化降低了气旋性风场增量和水汽增量,减小了台风北部螺旋雨带和海南地区的组合反射率,抑制了模式的虚假对流,使台风的强度、结构与雷达观测更接近。同时非降水回波同化还增大了台风中心的最小海平面气压,显著改进了台风最小海平面气压12 h的模拟效果,降低了广东北部和海南岛北部的过量降水模拟,改进了6 h降水模拟的TS评分和FAR评分,有效减少了常规反射率同化试验的降水空报情况。

摘要:本文对2020年8月13—14日山东一次飑线演变为区域持续性特大暴雨的过程进行了数值模拟和诊断分析,发现:(1)前期降水形成的冷池出流遇西南暖湿气流触发东北—西南向飑线系统;(2)大尺度系统的移动速度决定了降水系统的性质:13日冷涡系统东移较快,形成的飑线自鲁西北向鲁东南不断移动,而14日冷涡系统东移缓慢、副热带高压脊线稳定维持在32°N附近,大尺度环境相对稳定导致区域性持续性降水的发生;(3)干冷空气的侵入使得飑线内对流单体沿干侵入与低层暖湿气流的交界面强烈发展,并随着干侵入的南推向东南移动,干侵入与西南暖湿气流相对位置的变化促使此次暴雨过程由飑线演变为区域持续性降水,干侵入的稳定少动使得鲁南持续性降水得以较长时间维持;(4)对流环境的反复重建是此次区域持续性特大暴雨发生的中尺度环境影响因素。

摘要:本文以2016年4月9—10日发生在华南地区的一次飑线过程为例,通过分析增量更新(Incremental Analysis Update, IAU)方法将全球模式再分析场ERA5信息融入高分辨率区域模式WRF中,研究了IAU初始化对此次飑线过程预报的影响。结果表明:(1)IAU初始化能有效减少粗分辨率全球再分析场引入到高分辨率区域模式所导致的不平衡,并保留区域模式背景场中的微物理信息,减少模式初始调整时间。(2)相比于直接利用ERA5冷启动的试验,采用IAU初始化模拟的飑线系统的线状结构和降水分布都更加接近观测。(3)进一步诊断表明,IAU初始化对此次飑线过程预报的改进主要与:保留区域模式背景场中的微物理信息导致冷池更快发展和通过修正环境场生成更加有利于飑线系统发展的层结条件有关。

摘要:本文以江苏省为研究区域,采用地区线性矩法进行一致区划分、最优频率分布曲线选择和极值降水频率估计值计算,并分析其时间和空间分布特征。结果表明:根据不和谐检测和异质性检验的分析结果将研究区划分为7个合理的子区域,并在此基础上,通过蒙特卡洛模拟和均方根误差综合判断得出各时段的最优频率分布曲线。其中,12 h时段下的各子区域的最优频率分布曲线分别是GLO、GNO、PE3、GEV、GLO、PE3、GNO。利用最优分布函数计算出各站点一整套短历时(1、3、6、12 h)不同重现期下的极值降水频率估计值,同一降水时段下,频率估计值随着重现期的增加而增加。同一重现期下,频率估计值的空间分布差异明显,大值区与实际观测结果一致。

摘要:北极冷空气爆发(Cold Air Outbreaks,CAO)是指北极冷气团间歇性地南下、穿越较低纬度暖洋面的寒潮现象,这期间常伴随着强烈的海气热交换。北欧海是北极最大的全年不冻海,是北极气候变化的关键海区。冬季,北极的北欧海区常呈现出冰面、边缘海冰区和开放洋面共存的复杂下垫面分布。如何准确识别出影响这一北极关键区域的冷空气爆发事件,并分析其对北极区域海气热交换的影响,对理解北极的气候变化、提升对北极极端天气气候的预测能力都有显著的科学意义。已有的对北极CAO事件的识别常针对北欧海的开放洋面,以低层位温差作为指标。本文则针对冬季北欧复杂的下垫面情况,探讨了用中高纬度寒潮研究中的局地温度标准差方法识别北极CAO事件,并与已有的位温差方法进行系统对比,比较两种方法识别出的不同强度的北极CAO事件的时空分布特征,对应的大气环流演变特征及其对北欧海海气热通量的影响。两种识别方法均显示,冬季北欧海CAO的发生频率约为30%,绝大部分CAO的生命周期在3 d以内,强度越强的CAO事件维持时间越长。CAO产生的向上湍流热通量约占整个冬季北欧海区域海表海气热交换的60%,其中,中等强度的CAO对海气热通量的贡献较大。CAO发生期间对向南水汽通量的输送在北欧海相关区域约占整个冬季的50%~60%。引起拉布拉多海—格陵兰岛和冰岛海—挪威海—巴伦支喀拉海两个区域CAO的环流场异常不同,前者主要受区域低压横槽转竖的影响,后者则与偶极型的大气环流异常有关。

摘要:基于1979—2018年我国台站观测的逐日降水和JRA-55大气逐日再分析资料,本文分析了夏季江淮流域南北偶极型降水10~30 d季节内振荡(Intra-seasonal Oscillation,ISO)特征,并重点探讨了青藏高原南侧大气热源不同强度的加热状态对江淮流域南北偶极型降水ISO的峰值和谷值的调节作用。结果表明,当高原南侧为强加热状态,有利于增强江淮流域夏季降水的南涝北旱;而当高原南侧为弱加热状态,则易于加剧江淮流域的南旱北涝。这主要由于青藏高原南侧异常强加热,对流层低层异常热低压增强,加热气泵的抽吸效应有利于孟加拉湾水汽向高原辐合。同时,高原南侧的辐合上升运动又促使其对流层上层气流辐散增强,导致自西向东传播的欧亚遥相关波列的异常反气旋性环流在抵达高原西部时,将向高原南侧扩张并增强,进一步加剧上层气流的辐散,加强对流层低层的水汽输送,江淮流域南部充足的水汽供应导致降水增强。此外,高原南侧和孟加拉湾形成的北正南负的非绝热加热的经向不均匀性分布,促使异常局地负涡源的产生,增强了孟加拉湾的反气旋性环流外围水汽向高原的辐合并转向江淮南部。当高原南侧为弱加热状态时,情况则相反。

摘要:利用1961—2019年云南省122站逐月气温、ERA5再分析和大气环流指数等资料,首先分析了云南省冬季气温的变化特征,表明云南冬季气温存在显著的增暖趋势,1996年的暖突变之前为冷期,之后为暖期。进一步分析冷期和暖期背景下冷、暖异常年的环流差异,发现不同背景下冷(暖)事件发生时大气环流存在显著差异,表现为暖期背景下冷事件(WC)发生时东亚东部强冷空气活动特征比冷期背景下的冷事件(CC)显著,而冷期背景下暖事件(CW)发生时呈现的冷空气偏弱和西南暖湿气流偏强的特征比暖期背景下暖事件(WW)显著,即暖期背景需要更强的冷空气活动才能引发冷事件,冷期背景下需要来自热带更强的西南暖湿气流才能引发暖事件。高原高度场、印缅槽强度对云南冷、暖期冬季平均气温均有明显的指示意义。

摘要:利用1961—2022年广东省86个气象站风速资料,采用集中度、集中期等气象统计学方法,分析了广东大风天气的季节变化特征及年际变化规律。结果表明,广东大风天气的频发区位于南部沿海和中部山区。广东大风日数在1971—2000年整体呈下降趋势,2000年后出现转折性增长。大风季节变化的区域特征明显:表现为粤北西北和东北地区的大风集中度最高,而粤西、粤中和粤东南部和粤北西南地区的大风集中度较小;粤西南部、粤中中部、粤北西南和中部地区的大风天气主要集中在夏季,其余地区多集中在春末。另外,大风年内季节变化特征存在年际和年代际尺度演变,表现为:近62 a广东大风频发区的大风天气年内集中程度显著增大,集中时期的年际变幅逐渐减小,但趋势变化不显著。分析发现,广东地区的强对流天气、冷空气过程、热带气旋等天气过程,以及西太平洋副热带高压、极涡等大气环流是影响大风日数及其集中度时空分布的重要因素。

摘要:本文评估了18个CMIP6模式对中南半岛极端降水的模拟能力,并预估了21st中期(2030—2059年)和末期(2070—2099年)低、中、高强迫情景路径下极端降水的变化趋势。使用相对均方根误差评估模式对极端降水的模拟性能,将模拟效果较好的极端降水指数用于未来预估。结果表明:3个路径下未来中南半岛大部分地区最大单日降水量、大雨日数、最大无雨期和年总降水量都将增加;除最大无雨期外,最大单日降水量、大雨日数和年总降水量在21st末期的变化大于21st中期且具有明显的情景依赖性和区域差异;最大无雨期在低强迫情景路径下21st末期的增长幅度比21st中期小,但在中等强迫情景和高强迫情景路径下21st中期的增幅更大。

摘要:本文以ERA5资料为参考,对比分析WACCM模式对北半球热带外平流层冬季逐月(12月—次年2月)温度和环流的模拟结果,重点探讨模式对十年际变化的模拟偏差,而后结合行星波活动探讨引起模拟偏差的动力原因。ERA5资料结果表明,1980—2000年北半球平流层冬季温度和纬向风的气候态逐月差异较小,但其十年际变化差异较大,表现为从12月暖弱极涡向次年2月冷强极涡的连续演变。WACCM基本能模拟出逐月的气候平均场,也能模拟出12月、2月近乎反向的平流层温度与环流变化,但其12月—次年2月的十年际变化显示出不连续性。进一步诊断发现,资料与模式行星波1波强度和1~3波沿极地波导传播有显著的逐月变化,这与平流层温度和纬向风的变化相匹配。WACCM模拟的1波强度、E-P通量及其散度的十年际变化表现为逐月不连续,相应地,其平流层温度和环流的十年际变化也表现为冬季内不连续。

摘要:本文利用全球降水测量卫星(Global Precipitation Measurement, GPM)的近地面降水强度资料与我国新一代静止气象卫星风云四号A星(FY-4A)的多通道红外亮温资料,研发了基于随机森林算法建模的卫星定量降水估测方案(RF-QPE),同时对2021年夏季3个月的时段进行了降水估测,并将估测结果与FY-4A降水估测产品进行对比。结果表明:(1)估测降水区域的命中率(POD)可达到0.642,与FY-4A降水估测产品相比提高了365.2%;估测降水强度的均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)为1.792 mm·h^-1,与FY-4A降水估测产品相比降低了约36.2%;(2)估测的小雨、中雨的RMSE分别为1.060和3.780 mm·h^-1,而FY-4A降水估测产品对小雨、中雨估测的RMSE则分别为1.730和5.558 mm·h^-1。综上,相较于FY-4A降水估测产品能更好地估测小雨和中雨降水强度,但对于大雨和暴雨降水强度的估测优势还不理想。

摘要:再分析资料已被广泛应用于东北冷涡的研究。这些冷涡常发生在春末夏初,引起低温和雷暴。本文利用MetOp-B先进微波温度探测仪(Advanced Microwave Sounding Unit-A,AMSU-A)的对流层高层通道亮温观测追踪2020年5—7月4个东北冷涡的移动路径。权重函数峰值分别位于250和200 hPa高度的AMSU-A通道7和8的亮度观测具有明显的东北冷涡暖核结构,其时间演变反映平流层空气的持续向南和向下入侵。因此,东北冷涡的移动路径可以根据AMSU-A通道7和8的亮温观测暖核中心位置来确定。虽然再分析资料同化了无线电探空资料以及AMSU-A等其他卫星观测,但依据AMSU-A 单个仪器的观测亮温得到的4个东北冷涡的移动路径与实况分析和ERA5 全天空模拟亮温得到的一致。4个东北冷涡都起源于西伯利亚中部,向东南移动至不同纬度后再转向东、东南或东北移动。MetOp-B是一颗上午星,每日提供两次全球观测。若与晨昏星(FY-3E)和下午星(FY-3D或NOAA-20)构成三轨星座,则可实现对东北冷涡的移动路径每天6次的实时观测。

摘要:本文基于地面沙尘和气象观测数据,结合遥感植被指数和NCEP/NCAR再分析资料,从下垫面条件和大气环流背景两方面分析了弱La Niña事件下2022年春季北方地区沙尘天气特征及其气候成因。结果表明:2022年春季我国北方地区共出现8次沙尘天气过程,沙尘天气发生整体偏弱、时间偏晚。2022年春季北方主要沙源地温高雨少,大部植被返青偏早但长势明显偏差、地表裸露度高,沙尘天气发生的物质条件丰富。但是乌拉尔山至贝加尔湖之间以及中国大陆地区上空500 hPa位势高度场春季转为正距平,高纬度冷空气南下偏弱,缺乏形成大范围沙尘天气所需的动力条件;加之主要沙源地附近4月偏西风强度减弱、5月盛行异常偏东风,不利于地表起沙及沙尘粒子向偏东方向输送,以上综合作用导致沙尘天气发生日数较常年同期明显偏少。2022年春季500 hPa位势高度场对La Niña事件的非典型响应、表现为正异常是沙尘天气发生偏少最直接且重要的关键因子。

摘要:因其独特的地理位置与气候,重庆市暴雨灾害频发,对其开展暴雨灾害风险评估与区划十分必要。本文利用暴雨过程强度影响因素、孕灾环境影响因素与承灾体暴露度等数据,结合专家打分得到的指标权重获得致灾危险性与承灾体受灾风险性指数,以此构建样本集。基于随机森林(Random Forest, RF)、自适应提升(Adaptive Boosting, AdaBoost)、极端梯度提升(eXtreme Gradient Boosting, XGBoost)、梯度提升回归(Gradient Boosting Regression, GBR)、支持向量回归(Support Vector Regression, SVR)、线性回归(Linear Regression, LR)算法分别进行预测。结果显示,XGBoost算法以最低的平均相对误差值(Mean Relative Error,MRE)1.950%、均方根误差值(Root Mean Square Error,RMSE)0.028,以及最高的相关性值(R-squared,R²)0.896,成为最优算法(以暴雨致灾危险性预测结果为例)。在单场暴雨灾害风险评估中,在缺少暴雨过程持续天数数据的情况下,XGBoost算法仍为最优算法,其预测的MRE值与RMSE值分别为2.066%、0.030,R²值为0.885,利用XGBoost算法在评估区划中划分的各等级受灾风险区域与实际受灾区域基本保持一致,表明XGBoost算法在缺少部分数据的情况下,仍能高效准确地进行评估。

摘要:利用1976—2020年黄河上游8个国家站实测降水数据结合74项环流指数,应用RF和BP神经网络算法,建立了分降水等级的月降水等级和日降水等级预测模型,并检验两种模型对实际降水的预测效果和模型的稳定程度,最终选取合适的预测模型估计自然降水量并结合实际增雨作业和实际降水量检验作业效果。结果表明:两种算法的月、日降水等级模型模拟结果均较好,样本占总样本的75%以内时模型准确率达80%,但对偏极端的月降水量预测结果较差。RF算法建立的模型更为稳定,在非线性作用和缺失上均有较好的包容性,而BP神经网络建立的日降水模型中预测期的误差大于训练期,模型的稳定性相对较差。对2019—2020年甘德县10次火箭增雨作业的效果进行检验,2020年9月18日作业两种算法均预测该日降水为1级,但实际降水等级为2级,认为作业效果有效。

摘要:为探究雪灾对江苏省越冬作物和设施农业的危害程度及分布规律,本文利用1978—2020年江苏省71个国家级气象观测站逐日最低温度、积雪深度等气象资料,数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)数据,以及小麦、油菜和设施农业生产相关的社会经济资料,使用层次分析法与CRITIC法相结合的方法(Analytic Hierarchy Process-CRITIC)构建江苏省雪灾对越冬作物和设施农业的风险评估模型,进行雪灾风险等级划分。结果表明:江苏省降雪过程最低温度由西北向东南递减,积雪日数由西向东逐渐减少,最大积雪深度与距海洋距离呈正相关;雪灾高风险地区集中在淮北西部,较高风险地区为江淮之间地区的西部,中风险地区分布在淮北和江淮之间地区的中部及苏南西部,低风险和较低风险地区分布在沿海和苏南东部地区。

摘要:针对新一代天气雷达系统构成复杂、难以定量分析系统运行状况优劣的问题,本文提出一种衡量天气雷达系统设备健康状况的综合评价方法。通过该方法建立天气雷达系统递阶层次评价体系,采用层次分析法和模糊理论进行系统运行状况的模糊综合评价,完成天气雷达系统设备及关键分机运行状况的健康指数评估,从而反映系统性能的差异和变化态势。通过雷达台站历史数据的实例分析,表明该评价方法对雷达系统的实时健康状况评估有较好的适用性,健康指数能够从整体上直观并有效反映天气雷达设备的性能差异及运行态势。

摘要:本文利用2018—2020年江苏省逐日支气管炎就诊人次数据和国控站环境监测资料、气象基本站观测资料,研究了江苏省支气管炎的分布特征及其与大气污染物的相关关系,并基于时间序列半参广义相加模型(Generalized Additive Model, GAM)构建了苏南、苏中和苏北地区空气质量健康指数(Air Quality Health Indexes, AQHI)。结果表明,江苏省支气管炎就诊人数呈现冬季多、夏季少的季节变化特征和周中多、周末少的周变化特征。苏南地区就诊人数最多,其次为苏中,苏北最少。大气污染物存在显著的季节变化特征以及地区差异,除O₃外,其他大气污染物与支气管炎就诊人数均存在显著的正相关关系。综合考虑各种大气污染物对支气管炎影响的地区差异和滞后效应,分别将苏南地区滞后3 d的NO₂、滞后1 d的PM_2.5、滞后1 d的PM₁₀、滞后2 d的O₃;苏中地区滞后5 d的PM_2.5、滞后1 d的NO₂、滞后5 d的PM₁₀、滞后4 d的O₃以及苏北地区滞后1 d的NO₂、滞后4 d的O₃、当日的CO、当日的PM₁₀纳入多污染物模型,分别发展了苏南、苏中和苏北地区AQHI。AQHI 每上升一个四分位间距(Interquartile Range,IQR),苏南、苏中和苏北地区支气管炎就诊人数分别增加1.11%(95%CI:0.52%~2.4%)、1.14%(95%CI:0.51%~2.54%)和1.05%(95%CI:0.31%~3.56%)。不同地区AQHI和支气管炎就诊人数存在显著正相关关系,表明AQHI较好地反映了空气质量波动对以支气管炎为代表的呼吸道疾病的影响。

摘要:2024年秋季,中国平均气温创1961年以来历史同期最高,平均降水量较常年同期偏多11.3%。主要天气气候事件包括:西北太平洋和南海地区生成台风数偏多,其中9月台风生成数创1979年以来历史同期最多记录,登陆台风偏多且登陆强度强,台风"摩羯"为秋季登陆中国最强台风,台风"贝碧嘉"为登陆上海最强台风;发生区域性暴雨过程偏多,以南方型暴雨过程为主,且大部分与热带气旋活动有关;9月高温天气频发、范围广、阶段性强,平均高温日数创1961年以来同期最多;干旱主要集中在川渝和长江中游地区,其中川渝地区干旱受9月底华西暴雨过程影响而缓解,而长江中游地区的旱情呈"发展—缓和—再发展"的阶段性演变特征;冷空气过程频次与常年同期持平,其中10月冷空气活动频繁,频次达历史同期最大值,该月寒潮过程频次也突破了历史同期最大值;初步分析表明,2024年9月中国平均气温和高温日数创新高可能与偏强、偏大的南亚高压和西太平洋副热带高压有关,其中南亚高压的强度和面积为历史同期最大。9月西北太平洋西部和南海北部地区的平均台风潜在生成指数突破历史同期最大值,表明大尺度环流为台风的生成提供了有利背景。