摘要:台风强度的估计与预报一直是气象学者关注的方向,传统方法存在着准确性低等不足,深度学习的兴起为台风强度研究工作提供了新思路。本文综述了深度学习在台风强度估计与预报方面的应用研究:介绍了台风强度估计与预报的重要性,回顾了传统的台风强度估计和预报的方法;分析了台风强度估计与预报中深度学习方法与传统方法的优势与不足;分别对部分基于深度学习的台风强度估计与预报方法进行述评;总结了台风强度估计与预报任务中存在的机遇和现有的挑战,并对深度学习在台风强度估计与预报中的未来发展趋势做出展望。

摘要:采用多普勒雷达、风廓线、自动气象站等监测资料,结合NCEP/NCAR(美国国家环境预报中心)1°×1°再分析资料和双多普勒雷达反演风场资料,分析台风"利奇马"引发的中α尺度暴雨形成过程,研究中低纬度系统相互作用造成极端暴雨的中α尺度系统动力结构及其演变,结果表明:(1)低纬度台风环流北侧的东南气流与中纬度西风槽后偏北气流之间的切变引发的中α尺度辐合区是造成极端降水的中尺度系统;(2)东南急流增强触发对流,高空急流随之增强,高空急流加深了中尺度辐合区的发展,其传播引起的变压风与东南急流叠加并与槽前偏南急流打通,形成一条长长的海上暖湿输送带,提供丰富的水汽和不稳定能量;(3)双多普勒雷达反演的三维精细风场显示,初始对流由高度1~4 km、风速大于16 m·s^-1的不连续东南风脉冲触发;当低层东北气流加厚到4 km高度时,风垂直切变的增大导致降水强度增加超过20 mm·h^-1;(4)冷空气从减弱的西风槽高层下沉,向东南侵入低层,是切变形成、加强并长时间维持不可缺少的条件,促进上升运动和对流加强,增加风的垂直切变,造成降水增幅,是极端降水的重要因素。

摘要:位于张家口大马群山东麓的国家跳台滑雪中心(又称"雪如意")将承办国内外一系列跳台滑雪比赛。利用分布在"雪如意"不同位置的9个气象站逐10 min数据以及ERA5再分析数据,探究复杂地形下2021年11月两次典型强冷空气活动不同阶段的风场精细化时空分布特征,加深对复杂地形动力和热力作用影响山体不同高度风场的认知。结果表明:(1)在偏南气流背景下,地形对气流阻挡作用消失,山体各站点风向风速随环境风的变化而变化。(2)在偏西气流背景下,地形对气流阻挡作用与环境风风速相关。环境风小于7 m·s^-1,气流被山体阻挡,FOP区风速均小于4 m·s^-1,白天风向多为上坡东风、夜间多为下坡西风;环境风介于7至10 m·s^-1,气流可翻越山体在背风处FOP区形成下泄西风,此时FOP区内风速超过4 m·s^-1概率最高;环境风超过10 m·s^-1后,与山体南部的"绕流"和热力共同作用,气流在FOP区内形成"空腔环流"和"风切变",近地面风向为东风,风速超过4 m·s^-1概率达到20%以上。

摘要:利用1991—2021年常规观测小时降水数据和再分析格点资料,对南京极端小时降水的气候特征、环流背景、环境条件、预报阈值进行讨论。结果表明:(1)近30 a极端小时降水发生频次呈上升趋势,集中发生在6—8月,日变化呈"双峰双谷"特征,7—8月主要发生在下午至傍晚,而6月中旬易发生在上午;南京中北部比南部更频发,且中北部高发于下午至傍晚,南部高发于上午。(2)极端小时降水可分为北槽南下型、西风带浅槽型、高空槽前或南支槽型、北侧冷涡型、冷涡后西北风型、南北高压型、台风影响型7类,不同天气背景下环境参数特征差异较大。本文综合天气概念模型和环境参数特征,建立了南京地区极端小时降水判别方法,为南京强降水预报预警提供参考。

摘要:利用2000—2021年滇中地区国家观测站逐小时降水资料和NCEP 1°×1°再分析资料,分析了滇中地区短时强降水过程的主要影响天气系统及关键物理量特征。结果表明:滇中短时强降水过程主要发生在6—10月,尤其主汛期6—8月为短时强降水过程高发期。根据筛选条件共挑选出99次短时强降水过程前272个临近时刻,建立了3类滇中地区6—10月短时强降水概念模型:副热带高压底部东北气流型、两高辐合型、高压脊型。700 hPa切变线是短时强降水的关键系统,3种天气流型在不同月份具有不同的比例,并且各站点出现频次和日变化具有各自特征。从能量条件、层结条件、水汽条件和动力条件4个方面分析了3种天气流型关键物理量参数特征,滇中地区的能量条件与中国其它地区相比具有明显差异;整层大气水汽条件显著低于中国其它地区,但中低层水汽条件较好;不稳定层结条件统计结果大体上与中国大部分地区接近,但与少数地区存在差异;动力条件方面,大气低层和中层均具有一定上升条件,虽然数值不是很大,并具有适中的SWEAT值和弱的垂直风切变,在实际预报业务中可以作为参考。

摘要:利用2015—2021年浙江常规观测资料、多普勒雷达资料、ERA5逐小时再分析资料 (0.25°×0.25°),对比分析了浙江梅汛期5种极端短时强降水(冷切型、暖切型、高空低槽型、副高边缘型、副高控制型)在环流形势、物理量及传播、移动与组织特征方面的异同。结果表明:梅汛期极端短时强降水年频次呈线性增加趋势,午后至傍晚为多发时段,降水高频区多位于山脉东侧。冷切型和高空低槽型过程降水集中在能量锋区附近,中低层急流明显。其中冷切型CAPE平均值最小,PW多大于69 mm,以混合型降水为主,对流发展高度最低,多由短生命史的多单体组织、合并、加强造成。高空低槽型CAPE、T_850-500平均值最大,以对流型降水为主,多由移动型、短生命史的多单体造成,有时列车效应显著。暖切型、副高边缘型和副高控制型降水均集中在湿舌顶端,暖切型混合型降水与对流型降水占比相当,副高边缘型和副高控制型以对流型降水为主,前两型边界层有超低空急流伴随。其中暖切型0~6 km垂直风切变最小,不利于对流组织化,多由移动型、长生命史的多单体造成。副高边缘型0~3 km、0~6 km垂直风切变分布较集中,单体与多单体占比相当,长生命史单体略偏多。副高控制型CIN平均值最大,0~3 km风切变平均值最小,多长生命史、移动型单体。

摘要:为探究20世纪末平流层气候变化在冬季各月的差异,本文选用逐日ERA5和NCEP/NCAR资料,从极涡强度和行星波强迫方面研究平流层的年代际变化,并重点关注1、2、3波分别的贡献。研究发现,12月由行星波1波主导,1波的上传在中高纬度平流层显著增加,2波仅在中纬度平流层上传减弱;2月行星波1波仅在极区低平流层上传减少,但2波的上传在中高纬度平流层显著减弱。3波主要使沿低纬度波导的传播在12月减弱,在2月增强。进一步分析表明,行星波上传的变化会影响平流层极涡的变化,主要体现在12月极地波导增强使得极涡减弱,极区平流层增暖,平均纬向风减速;2月极地波导减弱使得极涡加强,极区平流层降温,平均纬向风加速。

摘要:干旱对社会的经济发展有诸多不利影响,利用遥感技术及时掌握干旱发生及发展动态,对政府提高抗灾减灾能力有十分重要的意义。目前,多数干旱遥感研究利用的影响因素较为单一,缺乏对多源数据的融合应用。本文在评估微波遥感数据ESA CCI_SM(European Space Agency Climate Change Initiative Soil Moisture)产品质量的基础上,结合日蒸散发差指数(Daily Evapotranspiration Deficit Index,DEDI)及降水量数据,分别构建了多元线性回归模型和径向基函数神经网络(Radial Basis Function Neural Networks,RBFNN)模型,并将其与江苏省14个农业气象观测站的实测土壤湿度进行了对比评估。结果表明:ESA CCI_SM 产品能在一定程度反映江苏土壤水分变化。在考虑多种干旱相关因素影响的情况下,多元线性回归模型及RBFNN模型对于监测土壤水分的准确率相较于ESA CCI_SM 产品本身均有不同程度的提高。其中,RBFNN模型对于研究区的干旱监测更为敏感,干旱预警监测适用性更高。结合2019年夏秋连旱事件,研究进一步证明RBFNN模型能较为准确地反映出旱情的发生发展。以上结果表明,RBFNN模型可为旱灾的遥感监测提供一种新的方法。

摘要:利用1961—2020年青岛、济南气象资料,采用气候倾向率、Mann-Kendall突变检测等方法,对两地气候变化特征及其差异进行了分析。结果表明:两地年平均气温、最高气温、最低气温均呈显著增温趋势,青岛增温更快,2000s两地气温变率均增大,济南更高;年降水量青岛减少、济南增多,降水量气候变率青岛较济南高。两地短时强降水天气均增多增强,城市内涝灾害风险均加大,济南更为明显;两地夏季高温、闷热日数均增多,城市高温、闷热天气灾害风险加大,其中青岛闷热日数显著增多,加之湿度大和平均风速显著减小,闷热感受进一步加剧;两地年大风日数均显著减少,年雾日数青岛增多、济南减少,青岛年平均风速和年雾日数气候变率均明显高于济南,出现极端大风、极端多雾事件的概率更高。

摘要:基于1961—2019年江西省浙赣铁路沿线汛期日值降水资料,分析了极端降水的时空变化特征。发现其主要呈现西段向东段逐渐增加的空间分布形势,且线路东段站点的极端降水指数增加趋势大于西段。由时间序列来看,除连续有雨日数外其余指数均表现为不显著的增加趋势,且所有指数均呈现为一定的年代际波动。根据统计分析,2010年浙赣铁路沿线极端降水较强,多个指数在该年出现极值。根据MK检验和滑动t检验进一步分析,发现除连续有雨日数于1989年前后产生突变外,其余指数均未检测出突变。通过EOF和REOF分析,浙赣铁路沿线汛期极端降水指数主要表现为三型:东段型、西段型和中段型,并可将沿线站点分为三区。初步探讨表明极端降水与ENSO有一定的相关关系。

摘要:本研究将碘化银核化参数化方案耦合至WRF模式中,并利用该模式对2021年1月22—23日发生在新疆中天山区域的一次冬季地形云个例进行了人工催化模拟研究。根据新疆天山地区地面烟炉的实际位置选择白杨沟牧试站烟炉阵所在位置作为模式中地面烟炉位置,在22日18—19时对此次地形云过程进行地面烟炉催化模拟。主要结论如下:地面烟炉释放的碘化银粒子在气流和地形的作用下向下风向云区扩散,通过冻结和凝华过程核化生成冰晶,消耗云水。地面烟炉西侧与南侧为上坡,上空云水距离地面较近,对云水的消耗以及冰晶的生成主要集中在地面烟炉西侧和南侧的山坡上空。碘化银粒子活化过程主要集中在18—20时(世界时),活化过程促进了该时间段内3 km高度以下云滴向冰晶的转化以及冰晶向雪的转化过程,催化使得3 km以下雪的含量增加,从而导致18—20时地面降雪强度增强,地面累计降雪增加。不同剂量的催化试验表明,当碘化银播撒总量在480 g内时,增雪效率随着播撒总量的增加而增加。当播撒总量增加至4 800 g时,存在过量播撒。播撒总量在480~4 800 g之间存在一个增雪效率最大的总量值。对于烟炉阵内的6台地面烟炉,开机工作的烟炉越多,增雪效率越大。

摘要:为了解不同机载探测仪器的测量差异,本文介绍了两种散射型云粒子探测仪CDP和BCP的探测原理,结合新舟60增雨飞机2016年9月1日的一次飞行观测案例,对两种探测仪在5~50 μm范围内的观测结果进行了计算和对比,分析表明:两台仪器对出入云的判断较为一致,在正温区,两台仪器的粒子直径分布与宏观记录情况一致,在负温区逐渐出现一些差异,原因可能为云中出现冰晶粒子导致相态误差所致;在粒径分布探测方面, CDP能够较为清晰地显示出粒径分布情况,BCP一直呈小粒子多,大粒子少的分布趋势,小尺度粒子探测数量较CDP多,大尺度粒子探测数量较CDP少;粒子数浓度测量的变化响应一致性较好,多数时间CDP测量值大于BCP,且测量值越大时,测量差值越大;液态水含量的测量变化趋势较一致, CDP比BCP的结果变化更为明显;粒子有效直径的测量存在差异,CDP比BCP能够更清晰地显示出粒子有效直径的尺度变化。另外,探测原理的差异、探头结构和安装位置的不同、云结构的不均匀性也会导致测量差异。不同机载探测设备观测数据的对比和分析,能够为改善数据质量提供有效指导,有助于增强飞机探测数据的有效性和精确性,为人工影响天气飞机探测数据的应用分析提供重要的科学参考和技术支持。

摘要:利用粤港澳大湾区雷达回波数据集,首先基于半拉格朗日平流方案的Lucas-Kanade光流法计算了光流运动矢量和未来120 min外推雷达回波,再将其与过去实况雷达回波作为深度学习(SmaAt-UNet,简称DL)的输入特征,据此基于回波图像、临界成功指数(CSI)、命中率(POD)和虚警率(FAR)探讨了光流运动矢量和光流外推回波在改进深度学习外推效果中的适用性。结果表明,光流运动矢量的加入显著提升了DL对回波位置、强度及生消演化的外推能力,而光流外推回波的误差则可能降低了DL的外推效果。由此可见,大气动力特征可为深度学习方法提供有效的大气演化信息,进而有助于提升其临近预报能力。

摘要:为解决气象要素空间插值方法中不能动态选取各插值点最邻近的参考点个数或者影响半径的问题,以及针对气象要素的空间位置拟合函数适用性问题,本文提出一种基于动态参数的气象要素空间插值方法。该方法采用浅层级联前馈神经网络对插值的参考点进行非线性拟合,并考虑到距离、水平角、高度差因素进行基于梯度变换的空间插值,最后将这三个因素的权重综合成空间权重,作为插值点最邻近参考点个数动态选取的先验评估指标,从而降低了插值方法参数设置难度并提高了插值的准确性。基于2022年中国陆地区域的实验结果表明:该方法和方向反距离加权法(Aspect and Inverse Distance Weighted,AIDW)、普通克里金插值法(Ordinary Kriging,OK)、薄盘光谱样条插值法(Thin-Plate Smoothing Spline,TPSS)相比较,在气温和绝对湿度插值上的平均误差最小,其中气温比误差第二小的TPSS的MAE降低0.23 ℃、RMSE降低0.44 ℃、绝对湿度比TPSS的MAE降低0.06 g·m^-3、RMSE降低了0.12 g·m^-3。

摘要:本文在机器学习的基础上建立输电线路杆塔雷击预警模型。根据拉依达准则剔除传感器采集雷电数据中的坏值。采用平均值填充法填充缺失雷电数据,并利用机器学习的二次曲线指数平滑法对雷电数据展开平滑处理,提高雷电数据质量,为实现高可信度的雷击预警奠定数据基础。根据地闪密度和雷击跳闸率划分雷击风险等级,并在层次分析法的基础上确定权重,建立输电线路杆塔雷击预警模型。以雷击造成的电流、电压数据异常为指标进行实验测试,结果表明所提方法的电流、电压检测精度高,可准确预测雷击引起的电流、电压异常波动,预警可信度高。

摘要:2025年春季,全国平均气温为历史同期第四高,降水较常年同期略偏少。主要天气气候事件包括:11次区域暴雨过程影响我国,接近常年同期,主要以南方型为主;华南、长江中下游及陕西、河南等地气象干旱阶段性、区域性发展;5月19—21日华北、华中北部、华东北部、西北地区东南部、西南地区东北部等地发生首次高温过程;冷空气过程较常年同期偏多,其中3月25—30日全国型寒潮为今年最强冷空气过程,具有降温幅度大,持续时间长,南北跨度大,沙尘、雨雪、强对流等多灾种交织影响的特点,给交通运输、春耕农业等方面带来了不利影响;强对流天气频发、强发,贵州、江西、云南、福建、江苏等地灾害影响较重;沙尘天气过程较常年同期偏多,3次强沙尘暴影响我国。初步分析表明,春季中国平均气温异常偏高但冷空气频繁;大范围冷空气活动以及华南、长江中下游等地气象干旱可能与偏西、偏强的西太平洋副热带高压及异常减少的水汽输送有关,异常的水汽辐散为高温少雨及干旱提供有利的环流背景场。