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《应用气象学报》投稿模版
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摘要
PDF 638KB
2021, 32(5): 513-529.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210501
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摘要:
电线积冰灾害是导致电力系统发生事故的重要自然灾害之一。基于已有研究成果，从电线积冰相关概念与分类出发，对电线积冰的影响与危害、时空分布、成因、影响因子、预报模型、风险评估以及预防措施等方面进行归纳。我国电线积冰灾害以雾凇型积冰和雨凇型积冰为主，主要环境成因包括准静止锋、大气垂直结构和逆温层，同时还受到地形、高度和导线自身特性等的影响。电线积冰灾害总体上呈现北方多雾凇而南方多雨凇的分布特征，20世纪80—90年代的积冰日数较多，90年代后呈下降趋势。为更好地实现电线积冰灾害的模拟与预测，预报模型也在不断完善，包括物理数值模型和统计预测模型；而对于电线积冰灾害风险评估的研究较少，主要集中在电线积冰灾害的危险性和线路的脆弱性。基于多学科指标构建的电线积冰综合性指标、基于灾变过程的综合风险评估及气候变化对电线积冰的影响将是今后重点研究方向。
电线积冰灾害是导致电力系统发生事故的重要自然灾害之一。基于已有研究成果，从电线积冰相关概念与分类出发，对电线积冰的影响与危害、时空分布、成因、影响因子、预报模型、风险评估以及预防措施等方面进行归纳。我国电线积冰灾害以雾凇型积冰和雨凇型积冰为主，主要环境成因包括准静止锋、大气垂直结构和逆温层，同时还受到地形、高度和导线自身特性等的影响。电线积冰灾害总体上呈现北方多雾凇而南方多雨凇的分布特征，20世纪80—90年代的积冰日数较多，90年代后呈下降趋势。为更好地实现电线积冰灾害的模拟与预测，预报模型也在不断完善，包括物理数值模型和统计预测模型；而对于电线积冰灾害风险评估的研究较少，主要集中在电线积冰灾害的危险性和线路的脆弱性。基于多学科指标构建的电线积冰综合性指标、基于灾变过程的综合风险评估及气候变化对电线积冰的影响将是今后重点研究方向。
2021, 32(5): 530-541.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210502
摘要:
基于业务观测、历史灾情及互联网媒体等多源数据整编形成强对流天气人工智能应用训练基础数据集（Severe Convective Weather DataSet for AI application，SCWDS）。SCWDS包括2012—2019年中国大陆区域的雷暴、雷暴大风、短时强降水、冰雹及龙卷5种强对流天气，共184865个个例（站次），9256405个样本，每个样本包含强对流天气过程标注及对应时空窗口范围内的地面观测数据、探空数据、闪电定位数据、雷达基数据、卫星多通道数据和再分析产品等。雷暴、短时强降水、冰雹主要出现在6—8月，雷暴大风主要出现在4—5月，龙卷主要出现在6—8月和4月。短时强降水发生时间呈03：00—04：00（北京时，下同）和15：00—16：00时段双峰分布，雷暴、雷暴大风、冰雹、龙卷主要发生在13：00—19：00时段。雷暴主要出现在华南、江南及青藏高原、云贵高原，雷暴大风主要出现在华北北部及江南沿海，短时强降水主要出现在西南、华南、江南及黄淮江淮地区，冰雹主要出现在青藏高原、云贵高原及华北北部。SCWDS作为机器学习模型训练的基础数据，为强对流天气智能识别和预报应用提供数据支撑。
基于业务观测、历史灾情及互联网媒体等多源数据整编形成强对流天气人工智能应用训练基础数据集（Severe Convective Weather DataSet for AI application，SCWDS）。SCWDS包括2012—2019年中国大陆区域的雷暴、雷暴大风、短时强降水、冰雹及龙卷5种强对流天气，共184865个个例（站次），9256405个样本，每个样本包含强对流天气过程标注及对应时空窗口范围内的地面观测数据、探空数据、闪电定位数据、雷达基数据、卫星多通道数据和再分析产品等。雷暴、短时强降水、冰雹主要出现在6—8月，雷暴大风主要出现在4—5月，龙卷主要出现在6—8月和4月。短时强降水发生时间呈03：00—04：00（北京时，下同）和15：00—16：00时段双峰分布，雷暴、雷暴大风、冰雹、龙卷主要发生在13：00—19：00时段。雷暴主要出现在华南、江南及青藏高原、云贵高原，雷暴大风主要出现在华北北部及江南沿海，短时强降水主要出现在西南、华南、江南及黄淮江淮地区，冰雹主要出现在青藏高原、云贵高原及华北北部。SCWDS作为机器学习模型训练的基础数据，为强对流天气智能识别和预报应用提供数据支撑。
2021, 32(5): 542-552.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210503
摘要:
气候动力诊断和数值模拟是认识气候变化规律、提高短期气候预测与科学决策服务水平的重要手段。但基于气候模拟的动力诊断技术在气候预测业务中还未得到广泛应用，缺乏支撑科研成果转化为业务应用的中试平台。为此，通过集成多种现代计算机通信协议、可视化编辑和气象数值计算等技术，研发可视化交互气候动力诊断和分析系统（Climate Dynamic Diagnosis and Analysis System，CDDAS），以促进气候模拟的动力诊断技术在气候业务中的广泛应用。该系统具有结构开放、诊断方法集成度高、方便易用等特点，包括数据更新备份、气候动力诊断、多模式数值模拟、结果分析4个功能模块，并设计了一种远程交互控制脚本语言，为用户二次开发提供语言环境，可实现本地客户端、服务器端和超级计算机三者交互通信控制可视化管理。该系统使用便捷，目前已在国家级业务和科研单位获得应用，在气候异常成因分析、气候预测和气候决策服务中可显著提高工作效率。
气候动力诊断和数值模拟是认识气候变化规律、提高短期气候预测与科学决策服务水平的重要手段。但基于气候模拟的动力诊断技术在气候预测业务中还未得到广泛应用，缺乏支撑科研成果转化为业务应用的中试平台。为此，通过集成多种现代计算机通信协议、可视化编辑和气象数值计算等技术，研发可视化交互气候动力诊断和分析系统（Climate Dynamic Diagnosis and Analysis System，CDDAS），以促进气候模拟的动力诊断技术在气候业务中的广泛应用。该系统具有结构开放、诊断方法集成度高、方便易用等特点，包括数据更新备份、气候动力诊断、多模式数值模拟、结果分析4个功能模块，并设计了一种远程交互控制脚本语言，为用户二次开发提供语言环境，可实现本地客户端、服务器端和超级计算机三者交互通信控制可视化管理。该系统使用便捷，目前已在国家级业务和科研单位获得应用，在气候异常成因分析、气候预测和气候决策服务中可显著提高工作效率。
2021, 32(5): 553-566.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210504
摘要:
利用基于BCC-CSM1.1m模式建立的第2代季节预测模式系统1984—2019年历史回算数据，客观评估该模式对1月和4月欧亚积雪覆盖率（snow cover fraction，SCF）气候态和年际变化的预测技巧，分析模式预测偏差产生的可能原因。结果表明：BCC-CSM1.1m模式在超前0~2个月对欧亚大陆SCF具有一定预测技巧，对4月SCF的预测能力明显高于1月，1月预测技巧在欧洲西部地区最高，4月在西西伯利亚地区最高。SCF的预测结果在除青藏高原外的大范围地区表现为系统性偏低，预测偏差在1月随着起报时间的增长没有明显变化，而在4月随着起报时间的增长，关键区偏差由负转正并逐渐增大。分析表明，SCF预测偏差与模式中近地面气温的预测偏差有直接关系。除此之外，SCF的预测偏差部分源于模式本身的系统性偏差，模式分辨率以及参数化方案可能是预测结果在积雪覆盖率接近100%的高纬度地区明显偏低的原因。
利用基于BCC-CSM1.1m模式建立的第2代季节预测模式系统1984—2019年历史回算数据，客观评估该模式对1月和4月欧亚积雪覆盖率（snow cover fraction，SCF）气候态和年际变化的预测技巧，分析模式预测偏差产生的可能原因。结果表明：BCC-CSM1.1m模式在超前0~2个月对欧亚大陆SCF具有一定预测技巧，对4月SCF的预测能力明显高于1月，1月预测技巧在欧洲西部地区最高，4月在西西伯利亚地区最高。SCF的预测结果在除青藏高原外的大范围地区表现为系统性偏低，预测偏差在1月随着起报时间的增长没有明显变化，而在4月随着起报时间的增长，关键区偏差由负转正并逐渐增大。分析表明，SCF预测偏差与模式中近地面气温的预测偏差有直接关系。除此之外，SCF的预测偏差部分源于模式本身的系统性偏差，模式分辨率以及参数化方案可能是预测结果在积雪覆盖率接近100%的高纬度地区明显偏低的原因。
2021, 32(5): 567-579.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210505
摘要:
利用中国气象局地面自动气象站、探空、天气雷达等观测资料和ERA-Interim再分析资料，分析2016年9月8日川藏高原一次强对流天气过程。结果表明：该过程多站出现8级雷暴大风、10 mm以上小时强降水且伴有最大直径为18 mm的冰雹，是川藏高原一次混合型强对流过程。对流系统发生在500 hPa弱冷平流和低层切变线影响下，中低层深厚湿层、环境中等强度对流有效位能和垂直风切变为超级单体的形成和维持提供有利条件。初始北侧多单体和南侧弱对流在地面辐合线上生成，向东南移入适宜环境后，北侧多单体发展成线状对流系统，与南侧单体合并且促使其迅速发展成超级单体。成熟超级单体低层具有清晰的前侧入流缺口、钩状回波和中气旋特征。强回波区随高度前倾，呈显著的上冲云顶突起、回波悬垂和有界弱回波区。风暴内中层径向辐合、上升气流减弱和反射率因子核心快速下降预示下击暴流的产生。中层干空气的夹卷和水凝物快速下落的拖曳作用加强下沉气流，结合峡谷地形的狭管效应，引起地面大风。
利用中国气象局地面自动气象站、探空、天气雷达等观测资料和ERA-Interim再分析资料，分析2016年9月8日川藏高原一次强对流天气过程。结果表明：该过程多站出现8级雷暴大风、10 mm以上小时强降水且伴有最大直径为18 mm的冰雹，是川藏高原一次混合型强对流过程。对流系统发生在500 hPa弱冷平流和低层切变线影响下，中低层深厚湿层、环境中等强度对流有效位能和垂直风切变为超级单体的形成和维持提供有利条件。初始北侧多单体和南侧弱对流在地面辐合线上生成，向东南移入适宜环境后，北侧多单体发展成线状对流系统，与南侧单体合并且促使其迅速发展成超级单体。成熟超级单体低层具有清晰的前侧入流缺口、钩状回波和中气旋特征。强回波区随高度前倾，呈显著的上冲云顶突起、回波悬垂和有界弱回波区。风暴内中层径向辐合、上升气流减弱和反射率因子核心快速下降预示下击暴流的产生。中层干空气的夹卷和水凝物快速下落的拖曳作用加强下沉气流，结合峡谷地形的狭管效应，引起地面大风。
2021, 32(5): 580-591.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210506
摘要:
为了探究深度学习用于飑线识别的可行性，基于2008—2020年河南省郑州和驻马店雷达数据，采用卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）算法构建飑线识别模型，引用临界成功指数、公平风险评分、命中率和误判率定量评价模型的识别效果，对比不同样本组成比例和网络结构对飑线识别效果的影响。结果表明：建模所用的样本组成比例对飑线识别有一定影响，通过改变采样方式和优化网络结构均能够改善样本比例不平衡的问题，提高飑线识别效果，且后者提升的幅度更大，而两种方法的结合无明显提升。测试结果表明：该模型临界成功指数为0.66，公平风险评分为0.58，命中率为0.86，误判率为0.24。研究揭示了卷积神经网络能够提取并学习飑线和非飑线回波的图像特征，对飑线有一定识别能力。
为了探究深度学习用于飑线识别的可行性，基于2008—2020年河南省郑州和驻马店雷达数据，采用卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）算法构建飑线识别模型，引用临界成功指数、公平风险评分、命中率和误判率定量评价模型的识别效果，对比不同样本组成比例和网络结构对飑线识别效果的影响。结果表明：建模所用的样本组成比例对飑线识别有一定影响，通过改变采样方式和优化网络结构均能够改善样本比例不平衡的问题，提高飑线识别效果，且后者提升的幅度更大，而两种方法的结合无明显提升。测试结果表明：该模型临界成功指数为0.66，公平风险评分为0.58，命中率为0.86，误判率为0.24。研究揭示了卷积神经网络能够提取并学习飑线和非飑线回波的图像特征，对飑线有一定识别能力。
2021, 32(5): 592-602.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210507
摘要:
利用高空和地面观测、欧洲中期预报中心再分析资料（ERA5）以及卫星云图，统计2010—2019年4—9月我国黄淮地区触发对流天气的干线特征。结果表明：干线主要出现在山东德州附近和豫北周边地区，多呈准西北—东南向和准东北—西南向；长度集中在100~200 km，宽度在50~100 km；多出现在14：00（北京时，下同）或17：00；多发生在高空冷涡形势下，低层多有切变线（或辐合线）配合，地面多位于入海高压后部。地面气象要素统计显示：干线干侧温度较湿侧偏高1.9 ℃，湿侧露点温度较干侧偏高6.8 ℃，干线两侧温度梯度为-2.7 ℃·（100 km）-1，露点温度梯度为10.1 ℃·（100 km）-1，比湿梯度为5.9 g·kg-1·（100 km）-1。探空参数统计结果表明：干线湿侧大气可降水量略高于干侧，925 hPa，850 hPa和700 hPa湿侧比湿均大于干侧；对流有效位能湿侧平均值远大于干侧；干线两侧700 hPa，850 hPa与500 hPa温度差非常接近，即黄淮地区干线两侧对流有效位能的显著差异主要由干线两侧低层水汽条件差异造成，干线两侧条件不稳定度大致相当。
利用高空和地面观测、欧洲中期预报中心再分析资料（ERA5）以及卫星云图，统计2010—2019年4—9月我国黄淮地区触发对流天气的干线特征。结果表明：干线主要出现在山东德州附近和豫北周边地区，多呈准西北—东南向和准东北—西南向；长度集中在100~200 km，宽度在50~100 km；多出现在14：00（北京时，下同）或17：00；多发生在高空冷涡形势下，低层多有切变线（或辐合线）配合，地面多位于入海高压后部。地面气象要素统计显示：干线干侧温度较湿侧偏高1.9 ℃，湿侧露点温度较干侧偏高6.8 ℃，干线两侧温度梯度为-2.7 ℃·（100 km）-1，露点温度梯度为10.1 ℃·（100 km）-1，比湿梯度为5.9 g·kg-1·（100 km）-1。探空参数统计结果表明：干线湿侧大气可降水量略高于干侧，925 hPa，850 hPa和700 hPa湿侧比湿均大于干侧；对流有效位能湿侧平均值远大于干侧；干线两侧700 hPa，850 hPa与500 hPa温度差非常接近，即黄淮地区干线两侧对流有效位能的显著差异主要由干线两侧低层水汽条件差异造成，干线两侧条件不稳定度大致相当。
2021, 32(5): 603-617.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210508
摘要:
发育进程是作物的生理年龄，发育模式是作物生长模型的时间指针。但目前的发育模式只关注某时段（日）气象条件对作物发育的影响，其准确率也难以满足作物生长模拟的需求。根据作物发育速率不仅与气象条件有关、还与其所处发育期有关的理论假设，重构发育进程模式，并利用1980—2019年我国甘蔗发育实测数据进行模式适应性分析，比较传统模式与重构模式的模拟能力。结果表明：重构模式中，发育单位日序模式和温度日序模式对甘蔗发育进程的适应性均较好，尤其在后期温度不断降低的发育进程以及低温年型的模拟中，其适应能力明显优于传统模式。重构及传统模式模拟能力从强到弱依次为发育单位日序模式、温度日序模式、响应适应模式、发育单位模式、发育单位温度修正模式、热量单位模式，均方根误差计算的模拟能力值依次为4.3，3.9，3.7，3.3，3.0，2.8。
发育进程是作物的生理年龄，发育模式是作物生长模型的时间指针。但目前的发育模式只关注某时段（日）气象条件对作物发育的影响，其准确率也难以满足作物生长模拟的需求。根据作物发育速率不仅与气象条件有关、还与其所处发育期有关的理论假设，重构发育进程模式，并利用1980—2019年我国甘蔗发育实测数据进行模式适应性分析，比较传统模式与重构模式的模拟能力。结果表明：重构模式中，发育单位日序模式和温度日序模式对甘蔗发育进程的适应性均较好，尤其在后期温度不断降低的发育进程以及低温年型的模拟中，其适应能力明显优于传统模式。重构及传统模式模拟能力从强到弱依次为发育单位日序模式、温度日序模式、响应适应模式、发育单位模式、发育单位温度修正模式、热量单位模式，均方根误差计算的模拟能力值依次为4.3，3.9，3.7，3.3，3.0，2.8。
2021, 32(5): 618-628.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210509
摘要:
越冬冻害是猕猴桃的主要气象灾害，为探讨低温对猕猴桃的伤害机理，建立猕猴桃越冬冻害指标体系，2020年12月—2021年2月利用MSX-2F霜箱系统模拟越冬期低温过程，采用组织褐变率、细胞伤害率等参数对结果母枝冻害特征进行定量描述，通过冻害指数与低温的Logistic关系模型，研究6个主栽品种结果母枝冻害特征。结果表明：结果母枝主芽半致死温度以海沃德最低，为-16.5 ℃，瑞玉、徐香、金福居中，分别为-14.8 ℃，-14.9 ℃和-14.2 ℃，翠香、红阳较高，分别为-13.4 ℃，-13.8 ℃。-16 ℃~-10 ℃低温主要影响结果母枝主芽活性，-16 ℃为主芽受冻向副芽受冻的转折点，低于-18 ℃对主、副芽活性均有伤害，-20 ℃以下低温可造成结果母枝大量死亡。品种间抗冻性能，以海沃德最强，瑞玉、金福、徐香居中，翠香、红阳最弱。以结果母枝芽冻害指数为主要参数，构建6个主产品种猕猴桃结果母枝5级低温冻害指标，对应类型和温度阈值如下：1级为轻度减产型，-11.0 ℃~-10.5 ℃；2级为中度减产型，-14.5 ℃~-10.5 ℃；3级为重度减产型，-16.5 ℃~-12.0 ℃；4级为绝收型，-20.0 ℃~-13.5 ℃；5级为致死型，-20.0 ℃~-15.0 ℃。
越冬冻害是猕猴桃的主要气象灾害，为探讨低温对猕猴桃的伤害机理，建立猕猴桃越冬冻害指标体系，2020年12月—2021年2月利用MSX-2F霜箱系统模拟越冬期低温过程，采用组织褐变率、细胞伤害率等参数对结果母枝冻害特征进行定量描述，通过冻害指数与低温的Logistic关系模型，研究6个主栽品种结果母枝冻害特征。结果表明：结果母枝主芽半致死温度以海沃德最低，为-16.5 ℃，瑞玉、徐香、金福居中，分别为-14.8 ℃，-14.9 ℃和-14.2 ℃，翠香、红阳较高，分别为-13.4 ℃，-13.8 ℃。-16 ℃~-10 ℃低温主要影响结果母枝主芽活性，-16 ℃为主芽受冻向副芽受冻的转折点，低于-18 ℃对主、副芽活性均有伤害，-20 ℃以下低温可造成结果母枝大量死亡。品种间抗冻性能，以海沃德最强，瑞玉、金福、徐香居中，翠香、红阳最弱。以结果母枝芽冻害指数为主要参数，构建6个主产品种猕猴桃结果母枝5级低温冻害指标，对应类型和温度阈值如下：1级为轻度减产型，-11.0 ℃~-10.5 ℃；2级为中度减产型，-14.5 ℃~-10.5 ℃；3级为重度减产型，-16.5 ℃~-12.0 ℃；4级为绝收型，-20.0 ℃~-13.5 ℃；5级为致死型，-20.0 ℃~-15.0 ℃。
2021, 32(5): 629-640.
DOI: 10.11898/1001-7313.20210510
摘要:
利用1960—2019年黄淮海地区186个气象站逐日气象数据，结合春花生发育期数据，采用标准化降水作物需水指数将旱涝灾害分为7个等级，分析春花生旱涝灾害的时空分布特征；并以旱涝灾害发生的强度和频率构建春花生旱涝灾害危险性指数，开展黄淮海地区春花生旱涝灾害危险性评价。结果表明：黄河流域西北部和中部、淮河流域东北部以及海河流域北部是干旱灾害高发区；涝害高发区主要集中在黄河流域的大部分地区、淮河流域北部和南部地区以及海河流域东部，以中度涝害为主。春花生干旱灾害高危险性地区零散分布，主要集中在黄河流域西北部；而涝害中、高危险性地区多分布于黄河流域。
利用1960—2019年黄淮海地区186个气象站逐日气象数据，结合春花生发育期数据，采用标准化降水作物需水指数将旱涝灾害分为7个等级，分析春花生旱涝灾害的时空分布特征；并以旱涝灾害发生的强度和频率构建春花生旱涝灾害危险性指数，开展黄淮海地区春花生旱涝灾害危险性评价。结果表明：黄河流域西北部和中部、淮河流域东北部以及海河流域北部是干旱灾害高发区；涝害高发区主要集中在黄河流域的大部分地区、淮河流域北部和南部地区以及海河流域东部，以中度涝害为主。春花生干旱灾害高危险性地区零散分布，主要集中在黄河流域西北部；而涝害中、高危险性地区多分布于黄河流域。
摘要：
气候变化已成为当今科学界、各国政府和社会公众普遍关注的环境问题之一，气候变化可能对生态系统和社会经济产生灾难性影响，农业是受气候变化影响最直接的脆弱行业。因此，气候变化对农业生产的影响研究一直是气候变化研究领域中的热点问题之一。该文系统介绍了有关全球气候变化对中国农业生产影响研究的现状与进展，包括气候变化对农业影响的研究方法、大气中温室气体浓度增加对农作物的影响试验、气候变化对农业气候资源的影响、气候变化对农作物生长发育和产量的影响、气候变化对农业种植制度和品种布局的影响、气候变化对农作物气候生产潜力和气候资源利用率的影响等，指出当前在研究气候变化对农业影响评估中存在的问题，提出了今后应加强对气候变化情景和预测模式不确定性的研究、气候变化对农业影响的方法研究。此外，气候变化背景下极端天气气候事件对农业生产的影响以及气候变化对农业病虫害的影响研究等仍较薄弱，有待进一步加强和深入。
气候变化已成为当今科学界、各国政府和社会公众普遍关注的环境问题之一，气候变化可能对生态系统和社会经济产生灾难性影响，农业是受气候变化影响最直接的脆弱行业。因此，气候变化对农业生产的影响研究一直是气候变化研究领域中的热点问题之一。该文系统介绍了有关全球气候变化对中国农业生产影响研究的现状与进展，包括气候变化对农业影响的研究方法、大气中温室气体浓度增加对农作物的影响试验、气候变化对农业气候资源的影响、气候变化对农作物生长发育和产量的影响、气候变化对农业种植制度和品种布局的影响、气候变化对农作物气候生产潜力和气候资源利用率的影响等，指出当前在研究气候变化对农业影响评估中存在的问题，提出了今后应加强对气候变化情景和预测模式不确定性的研究、气候变化对农业影响的方法研究。此外，气候变化背景下极端天气气候事件对农业生产的影响以及气候变化对农业病虫害的影响研究等仍较薄弱，有待进一步加强和深入。
摘要：
为满足对海量气象数据管理和服务的需求，国家气象信息中心设计开发了全国综合气象信息共享系统 (CIMISS)。该文描述了系统基本设计思路、功能结构、基础平台体系结构、信息流程，阐述了系统为用户提供的基础数据使用环境。系统由数据收集与分发系统、数据加工处理系统、数据存储管理系统、数据共享服务系统、业务监控系统5个业务子系统组成，承担数据收集、加工处理、存储管理、共享服务和业务监控任务。系统设计和开发采用了一系列现代信息技术，包括基于消息和文件共享的平台内信息交换、气象数据标准化分类、数据处理作业调度和算法的动态扩展、元数据的设计和应用、公共配置信息管理、全流程业务监视和调度控制、面向服务的多维度数据存储策略、全局数据访问视图和统一访问接口设计等。该系统为我国国家级和省级气象业务提供了统一规范的气象数据使用环境。
为满足对海量气象数据管理和服务的需求，国家气象信息中心设计开发了全国综合气象信息共享系统 (CIMISS)。该文描述了系统基本设计思路、功能结构、基础平台体系结构、信息流程，阐述了系统为用户提供的基础数据使用环境。系统由数据收集与分发系统、数据加工处理系统、数据存储管理系统、数据共享服务系统、业务监控系统5个业务子系统组成，承担数据收集、加工处理、存储管理、共享服务和业务监控任务。系统设计和开发采用了一系列现代信息技术，包括基于消息和文件共享的平台内信息交换、气象数据标准化分类、数据处理作业调度和算法的动态扩展、元数据的设计和应用、公共配置信息管理、全流程业务监视和调度控制、面向服务的多维度数据存储策略、全局数据访问视图和统一访问接口设计等。该系统为我国国家级和省级气象业务提供了统一规范的气象数据使用环境。
摘要：
华南前汛期暴雨预报一直是我国大气科学界的一个研究热点，特别是发生在锋前的暖区暴雨，由于其天气尺度斜压性强迫不明显，环境大气水汽含量丰富，热动力不稳定性强，边界层触发机制复杂，以及特殊的地形和海陆热力差异的外强迫作用，导致暴雨突发性强，地域性特征显著，也是困扰预报业务人员的难点问题。目前我国预报业务中使用的全球数值预报模式对暖区暴雨的预报能力十分有限，高分辨率中尺度数值模式的预报效果也不尽人意。该文回顾了近40年华南前汛期暴雨大部分研究成果，针对华南暖区暴雨的提出及典型背景场、暖区暴雨与低空急流的关系、暖区中尺度对流系统的形成及传播、暖区暴雨触发机制等独特的天气动力学特征进行了系统梳理与分析，并依据前人研究成果及中央气象台预报实践经验，总结提炼了3类华南暖区暴雨类型——边界层辐合线型、偏南风风速辐合型，以及强西南急流型的天气系统配置及触发因子。最后提出针对华南暖区暴雨需要进一步研究的科学问题。
华南前汛期暴雨预报一直是我国大气科学界的一个研究热点，特别是发生在锋前的暖区暴雨，由于其天气尺度斜压性强迫不明显，环境大气水汽含量丰富，热动力不稳定性强，边界层触发机制复杂，以及特殊的地形和海陆热力差异的外强迫作用，导致暴雨突发性强，地域性特征显著，也是困扰预报业务人员的难点问题。目前我国预报业务中使用的全球数值预报模式对暖区暴雨的预报能力十分有限，高分辨率中尺度数值模式的预报效果也不尽人意。该文回顾了近40年华南前汛期暴雨大部分研究成果，针对华南暖区暴雨的提出及典型背景场、暖区暴雨与低空急流的关系、暖区中尺度对流系统的形成及传播、暖区暴雨触发机制等独特的天气动力学特征进行了系统梳理与分析，并依据前人研究成果及中央气象台预报实践经验，总结提炼了3类华南暖区暴雨类型——边界层辐合线型、偏南风风速辐合型，以及强西南急流型的天气系统配置及触发因子。最后提出针对华南暖区暴雨需要进一步研究的科学问题。
摘要：
强对流天气预报业务包括监测、分析、预报、预警和检验等方面。对流初生识别、对流系统强度识别和对流天气类型识别等监测技术取得新进展，综合多源资料的监测技术已应用于中国气象局中央气象台业务。对流系统的触发、发展和维持机制等获得了新认识，我国不同类型强对流天气及其环境条件统计气候特征、分析规范及相应业务产品等为业务预报提供了必要基础和技术支撑。光流法、多尺度追踪技术以及应用模糊逻辑方法的临近预报技术等有明显进展，融合短时预报技术得到广泛应用，对流可分辨高分辨率数值 (集合) 预报及其后处理产品预报试验取得了显著成效，基于数值 (集合) 预报应用模糊逻辑方法的分类强对流天气短期预报技术为业务预报提供了技术支撑。强对流天气综合监测和多尺度自适应临近预报技术、多尺度分析技术以及融合短时预报技术、发展并应用模糊逻辑等方法的、基于高分辨率数值 (集合) 模式的区分不同强度等级和极端性的分类强对流天气精细化 (概率) 预报技术等是未来发展的主要方向。
强对流天气预报业务包括监测、分析、预报、预警和检验等方面。对流初生识别、对流系统强度识别和对流天气类型识别等监测技术取得新进展，综合多源资料的监测技术已应用于中国气象局中央气象台业务。对流系统的触发、发展和维持机制等获得了新认识，我国不同类型强对流天气及其环境条件统计气候特征、分析规范及相应业务产品等为业务预报提供了必要基础和技术支撑。光流法、多尺度追踪技术以及应用模糊逻辑方法的临近预报技术等有明显进展，融合短时预报技术得到广泛应用，对流可分辨高分辨率数值 (集合) 预报及其后处理产品预报试验取得了显著成效，基于数值 (集合) 预报应用模糊逻辑方法的分类强对流天气短期预报技术为业务预报提供了技术支撑。强对流天气综合监测和多尺度自适应临近预报技术、多尺度分析技术以及融合短时预报技术、发展并应用模糊逻辑等方法的、基于高分辨率数值 (集合) 模式的区分不同强度等级和极端性的分类强对流天气精细化 (概率) 预报技术等是未来发展的主要方向。
摘要：
农业气象灾害的监测预测是灾害评估和防控的基础和前提, 因此，农业气象灾害的监测预测研究长期以来一直是农业气象研究工作的重点领域。该文系统回顾了我国农业气象灾害的指标、监测技术和预测预警技术等方面的相关进展和成果，提出当前存在的主要问题：农业气象灾害的基础性研究仍然十分薄弱, 农业气象灾害指标对致灾因子的概括性尚不足, 农业气象灾害监测的精细化程度有待进一步提高, 临近预警技术缺乏, 气候变化背景下农业气象灾害的新规律揭示不够。该文同时指出未来应加强农业气象灾害综合指标的研究, 强化农业气象灾害的预测预报研究, 构建农业气象灾害实时预警技术体系, 构建农业气象灾害立体、动态监测体系, 关注气候变化背景下农业气象灾害风险变化评估研究, 加强气象或气候预测信息在农业气象灾害预测中的应用技术研究。
农业气象灾害的监测预测是灾害评估和防控的基础和前提, 因此，农业气象灾害的监测预测研究长期以来一直是农业气象研究工作的重点领域。该文系统回顾了我国农业气象灾害的指标、监测技术和预测预警技术等方面的相关进展和成果，提出当前存在的主要问题：农业气象灾害的基础性研究仍然十分薄弱, 农业气象灾害指标对致灾因子的概括性尚不足, 农业气象灾害监测的精细化程度有待进一步提高, 临近预警技术缺乏, 气候变化背景下农业气象灾害的新规律揭示不够。该文同时指出未来应加强农业气象灾害综合指标的研究, 强化农业气象灾害的预测预报研究, 构建农业气象灾害实时预警技术体系, 构建农业气象灾害立体、动态监测体系, 关注气候变化背景下农业气象灾害风险变化评估研究, 加强气象或气候预测信息在农业气象灾害预测中的应用技术研究。
摘要：
针对GRAPES_Meso V3.0存在的降水量偏大、模式运行不稳定、近地面温度预报偏差较大、可同化资料偏少以及分辨率偏低等问题，开展了多方面的改进工作：引入变分质量控制以及探空湿度的偏差订正，实现了GPS/PW资料、FY-2E云导风资料以及无线电掩星资料的同化应用，提高了模式分辨率，引入四阶水平扩散方案，调整了微物理参数化方案与动力框架的耦合方案，完善了地面辐射能量平衡方程以及优化了后处理雷达组合反射率因子的诊断方案，并集成所有改进成果形成新的业务化GRAPES_Meso V4.0。批量试验结果表明：GRAPES_Meso V4.0降水ETS评分普遍提高，同时预报偏差明显降低，月平均降水更接近实况，且能够较好地刻画雨带细节；2 m温度预报偏差有较为显著的改善，大部分地区24 h预报有1~2℃左右的降低，有些地区有3~5℃的降低；GRAPES_Meso V4.0对高度场、温度场和风场的改进效果比较显著，500 hPa的温度、风速、位势高度场的相关系数均有显著提高，850 hPa的均方根误差也明显降低，整体性能明显高于GRAPES_Meso V3.0。
针对GRAPES_Meso V3.0存在的降水量偏大、模式运行不稳定、近地面温度预报偏差较大、可同化资料偏少以及分辨率偏低等问题，开展了多方面的改进工作：引入变分质量控制以及探空湿度的偏差订正，实现了GPS/PW资料、FY-2E云导风资料以及无线电掩星资料的同化应用，提高了模式分辨率，引入四阶水平扩散方案，调整了微物理参数化方案与动力框架的耦合方案，完善了地面辐射能量平衡方程以及优化了后处理雷达组合反射率因子的诊断方案，并集成所有改进成果形成新的业务化GRAPES_Meso V4.0。批量试验结果表明：GRAPES_Meso V4.0降水ETS评分普遍提高，同时预报偏差明显降低，月平均降水更接近实况，且能够较好地刻画雨带细节；2 m温度预报偏差有较为显著的改善，大部分地区24 h预报有1~2℃左右的降低，有些地区有3~5℃的降低；GRAPES_Meso V4.0对高度场、温度场和风场的改进效果比较显著，500 hPa的温度、风速、位势高度场的相关系数均有显著提高，850 hPa的均方根误差也明显降低，整体性能明显高于GRAPES_Meso V3.0。
摘要：
对21世纪以来定量降水预报技术流程中的数值模式预报、统计后处理、检验评估和预报员作用4个方面的研究工作进行了归纳，主要进展包括：业务全球模式对于降水的预报能力持续提升，而发展高分辨率模式 (尤其是对流尺度模式) 和集合预报是提高定量降水预报精准化水平的主要途径，且将两者相结合以促进短期降水预报是发展趋势；统计后处理技术已发展到应用数据挖掘方法对海量预报数据中有效信息进行提取和集成，而再预报资料的出现将进一步促进统计后处理技术的发展；为解决评估精细化定量降水预报面临的新问题，多种新的检验技术得到发展和应用，如极端降水检验评分、空间检验技术及概率检验方法等；预报员在模式和后处理方法上能够提供的附加值越来越有限，但在预报流程中仍将处于核心地位，其角色将逐渐向帮助用户进行决策方向转变。文章指出，定量降水预报技术的发展所面临的挑战包括大气水汽观测及同化技术改进、暖区和复杂地形下暴雨预报等科学问题的解决。
对21世纪以来定量降水预报技术流程中的数值模式预报、统计后处理、检验评估和预报员作用4个方面的研究工作进行了归纳，主要进展包括：业务全球模式对于降水的预报能力持续提升，而发展高分辨率模式 (尤其是对流尺度模式) 和集合预报是提高定量降水预报精准化水平的主要途径，且将两者相结合以促进短期降水预报是发展趋势；统计后处理技术已发展到应用数据挖掘方法对海量预报数据中有效信息进行提取和集成，而再预报资料的出现将进一步促进统计后处理技术的发展；为解决评估精细化定量降水预报面临的新问题，多种新的检验技术得到发展和应用，如极端降水检验评分、空间检验技术及概率检验方法等；预报员在模式和后处理方法上能够提供的附加值越来越有限，但在预报流程中仍将处于核心地位，其角色将逐渐向帮助用户进行决策方向转变。文章指出，定量降水预报技术的发展所面临的挑战包括大气水汽观测及同化技术改进、暖区和复杂地形下暴雨预报等科学问题的解决。
摘要：
该文回顾了中国气象局全球中期数值天气预报系统GRAPES_GFS的研发历程，重点介绍了近年来在GRAPES_GFS研发过程中的重要进展，概要阐述了这些进展对GRAPES_GFS业务：化的贡献。动力框架方面的改进主要包括位温垂直平流的算法、极区滤波方案、标量平流方案、垂直速度衰减（damping）算法、提高模式分辨率等，改善了模式框架的稳定性、计算精度以及质量守恒性。物理过程方面的改进主要包括RRTMG辐射方案、CoLM陆面过程方案、积云对流、边界层过程、双参数云物理方案，以及物理过程的调用计算等，全面提升了模式物理过程的预报能力。全球三维变分同化方面，研发了模式空间三维变分（3DVar）系统、资料质量控制和偏差订正技术、卫星资料同化方面的相关技术等。同时，对目前GRAPES_GFS2.0的预报能力进行了评估，总体来说，该系统各项预报指标全面超越GRAPES_GFS1.0，与T639相比等压面要素预报在对流层也有明显优势，降水、2 m温度等预报也优势明显。
该文回顾了中国气象局全球中期数值天气预报系统GRAPES_GFS的研发历程，重点介绍了近年来在GRAPES_GFS研发过程中的重要进展，概要阐述了这些进展对GRAPES_GFS业务：化的贡献。动力框架方面的改进主要包括位温垂直平流的算法、极区滤波方案、标量平流方案、垂直速度衰减（damping）算法、提高模式分辨率等，改善了模式框架的稳定性、计算精度以及质量守恒性。物理过程方面的改进主要包括RRTMG辐射方案、CoLM陆面过程方案、积云对流、边界层过程、双参数云物理方案，以及物理过程的调用计算等，全面提升了模式物理过程的预报能力。全球三维变分同化方面，研发了模式空间三维变分（3DVar）系统、资料质量控制和偏差订正技术、卫星资料同化方面的相关技术等。同时，对目前GRAPES_GFS2.0的预报能力进行了评估，总体来说，该系统各项预报指标全面超越GRAPES_GFS1.0，与T639相比等压面要素预报在对流层也有明显优势，降水、2 m温度等预报也优势明显。
摘要：
基于北京地区快速更新循环同化预报系统 (BJ-RUC)、WRF-Chem模式和优选的能见度参数化方案，建立了北京区域环境气象数值预报系统。对2014年全年PM2.5浓度、能见度和APEC (Asia-Pacific Economic Cooperation) 期间预报效果检验结果表明:该系统对京津冀及周边地区PM2.5浓度的预报效果较好，大部分站点的相关系数在0.6以上，特别是北京的部分站点可达0.8以上，预报结果相比观测总体偏低，随着预报时效的延长，24 h之后预报效果略有下降。相比人工观测，能见度预报结果与自动观测能见度更加接近，对持续性低能见度过程预报与实况吻合较好，对于小时能见度低于10 km的分级检验显示，预报准确率从77%左右逐级下降，2 km以下在40%左右。2014年APEC期间，系统很好地预报出北京地区空气质量指数、PM2.5浓度和能见度的时空演变特征，为APEC期间环境气象预报服务提供了有力的技术支撑。
基于北京地区快速更新循环同化预报系统 (BJ-RUC)、WRF-Chem模式和优选的能见度参数化方案，建立了北京区域环境气象数值预报系统。对2014年全年PM2.5浓度、能见度和APEC (Asia-Pacific Economic Cooperation) 期间预报效果检验结果表明:该系统对京津冀及周边地区PM2.5浓度的预报效果较好，大部分站点的相关系数在0.6以上，特别是北京的部分站点可达0.8以上，预报结果相比观测总体偏低，随着预报时效的延长，24 h之后预报效果略有下降。相比人工观测，能见度预报结果与自动观测能见度更加接近，对持续性低能见度过程预报与实况吻合较好，对于小时能见度低于10 km的分级检验显示，预报准确率从77%左右逐级下降，2 km以下在40%左右。2014年APEC期间，系统很好地预报出北京地区空气质量指数、PM2.5浓度和能见度的时空演变特征，为APEC期间环境气象预报服务提供了有力的技术支撑。
摘要：
全国综合气象信息共享平台（CIMISS）是依托天气雷达数据共享平台工程项目建成的国省统一数据环境，实现各类气象数据的规范管理，直接支撑气象业务应用。该文介绍了CIMISS架构设计及核心内容，结合业务应用效果的实例分析，阐述架构设计如何有效提升数据和应用的集约高效。借鉴企业架构（EA）方法，建立了业务架构、数据架构、应用架构、技术架构和标准规范体系。采用一系列架构优化设计，包括实现元数据统一管理同步、数据质量控制、统一业务监控、异构数据库统一数据服务、优化信息流程、分层设计和集群技术应用等，满足CIMISS标准性、扩展性、稳定性等需求，获得良好的全流程数据服务时效，核心资料接收入库总耗时均小于3 min，数据访问效率较国家级气象资料存储检索系统提升2~5倍。继承现有CIMISS架构设计成果，正在设计中的气象大数据平台整体技术架构将向云平台、分布式存储等新技术升级。
全国综合气象信息共享平台（CIMISS）是依托天气雷达数据共享平台工程项目建成的国省统一数据环境，实现各类气象数据的规范管理，直接支撑气象业务应用。该文介绍了CIMISS架构设计及核心内容，结合业务应用效果的实例分析，阐述架构设计如何有效提升数据和应用的集约高效。借鉴企业架构（EA）方法，建立了业务架构、数据架构、应用架构、技术架构和标准规范体系。采用一系列架构优化设计，包括实现元数据统一管理同步、数据质量控制、统一业务监控、异构数据库统一数据服务、优化信息流程、分层设计和集群技术应用等，满足CIMISS标准性、扩展性、稳定性等需求，获得良好的全流程数据服务时效，核心资料接收入库总耗时均小于3 min，数据访问效率较国家级气象资料存储检索系统提升2~5倍。继承现有CIMISS架构设计成果，正在设计中的气象大数据平台整体技术架构将向云平台、分布式存储等新技术升级。
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