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《应用气象学报》投稿模版
中国气象局优先发表展示本刊近期将出版的论文，这些论文目前正处于校对环节，未经编辑部许可不得转载。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20220401
摘要
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摘要:
利用高分辨率观测资料和ERA5再分析资料,分析造成2021年11月7—8日东北极端暴雪的温带气旋结构特征及爆发性发展机制,结果表明:温带气旋发生在高空冷涡背景下,地面气旋在黄海形成后出现爆发性快速增强并沿东北地区东部北上。地面降雪区主要分布在气旋西侧,且降雪强度与气旋的发生发展密切相关;地面气旋在爆发性发展后由叶状云系演变为逗点涡旋云系,并表现出明显的锋面断裂和暖锋包卷;其垂直结构也先后出现高空锋区断裂、干暖核形成和中性锢囚锋区加强;西伯利亚高压脊、华北高空槽和东北高压脊3个异常中心构成Rossby波列,随着高度异常中心不断东移及波能量向下游地区频散,华北高空槽区的波作用通量明显增大导致华北冷涡快速增强,涡度因子的急剧增大有利于地面气旋爆发性发展;随着平流层位涡高值区沿等熵面不断向南发展和向下传播,导致中层冷涡快速发展并向下伸展,诱发地面气旋爆发性增强。
利用高分辨率观测资料和ERA5再分析资料,分析造成2021年11月7—8日东北极端暴雪的温带气旋结构特征及爆发性发展机制,结果表明:温带气旋发生在高空冷涡背景下,地面气旋在黄海形成后出现爆发性快速增强并沿东北地区东部北上。地面降雪区主要分布在气旋西侧,且降雪强度与气旋的发生发展密切相关;地面气旋在爆发性发展后由叶状云系演变为逗点涡旋云系,并表现出明显的锋面断裂和暖锋包卷;其垂直结构也先后出现高空锋区断裂、干暖核形成和中性锢囚锋区加强;西伯利亚高压脊、华北高空槽和东北高压脊3个异常中心构成Rossby波列,随着高度异常中心不断东移及波能量向下游地区频散,华北高空槽区的波作用通量明显增大导致华北冷涡快速增强,涡度因子的急剧增大有利于地面气旋爆发性发展;随着平流层位涡高值区沿等熵面不断向南发展和向下传播,导致中层冷涡快速发展并向下伸展,诱发地面气旋爆发性增强。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20220402
摘要:
火箭发射前3 h高空风是决定能否按计划发射的重要因素,但有关发射前3 h高空风与发射时刻高空风偏差的研究较少。利用2014年12月—2020年12月时间间隔为3.5 h的高空风实况分析火箭发射前后3.5 h内高空风差异,并利用WRF模式和火箭发射前3 h高空风建立火箭发射后0.5 h高空风预报模型,结果表明:火箭发射前后3.5 h内高空风速、风向差异特征,与高度、季节及火箭发射前3 h平均高空风速有关。高空风最大风速偏差为-24.00～26.00 m·s-1,风速偏差在10 m·s-1 以内达三分之二,且主要出现在对流层中高层［6.5 km,11.5 km)高度内;最大风向绝对偏差范围为10.00°～180°,主要集中在［30°,60°)范围及对流层中低层［1.5 km,6.5 km)高度内。火箭发射前后3.5 h内高空风速平均绝对偏差随火箭发射前3 h高空风速平均值增大呈增大趋势,风速相对误差绝对值和风向绝对偏差则表现为减小趋势,说明高空风强时,风向不易发生短时变化;火箭发射前后3.5 h内高空风差异随季节变化与高空风的季节特征有关。利用火箭发射后0.5 h高空风预报模型,有助于降低火箭飞行风险。
火箭发射前3 h高空风是决定能否按计划发射的重要因素,但有关发射前3 h高空风与发射时刻高空风偏差的研究较少。利用2014年12月—2020年12月时间间隔为3.5 h的高空风实况分析火箭发射前后3.5 h内高空风差异,并利用WRF模式和火箭发射前3 h高空风建立火箭发射后0.5 h高空风预报模型,结果表明:火箭发射前后3.5 h内高空风速、风向差异特征,与高度、季节及火箭发射前3 h平均高空风速有关。高空风最大风速偏差为-24.00～26.00 m·s-1,风速偏差在10 m·s-1 以内达三分之二,且主要出现在对流层中高层［6.5 km,11.5 km)高度内;最大风向绝对偏差范围为10.00°～180°,主要集中在［30°,60°)范围及对流层中低层［1.5 km,6.5 km)高度内。火箭发射前后3.5 h内高空风速平均绝对偏差随火箭发射前3 h高空风速平均值增大呈增大趋势,风速相对误差绝对值和风向绝对偏差则表现为减小趋势,说明高空风强时,风向不易发生短时变化;火箭发射前后3.5 h内高空风差异随季节变化与高空风的季节特征有关。利用火箭发射后0.5 h高空风预报模型,有助于降低火箭飞行风险。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20220403
摘要:
利用S波段双偏振天气雷达资料、探空和地面常规气象观测资料及灾情调查,对2020年6月25日河北省蠡县和2021年7月9日山东省章丘的两次特大冰雹超级单体风暴双偏振特征进行对比。结果表明:两次超级单体风暴均发生在西北气流形势下,章丘风暴具有较强的对流有效位能、较大的湿度和较高的湿球0℃层高度。蠡县风暴强度明显大于章丘风暴,但差分反射率柱和比差分相移柱高度明显低于章丘风暴。蠡县风暴弱回波区上方存在深厚的强度超过65 dBZ强回波悬垂,即悬垂的冰粒子循环增长产生较大的冰雹粒子,大的冰雹粒子进入下降通道后,再次产生明显增长且更加不规则,导致更强的水平极化反射率因子和更小的相关系数。湿度的垂直分布是风暴发展强度的关键环境因素之一。蠡县超级单体风暴的产生环境非常干,章丘超级单体风暴的产生环境相对较湿。
利用S波段双偏振天气雷达资料、探空和地面常规气象观测资料及灾情调查,对2020年6月25日河北省蠡县和2021年7月9日山东省章丘的两次特大冰雹超级单体风暴双偏振特征进行对比。结果表明:两次超级单体风暴均发生在西北气流形势下,章丘风暴具有较强的对流有效位能、较大的湿度和较高的湿球0℃层高度。蠡县风暴强度明显大于章丘风暴,但差分反射率柱和比差分相移柱高度明显低于章丘风暴。蠡县风暴弱回波区上方存在深厚的强度超过65 dBZ强回波悬垂,即悬垂的冰粒子循环增长产生较大的冰雹粒子,大的冰雹粒子进入下降通道后,再次产生明显增长且更加不规则,导致更强的水平极化反射率因子和更小的相关系数。湿度的垂直分布是风暴发展强度的关键环境因素之一。蠡县超级单体风暴的产生环境非常干,章丘超级单体风暴的产生环境相对较湿。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20220404
摘要:
垂直指向探测的C波段调频连续波雷达具有高灵敏度和高时空分辨率等特点,以2016年5月广东两次飑线降水为例,结合同址K波段微雨雷达和地面激光雨滴谱仪,探究C波段调频连续波雷达两种反演大气垂直速度(Va)和雨滴谱的方法:粒子平均下落末速度(Vt)-反射率因子(Ze)关系法(简称经验关系法)和小粒子示踪法(简称示踪法)。结果表明:经验关系法和示踪法反演的上升和下沉气流的时空分布基本一致;当地面雨强R≤1 mm·h-1,经验关系法反演的雨滴谱与雨滴谱仪观测结果更接近;当1<R≤10 mm·h-1时,两种方法反演的雨滴谱均与雨滴谱仪观测及微雨雷达产品较吻合;当R>10 mm·h-1时,两种方法反演的中雨滴数浓度与雨滴谱仪观测结果接近,但大雨滴数浓度较低;从各物理量时序变化看,经验关系法反演结果更接近雨滴谱仪观测结果。
垂直指向探测的C波段调频连续波雷达具有高灵敏度和高时空分辨率等特点,以2016年5月广东两次飑线降水为例,结合同址K波段微雨雷达和地面激光雨滴谱仪,探究C波段调频连续波雷达两种反演大气垂直速度(Va)和雨滴谱的方法:粒子平均下落末速度(Vt)-反射率因子(Ze)关系法(简称经验关系法)和小粒子示踪法(简称示踪法)。结果表明:经验关系法和示踪法反演的上升和下沉气流的时空分布基本一致;当地面雨强R≤1 mm·h-1,经验关系法反演的雨滴谱与雨滴谱仪观测结果更接近;当1<R≤10 mm·h-1时,两种方法反演的雨滴谱均与雨滴谱仪观测及微雨雷达产品较吻合;当R>10 mm·h-1时,两种方法反演的中雨滴数浓度与雨滴谱仪观测结果接近,但大雨滴数浓度较低;从各物理量时序变化看,经验关系法反演结果更接近雨滴谱仪观测结果。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20220405
摘要:
2021年夏季首次利用激光雾滴谱仪开展长白山主峰雾的观测研究。结合地面自动气象站、探空、葵花8号高分辨率卫星资料和ERA5再分析资料,对2021年7月31日—8月1日长白山主峰出现的持续达19 h、最低能见度小于100 m的雾过程的宏微观特征分析表明:此次雾过程具有持续时间长、环境风速大、能见度低、有短暂消散,且数浓度低、有效直径和液态水含量小等特征。雾滴有效直径平均值为5.7 μm,数浓度平均值为246.4 cm-3,液态水含量平均值为0.05 g·cm-3,其微物理特征与海雾特征接近。雾过程开始为爬坡雾,这是长白山主峰夏季典型的地形云雾,随后由高空云层平流至长白山主峰而接地产生。在强浓雾的形成、发展和减弱阶段,雾滴数浓度、液态水含量和有效直径的变化具有较好对应关系;在成熟阶段,雾滴数浓度、液态水含量和有效直径变化的对应关系不明显。
2021年夏季首次利用激光雾滴谱仪开展长白山主峰雾的观测研究。结合地面自动气象站、探空、葵花8号高分辨率卫星资料和ERA5再分析资料,对2021年7月31日—8月1日长白山主峰出现的持续达19 h、最低能见度小于100 m的雾过程的宏微观特征分析表明:此次雾过程具有持续时间长、环境风速大、能见度低、有短暂消散,且数浓度低、有效直径和液态水含量小等特征。雾滴有效直径平均值为5.7 μm,数浓度平均值为246.4 cm-3,液态水含量平均值为0.05 g·cm-3,其微物理特征与海雾特征接近。雾过程开始为爬坡雾,这是长白山主峰夏季典型的地形云雾,随后由高空云层平流至长白山主峰而接地产生。在强浓雾的形成、发展和减弱阶段,雾滴数浓度、液态水含量和有效直径的变化具有较好对应关系;在成熟阶段,雾滴数浓度、液态水含量和有效直径变化的对应关系不明显。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20220406
摘要:
全球变暖背景下,我国北方冬麦区冬季冻害是否仍是主要气象灾害,冬小麦播期延迟是否能作为应对气候变化的措施,成为当前亟待解决的科学问题。研究表明:1981—2000年北方冬麦区偏北地区冬季冻害指数与冬小麦减产率相关系数为0.62(达到0.001显著性水平),即2000年前冬季冻害是冬小麦减产的主要气象灾害之一;2000年后冻害与冬小麦减产率相关不显著,即冬季冻害已不再是冬小麦减产的主要影响因子。2018—2021年的冬小麦分期播种试验分析表明:山东泰安和陕西咸阳主栽的冬小麦品种播期推迟,冬前积温和生长季积温明显减少,导致冬小麦植株高度、地上总干重和叶面积指数减小;播期推迟对产量结构造成不利影响,有效穗数、穗粒数和千粒重均分别减少,导致减产,播期推迟10 d平均减产22%,推迟20 d平均减产40%。因此,冬小麦推迟播期并未产生积极效应,可能原因是当前冬小麦播期和主栽的冬小麦品种已适应当地气候变化。
全球变暖背景下,我国北方冬麦区冬季冻害是否仍是主要气象灾害,冬小麦播期延迟是否能作为应对气候变化的措施,成为当前亟待解决的科学问题。研究表明:1981—2000年北方冬麦区偏北地区冬季冻害指数与冬小麦减产率相关系数为0.62(达到0.001显著性水平),即2000年前冬季冻害是冬小麦减产的主要气象灾害之一;2000年后冻害与冬小麦减产率相关不显著,即冬季冻害已不再是冬小麦减产的主要影响因子。2018—2021年的冬小麦分期播种试验分析表明:山东泰安和陕西咸阳主栽的冬小麦品种播期推迟,冬前积温和生长季积温明显减少,导致冬小麦植株高度、地上总干重和叶面积指数减小;播期推迟对产量结构造成不利影响,有效穗数、穗粒数和千粒重均分别减少,导致减产,播期推迟10 d平均减产22%,推迟20 d平均减产40%。因此,冬小麦推迟播期并未产生积极效应,可能原因是当前冬小麦播期和主栽的冬小麦品种已适应当地气候变化。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20220407
摘要:
以东北春玉米为研究对象,探究利用植被光合特性的日光诱导叶绿素荧光(solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)指数、近红外-短波红外波段构建的归一化差值水分指数(normalized difference water index,NDWI)和可见光-近红外波段构建的归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)识别东北春玉米干旱的准确度和敏感度。研究发现:SIF指数、NDWI和NDVI对干旱识别准确度均超过80%,其中重度干旱准确度超过94%,且在春玉米苗期表现最佳;3种指数对比可知,SIF指数在春玉米干旱识别的准确度和敏感度方面均最佳,分别为89.27%和81.65%,NDWI敏感度次之,NDVI最差。表明基于光合特性的SIF指数在识别东北春玉米干旱方面优于基于地物光谱特性所构建的植被指数。
以东北春玉米为研究对象,探究利用植被光合特性的日光诱导叶绿素荧光(solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)指数、近红外-短波红外波段构建的归一化差值水分指数(normalized difference water index,NDWI)和可见光-近红外波段构建的归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)识别东北春玉米干旱的准确度和敏感度。研究发现:SIF指数、NDWI和NDVI对干旱识别准确度均超过80%,其中重度干旱准确度超过94%,且在春玉米苗期表现最佳;3种指数对比可知,SIF指数在春玉米干旱识别的准确度和敏感度方面均最佳,分别为89.27%和81.65%,NDWI敏感度次之,NDVI最差。表明基于光合特性的SIF指数在识别东北春玉米干旱方面优于基于地物光谱特性所构建的植被指数。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20220408
摘要:
利用2014年7月10日00:00—19日18:00(世界时)热带降水测量(TRMM)卫星3B42降水估测数据以及ERA5再分析数据,结合傅里叶变换以及Liang-Kleeman信息流等方法,分析台风威马逊(1409)强度与降水变化的相互作用。结果表明:台风威马逊(1409)降水具有明显的非对称性,降水主要位于台风中心偏西一侧,在该区域台风强度与降水相互影响。相较于台风强度对降水的影响,由降水到台风强度的信息流减小接近1个量级,表明在两者的相互作用中,台风强度变化的影响占主导。在水汽条件上,台风强度的增强(减弱)导致台风中心西南侧水汽通量辐合(辐散)的增强,进而与该区域的降水建立联系。此外,台风威马逊(1409)移动过程中随着强度变化,南海以及西太平洋水汽通道均存在明显响应。在动力条件上,中低层垂直螺旋度强值中心主要位于台风中心西侧,台风强度的增强(减弱),导致台风中心西侧的垂直螺旋度绝对值增大(减小),一定程度促进(抑制)了该区域上升运动的发展,造成更多(更少)的水汽凝结致雨。
利用2014年7月10日00:00—19日18:00(世界时)热带降水测量(TRMM)卫星3B42降水估测数据以及ERA5再分析数据,结合傅里叶变换以及Liang-Kleeman信息流等方法,分析台风威马逊(1409)强度与降水变化的相互作用。结果表明:台风威马逊(1409)降水具有明显的非对称性,降水主要位于台风中心偏西一侧,在该区域台风强度与降水相互影响。相较于台风强度对降水的影响,由降水到台风强度的信息流减小接近1个量级,表明在两者的相互作用中,台风强度变化的影响占主导。在水汽条件上,台风强度的增强(减弱)导致台风中心西南侧水汽通量辐合(辐散)的增强,进而与该区域的降水建立联系。此外,台风威马逊(1409)移动过程中随着强度变化,南海以及西太平洋水汽通道均存在明显响应。在动力条件上,中低层垂直螺旋度强值中心主要位于台风中心西侧,台风强度的增强(减弱),导致台风中心西侧的垂直螺旋度绝对值增大(减小),一定程度促进(抑制)了该区域上升运动的发展,造成更多(更少)的水汽凝结致雨。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20220409
摘要:
基于线性回归方法、梯度提升回归方法(GBRT方法)、XGBoost方法和堆叠集成学习方法(Stacking方法)4种机器学习方法,采用误差分析建模思路,针对北京城市气象研究院研发的睿图-睿思系统对2020年12月—2021年11月所有起报时次未来3~12 h的2 m温度、2 m相对湿度、10 m风速以及10 m风向4种气象要素预报,开展京津冀复杂地形下的站点预报误差订正技术研究及试验应用。结果表明:基于预报误差分析构建的4种订正模型中,由于Stacking方法集成了前3种方法的优势,在4个季节的4种气象要素订正中均表现最佳,其他3种单一机器学习方法试验中,XGBoost方法表现最佳,其后依次为GBRT方法、线性回归方法,但均对预报准确率有明显的正向提升效果。总体上,基于机器学习方法构建的预报误差订正模型可有效降低系统原始预报误差,有助于进一步提升复杂地形下站点客观释用产品的预报准确性。
基于线性回归方法、梯度提升回归方法(GBRT方法)、XGBoost方法和堆叠集成学习方法(Stacking方法)4种机器学习方法,采用误差分析建模思路,针对北京城市气象研究院研发的睿图-睿思系统对2020年12月—2021年11月所有起报时次未来3~12 h的2 m温度、2 m相对湿度、10 m风速以及10 m风向4种气象要素预报,开展京津冀复杂地形下的站点预报误差订正技术研究及试验应用。结果表明:基于预报误差分析构建的4种订正模型中,由于Stacking方法集成了前3种方法的优势,在4个季节的4种气象要素订正中均表现最佳,其他3种单一机器学习方法试验中,XGBoost方法表现最佳,其后依次为GBRT方法、线性回归方法,但均对预报准确率有明显的正向提升效果。总体上,基于机器学习方法构建的预报误差订正模型可有效降低系统原始预报误差,有助于进一步提升复杂地形下站点客观释用产品的预报准确性。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20220410
摘要:
为了利用大量视频监控设备提高能见度数据采集密度,提出一种基于视频实景图像转换的、采用简单卷积神经网络分类提取能见度等级的算法。该算法假设视频设备水平安装且具备开阔视野,对原始视频图像进行水平分块,提取各分块的梯度、饱和度和亮度信息组成新的图像,基于简单卷积神经网络建模。采用2019年9月—2020年12月上海洋山港气象站29668张视频图像进行训练,建立识别模型,并采用2021年1—5月5757张视频图像对模型进行测试。采用该算法建立的模型参考雾的预报等级(GB/T 27964—2011)将能见度分为5个等级进行检验,白天准确率为87.99%,夜间准确率为81.32%,优于直接采用AlexNet模型。对1000 m以下低能见度天气的识别准确率达95%以上。利用现有的视频摄像头,可有效弥补气象站点能见度仪数据不足的问题,在气象业务上有一定的应用价值。
为了利用大量视频监控设备提高能见度数据采集密度,提出一种基于视频实景图像转换的、采用简单卷积神经网络分类提取能见度等级的算法。该算法假设视频设备水平安装且具备开阔视野,对原始视频图像进行水平分块,提取各分块的梯度、饱和度和亮度信息组成新的图像,基于简单卷积神经网络建模。采用2019年9月—2020年12月上海洋山港气象站29668张视频图像进行训练,建立识别模型,并采用2021年1—5月5757张视频图像对模型进行测试。采用该算法建立的模型参考雾的预报等级(GB/T 27964—2011)将能见度分为5个等级进行检验,白天准确率为87.99%,夜间准确率为81.32%,优于直接采用AlexNet模型。对1000 m以下低能见度天气的识别准确率达95%以上。利用现有的视频摄像头,可有效弥补气象站点能见度仪数据不足的问题,在气象业务上有一定的应用价值。
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2022, 33(3): 257-269.
DOI: 10.11898/1001-7313.20220301
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摘要:
为了考察辅助变量、时间滞后变量设置的重要性和神经网络中嵌入层对分类变量处理的有效性，利用2015年1月15日—2020年12月31日欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）高分辨率模式（high resolution，HRES）输出产品及中国2238个国家级地面气象站基本气象要素数据集，在全连接神经网络基础上设计4个试验，构建24 h最高气温预报神经网络模型。结果表明：加入辅助变量、时间滞后变量的特征和带有嵌入层的全连接神经网络结构的深度学习神经网络模型对HRES日最高气温预报误差均有订正效果，均方根误差降低29.72%~47.82%，温度预报准确率提高16.67%~38.89%。加入经过嵌入层处理的辅助变量后，可显著提高青藏高原中南部和西南地区东部的平均绝对偏差不超过2℃的正技巧站点比例（比仅用HRES预报因子建模分别提高21.74%和14.17%），在此基础上加入时间滞后变量显著提高上述两个地区的平均绝对偏差不超过2℃的正技巧站点比例（比仅用HRES预报因子建模分别提高40.98%和20.33%），且预报性能更加稳定。
为了考察辅助变量、时间滞后变量设置的重要性和神经网络中嵌入层对分类变量处理的有效性，利用2015年1月15日—2020年12月31日欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）高分辨率模式（high resolution，HRES）输出产品及中国2238个国家级地面气象站基本气象要素数据集，在全连接神经网络基础上设计4个试验，构建24 h最高气温预报神经网络模型。结果表明：加入辅助变量、时间滞后变量的特征和带有嵌入层的全连接神经网络结构的深度学习神经网络模型对HRES日最高气温预报误差均有订正效果，均方根误差降低29.72%~47.82%，温度预报准确率提高16.67%~38.89%。加入经过嵌入层处理的辅助变量后，可显著提高青藏高原中南部和西南地区东部的平均绝对偏差不超过2℃的正技巧站点比例（比仅用HRES预报因子建模分别提高21.74%和14.17%），在此基础上加入时间滞后变量显著提高上述两个地区的平均绝对偏差不超过2℃的正技巧站点比例（比仅用HRES预报因子建模分别提高40.98%和20.33%），且预报性能更加稳定。
2022, 33(3): 270-281.
DOI: 10.11898/1001-7313.20220302
摘要:
基于2019—2020年京津冀地区不同天气系统影响下的降水过程，采用交叉相关法和光流法对快速更新多尺度分析和预报综合集成系统（Rapid-refresh Multi-Scale Analysis and Prediction System-Integration，RMAPS_IN）的降水分析产品进行0~2 h临近外推预报的批量试验。结果表明：由交叉相关法和光流法计算的两种外推矢量在大小和方向上存在一定差异，直接差异与影响降水的天气系统位置有明显的对应关系，而方向差异受地理位置的影响更明显，台风类降水呈弧形带状分布，低槽冷锋类、低涡类、气旋类、暖切变线类等几类降水均呈西北大东南小的特点；预报效果方面，总体上交叉相关法优于光流法，尤其是预报时效超过30 min以后，各种降水类型的批量检验结果显示交叉相关法的预报评分优于光流法，且预报时效越长、优势越明显，但预报时效为10 min时，光流法在低涡类、台风类、暖切变线类的空报率上优于交叉相关法。此外，基于外推的临近预报方法对京津冀地区台风类降水的预报效果最好，其次为暖切变线类、低涡类、低槽冷锋类、气旋类。
基于2019—2020年京津冀地区不同天气系统影响下的降水过程，采用交叉相关法和光流法对快速更新多尺度分析和预报综合集成系统（Rapid-refresh Multi-Scale Analysis and Prediction System-Integration，RMAPS_IN）的降水分析产品进行0~2 h临近外推预报的批量试验。结果表明：由交叉相关法和光流法计算的两种外推矢量在大小和方向上存在一定差异，直接差异与影响降水的天气系统位置有明显的对应关系，而方向差异受地理位置的影响更明显，台风类降水呈弧形带状分布，低槽冷锋类、低涡类、气旋类、暖切变线类等几类降水均呈西北大东南小的特点；预报效果方面，总体上交叉相关法优于光流法，尤其是预报时效超过30 min以后，各种降水类型的批量检验结果显示交叉相关法的预报评分优于光流法，且预报时效越长、优势越明显，但预报时效为10 min时，光流法在低涡类、台风类、暖切变线类的空报率上优于交叉相关法。此外，基于外推的临近预报方法对京津冀地区台风类降水的预报效果最好，其次为暖切变线类、低涡类、低槽冷锋类、气旋类。
2022, 33(3): 282-292.
DOI: 10.11898/1001-7313.20220303
摘要:
针对气象灾害预警业务中客观描述降雨型滑坡发生不确定性的实际需求，利用2014—2020年全国滑坡数据以及多源融合降水实况分析数据，通过样本构建、模型训练、参数优化以及预报输出等关键步骤构建基于机器学习分类算法的区域降雨诱发滑坡概率预报模型，探究不同类型机器学习分类算法识别诱发滑坡的降雨过程的可行性。结果表明：在算法评估中，线性判别分析算法准确率最高且泛化能力最好，其次为逻辑回归算法，再次为最邻近算法。在预报试验中，线性判别分析、逻辑回归以及最邻近等算法能够提取并学习降雨诱发滑坡的条件特征，对诱发滑坡的降雨过程有一定识别能力，最邻近算法和逻辑回归算法的概率预报高值区范围相对较大，易造成虚警结果，线性判别分析算法对局地降雨信息的提炼较好，但线性判别分析算法在非降雨中心区域输出低值概率预报的面积偏大。
针对气象灾害预警业务中客观描述降雨型滑坡发生不确定性的实际需求，利用2014—2020年全国滑坡数据以及多源融合降水实况分析数据，通过样本构建、模型训练、参数优化以及预报输出等关键步骤构建基于机器学习分类算法的区域降雨诱发滑坡概率预报模型，探究不同类型机器学习分类算法识别诱发滑坡的降雨过程的可行性。结果表明：在算法评估中，线性判别分析算法准确率最高且泛化能力最好，其次为逻辑回归算法，再次为最邻近算法。在预报试验中，线性判别分析、逻辑回归以及最邻近等算法能够提取并学习降雨诱发滑坡的条件特征，对诱发滑坡的降雨过程有一定识别能力，最邻近算法和逻辑回归算法的概率预报高值区范围相对较大，易造成虚警结果，线性判别分析算法对局地降雨信息的提炼较好，但线性判别分析算法在非降雨中心区域输出低值概率预报的面积偏大。
2022, 33(3): 293-304.
DOI: 10.11898/1001-7313.20220304
摘要:
降水是在多种天气系统和复杂物理过程共同影响下形成的，因此降水预报难度较大。由于数值预报模式的局限性，使得模式预报产品存在一定误差。为探讨更加有效的模式预报产品误差订正方法，基于奇异值分解（SVD）与机器学习（多元线性回归、套索回归、岭回归）构建订正模型，对2007—2019年4月1日—6月30日华南前汛期欧洲中期天气预报中心（EC）模式降水预报产品进行误差订正试验。结果表明：基于SVD与机器学习相结合的订正模型能有效降低EC模式降水预报产品在华南的预报误差，均方根误差最大优化率达4.2%，累计超过69%的站点得到不同程度的优化；SVD与机器学习相结合的订正模型能很好地处理因子间共线性问题，具有更好的鲁棒性；而对多个订正模型加权集成，均方根误差优化率达5.7%，累计超过77%的站点得到优化，显然加权集成方法订正效果不仅优于EC模式预报产品，也优于参与集成的任一订正模型。
降水是在多种天气系统和复杂物理过程共同影响下形成的，因此降水预报难度较大。由于数值预报模式的局限性，使得模式预报产品存在一定误差。为探讨更加有效的模式预报产品误差订正方法，基于奇异值分解（SVD）与机器学习（多元线性回归、套索回归、岭回归）构建订正模型，对2007—2019年4月1日—6月30日华南前汛期欧洲中期天气预报中心（EC）模式降水预报产品进行误差订正试验。结果表明：基于SVD与机器学习相结合的订正模型能有效降低EC模式降水预报产品在华南的预报误差，均方根误差最大优化率达4.2%，累计超过69%的站点得到不同程度的优化；SVD与机器学习相结合的订正模型能很好地处理因子间共线性问题，具有更好的鲁棒性；而对多个订正模型加权集成，均方根误差优化率达5.7%，累计超过77%的站点得到优化，显然加权集成方法订正效果不仅优于EC模式预报产品，也优于参与集成的任一订正模型。
2022, 33(3): 305-318.
DOI: 10.11898/1001-7313.20220305
摘要:
2021年6月1日和6月9日黑龙江省哈尔滨尚志市及阿城区和齐齐哈尔梅里斯区分别发生双龙卷事件。利用常规气象观测、多普勒天气雷达等资料对比分析二者的多尺度特征。结果表明：两次龙卷均发生在东北冷涡的东南象限，高空急流出口区左侧，中低层偏南气流有利于暖湿气流输送和垂直运动发展。6月1日和6月9日分别以短时强降水和雷暴大风天气为主，6月1日水汽条件、垂直运动、0~1 km高度垂直风切变和抬升凝结高度更有利于产生强龙卷，且中尺度气旋维持时间更长。干线与地面辐合线为中尺度触发机制。雷暴冷池出流与中尺度暖锋形成的伪冷锋有利于龙卷的发展和维持。龙卷出现在地面伪冷锋与干线交界处的湿区一侧，冷池前沿，龙卷母云为超级单体。暖湿气流产生的入流缺口是钩状回波发展的前兆，中等到高强度的中尺度气旋在3 km高度产生并发展，5~10 min后触地，当钩状回波与中尺度气旋同时出现时龙卷产生。
2021年6月1日和6月9日黑龙江省哈尔滨尚志市及阿城区和齐齐哈尔梅里斯区分别发生双龙卷事件。利用常规气象观测、多普勒天气雷达等资料对比分析二者的多尺度特征。结果表明：两次龙卷均发生在东北冷涡的东南象限，高空急流出口区左侧，中低层偏南气流有利于暖湿气流输送和垂直运动发展。6月1日和6月9日分别以短时强降水和雷暴大风天气为主，6月1日水汽条件、垂直运动、0~1 km高度垂直风切变和抬升凝结高度更有利于产生强龙卷，且中尺度气旋维持时间更长。干线与地面辐合线为中尺度触发机制。雷暴冷池出流与中尺度暖锋形成的伪冷锋有利于龙卷的发展和维持。龙卷出现在地面伪冷锋与干线交界处的湿区一侧，冷池前沿，龙卷母云为超级单体。暖湿气流产生的入流缺口是钩状回波发展的前兆，中等到高强度的中尺度气旋在3 km高度产生并发展，5~10 min后触地，当钩状回波与中尺度气旋同时出现时龙卷产生。
2022, 33(3): 319-328.
DOI: 10.11898/1001-7313.20220306
摘要:
根据1981—2021年福建省热带气旋风雨资料，采用极差标准化、相关系数客观赋权法和自然断点法建立热带气旋致灾因子危险性评估模型，评估结果表明：选择降水7个因子和大风4个因子作为评估指标体系合理；雨高危险性区域位于沿海，南平和三明地区雨危险性较低；风较高危险性区域明显窄于雨较高危险性区域，危险性等级向内陆降低远快于降水，其中罗源湾至崇武沿海因受台湾岛地形屏障保护，危险性比沿海南北部小1个等级；风雨综合致灾危险性，沿海县市皆为较高危险性区域，其中中部沿海高危险性区域小，沿海南北部大，另外登陆粤东热带气旋沿海北上滞留在闽西上空的低压云团造成闽西北部存在较高危险性区域；在热带气旋登陆影响过程中，精细化致灾因子危险性评估更具有针对性，且与灾情相符，为气象灾害决策服务提供了更有价值的参考信息。
根据1981—2021年福建省热带气旋风雨资料，采用极差标准化、相关系数客观赋权法和自然断点法建立热带气旋致灾因子危险性评估模型，评估结果表明：选择降水7个因子和大风4个因子作为评估指标体系合理；雨高危险性区域位于沿海，南平和三明地区雨危险性较低；风较高危险性区域明显窄于雨较高危险性区域，危险性等级向内陆降低远快于降水，其中罗源湾至崇武沿海因受台湾岛地形屏障保护，危险性比沿海南北部小1个等级；风雨综合致灾危险性，沿海县市皆为较高危险性区域，其中中部沿海高危险性区域小，沿海南北部大，另外登陆粤东热带气旋沿海北上滞留在闽西上空的低压云团造成闽西北部存在较高危险性区域；在热带气旋登陆影响过程中，精细化致灾因子危险性评估更具有针对性，且与灾情相符，为气象灾害决策服务提供了更有价值的参考信息。
2022, 33(3): 329-340.
DOI: 10.11898/1001-7313.20220307
摘要:
利用2014—2019年中国气象局雷电野外科学试验基地广州从化人工触发闪电试验所获资料，评估粤港澳闪电定位系统(Guangdong-Hongkong-Macau Lightning Location System，GHMLLS)性能，结果表明：GHMLLS对人工触发闪电和回击的探测效率分别为96%(48/50)和88%(233/265)，回击位置定位误差的算术平均值、几何平均值和中值分别为279 m，193 m和202 m。对于触发闪电的回击过程，GHMLLS探测的回击电流峰值(ILLS)全部偏低，与通道底部雷电流峰值的直接测量结果(IDM)相比，ILLS的相对偏差平均值(中值)为-37%(-36%)，但ILLS和IDM相关系数为0.93，存在显著正相关关系(达到0.01显著性水平)；截距为0的线性拟合结果表明ILLS与IDM存在65%的比例关系，利用该系数校正ILLS，结果的相对偏差绝对值的平均值(中值)为15%(12%)。GHMLLS有对应定位记录的233次触发闪电回击中，16次定位结果为云闪，判别正确率为93%。被误判为云闪的回击的IDM更低，可用于定位的站点数量更少，定位误差更大，ILLS的精度更低。
利用2014—2019年中国气象局雷电野外科学试验基地广州从化人工触发闪电试验所获资料，评估粤港澳闪电定位系统(Guangdong-Hongkong-Macau Lightning Location System，GHMLLS)性能，结果表明：GHMLLS对人工触发闪电和回击的探测效率分别为96%(48/50)和88%(233/265)，回击位置定位误差的算术平均值、几何平均值和中值分别为279 m，193 m和202 m。对于触发闪电的回击过程，GHMLLS探测的回击电流峰值(ILLS)全部偏低，与通道底部雷电流峰值的直接测量结果(IDM)相比，ILLS的相对偏差平均值(中值)为-37%(-36%)，但ILLS和IDM相关系数为0.93，存在显著正相关关系(达到0.01显著性水平)；截距为0的线性拟合结果表明ILLS与IDM存在65%的比例关系，利用该系数校正ILLS，结果的相对偏差绝对值的平均值(中值)为15%(12%)。GHMLLS有对应定位记录的233次触发闪电回击中，16次定位结果为云闪，判别正确率为93%。被误判为云闪的回击的IDM更低，可用于定位的站点数量更少，定位误差更大，ILLS的精度更低。
2022, 33(3): 341-352.
DOI: 10.11898/1001-7313.20220308
摘要:
基于中国气象科学研究院T255全球高分辨率气候系统模式(CAMS-CSM)2011—2020年多样本集合回报试验，评估模式在中国及3个典型区域地表短波辐射(downward short-wave radiation flux，DSWRF)的季节预测能力。结果表明：CAMS-CSM模式能较好预测DSWRF的季节变化特征，但春季、夏季预测强度偏弱，秋季、冬季偏强。不同季节、不同地区DSWRF异常场的预报技巧差异明显。由DSWRF异常的空间相关系数和时间相关系数可以看到，内蒙古和西北地区秋季、冬季预报技巧较高，京津冀部分地区夏季、秋季节预报技巧较低。从趋势异常综合评分指数看，中国区域超前1个月预报各季节评分均超过70分，对西北地区夏季、秋季的评分指数最高，超过80分。整体而言，高分辨率气候模式对中国区域DSWRF超前0~1个月预报有一定预测能力，尤其是太阳能资源丰富的西北地区，可为未来DSWRF短期预测及太阳能清洁能源选址等提供参考。除模式系统性偏差外，春季、夏季DSWRF预报偏差主要来源于总云量预报的模拟偏差，改进模式云微物理过程是提高DSWRF季节预测能力的重要途径。
基于中国气象科学研究院T255全球高分辨率气候系统模式(CAMS-CSM)2011—2020年多样本集合回报试验，评估模式在中国及3个典型区域地表短波辐射(downward short-wave radiation flux，DSWRF)的季节预测能力。结果表明：CAMS-CSM模式能较好预测DSWRF的季节变化特征，但春季、夏季预测强度偏弱，秋季、冬季偏强。不同季节、不同地区DSWRF异常场的预报技巧差异明显。由DSWRF异常的空间相关系数和时间相关系数可以看到，内蒙古和西北地区秋季、冬季预报技巧较高，京津冀部分地区夏季、秋季节预报技巧较低。从趋势异常综合评分指数看，中国区域超前1个月预报各季节评分均超过70分，对西北地区夏季、秋季的评分指数最高，超过80分。整体而言，高分辨率气候模式对中国区域DSWRF超前0~1个月预报有一定预测能力，尤其是太阳能资源丰富的西北地区，可为未来DSWRF短期预测及太阳能清洁能源选址等提供参考。除模式系统性偏差外，春季、夏季DSWRF预报偏差主要来源于总云量预报的模拟偏差，改进模式云微物理过程是提高DSWRF季节预测能力的重要途径。
2022, 33(3): 353-363.
DOI: 10.11898/1001-7313.20220309
摘要:
基于2018年7月—2019年6月南京降水同位素观测数据和中国气象局气象观测数据，研究南京降水稳定同位素组成的变化特征，对比热带气旋降水、梅雨降水和其他降水的降水同位素组成特征，研究降水同位素组成与热带气旋移动路径关系。结果表明：南京降水氧同位素组成(δ18O)和氢同位素组成(δ2H)的变化范围分别为-16.3‰~4.0‰和-103.0‰~32.9‰，雨季降水氢氧同位素组成相对贫化，非雨季相对富集；降水氘盈余的降水加权平均值为15.5‰，表明南京降水受陆面过程影响大。从降水量权重看，热带气旋降水和梅雨降水强度大，降水氢氧同位素组成严重贫化；其他降水的强度相对较弱，降水氢氧同位素组成比较富集；受水汽源地和陆面循环等过程的综合影响，热带气旋降水氘盈余小于全球平均值(10‰)，梅雨降水氘盈余略高于全球平均值，其他降水氘盈余远高于全球平均值。登陆前仅在海洋上移动的热带气旋，降水氘盈余维持在7.5‰~8.6‰，但二次登陆的热带气旋降水氘盈余远大于10‰，可能是受到陆地蒸散过程的影响。
基于2018年7月—2019年6月南京降水同位素观测数据和中国气象局气象观测数据，研究南京降水稳定同位素组成的变化特征，对比热带气旋降水、梅雨降水和其他降水的降水同位素组成特征，研究降水同位素组成与热带气旋移动路径关系。结果表明：南京降水氧同位素组成(δ18O)和氢同位素组成(δ2H)的变化范围分别为-16.3‰~4.0‰和-103.0‰~32.9‰，雨季降水氢氧同位素组成相对贫化，非雨季相对富集；降水氘盈余的降水加权平均值为15.5‰，表明南京降水受陆面过程影响大。从降水量权重看，热带气旋降水和梅雨降水强度大，降水氢氧同位素组成严重贫化；其他降水的强度相对较弱，降水氢氧同位素组成比较富集；受水汽源地和陆面循环等过程的综合影响，热带气旋降水氘盈余小于全球平均值(10‰)，梅雨降水氘盈余略高于全球平均值，其他降水氘盈余远高于全球平均值。登陆前仅在海洋上移动的热带气旋，降水氘盈余维持在7.5‰~8.6‰，但二次登陆的热带气旋降水氘盈余远大于10‰，可能是受到陆地蒸散过程的影响。
2022, 33(3): 364-374.
DOI: 10.11898/1001-7313.20220310
摘要:
利用1981—2020年5—9月气象数据与玉米产量数据，通过改进逐日降水适宜度并构建逐日气候适宜度模型，建立基于相似年逐日气象要素的作物生育期气候适宜度序列，利用气象产量与气候适宜指数建立模型，设计逐日作物产量气象影响指数以表征气象条件对作物的影响程度，基于该指数构建东北地区玉米逐日产量预报模型并分析其逐日预报准确率，用以表明该指数的准确性。结果表明：利用3个相似年预报结果加权集成综合相似年逐日作物产量气象影响指数可提高逐日预报准确率，黑龙江年尺度逐日预报准确率年际间波动小于东北其他地区。综合相似年月尺度下，随着玉米发育期的推进和实时气象数据的引入，月尺度平均预报准确率逐渐提高。东北地区玉米产量8月31日的日尺度预报准确率普遍高于7月31日；辽宁日尺度预报差异较大，但随着玉米发育期推进逐日预报产量和实际产量接近，准确率也提高。基于气象要素构建的逐日作物产量影响指数和同期气象影响指数可以定量评估不同时段气象条件对作物产量的影响程度，在一定程度上可提高农业气象业务定量化评价水平。
利用1981—2020年5—9月气象数据与玉米产量数据，通过改进逐日降水适宜度并构建逐日气候适宜度模型，建立基于相似年逐日气象要素的作物生育期气候适宜度序列，利用气象产量与气候适宜指数建立模型，设计逐日作物产量气象影响指数以表征气象条件对作物的影响程度，基于该指数构建东北地区玉米逐日产量预报模型并分析其逐日预报准确率，用以表明该指数的准确性。结果表明：利用3个相似年预报结果加权集成综合相似年逐日作物产量气象影响指数可提高逐日预报准确率，黑龙江年尺度逐日预报准确率年际间波动小于东北其他地区。综合相似年月尺度下，随着玉米发育期的推进和实时气象数据的引入，月尺度平均预报准确率逐渐提高。东北地区玉米产量8月31日的日尺度预报准确率普遍高于7月31日；辽宁日尺度预报差异较大，但随着玉米发育期推进逐日预报产量和实际产量接近，准确率也提高。基于气象要素构建的逐日作物产量影响指数和同期气象影响指数可以定量评估不同时段气象条件对作物产量的影响程度，在一定程度上可提高农业气象业务定量化评价水平。
2022, 33(3): 375-384.
DOI: 10.11898/1001-7313.20220311
摘要:
叶片光合作用的准确模拟对陆地生态系统模型及全球变化对植被影响研究具有重要意义。水分是影响光合作用的重要因素，目前研究多采用土壤含水量表示，而非直接起作用的叶片含水量，这限制了光合作用的准确模拟。以玉米为研究对象，利用2014年6—10月中国气象科学研究院固城生态与农业气象试验站玉米6个水分梯度持续干旱试验数据，结合光合生化机理模型，定量研究最大羧化速率与叶片含水量的关系。结果表明：两者呈显著二次曲线关系，其拟合方程的决定系数达0.88；参数不同时，最大羧化速率的绝对值不同，但归一化后的叶片含水量修正函数与参数无关，当叶片含水量为80%左右时，其修正函数值为1，当叶片含水量降至70%左右时，其修正函数值为0。研究从叶片含水量影响方面完善了碳四植物光合生化机理模型，可为进一步提高光合作用模拟的准确性和玉米干旱监测预警提供参考。
叶片光合作用的准确模拟对陆地生态系统模型及全球变化对植被影响研究具有重要意义。水分是影响光合作用的重要因素，目前研究多采用土壤含水量表示，而非直接起作用的叶片含水量，这限制了光合作用的准确模拟。以玉米为研究对象，利用2014年6—10月中国气象科学研究院固城生态与农业气象试验站玉米6个水分梯度持续干旱试验数据，结合光合生化机理模型，定量研究最大羧化速率与叶片含水量的关系。结果表明：两者呈显著二次曲线关系，其拟合方程的决定系数达0.88；参数不同时，最大羧化速率的绝对值不同，但归一化后的叶片含水量修正函数与参数无关，当叶片含水量为80%左右时，其修正函数值为1，当叶片含水量降至70%左右时，其修正函数值为0。研究从叶片含水量影响方面完善了碳四植物光合生化机理模型，可为进一步提高光合作用模拟的准确性和玉米干旱监测预警提供参考。
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：
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：
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：
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：
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。
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。
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