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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，可供引用。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240601
摘要
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摘要:
针对人工智能气象大模型的500 hPa位势高度、2 m气温、10 m风速、降水以及热带气旋路径等,从定性和定量两个角度进行评估。结果表明:从定性角度出发,FuXi、Pangu和GraphCast 3个大模型均会响应热带异常加热,其中Pangu与GraphCast响应强度接近,FuXi响应较弱。从定量角度出发,FuXi整体展现出更高的预报能力,其最大可用预报日数超过9.75 d,Pangu和GraphCast分别为8.75 d和8.5 d。在2 m气温预报中,FuXi的时间异常相关系数为0.48～0.91,Pangu和GraphCast分别为0.43～0.91和0.38～0.83。此外,采用TS(threat score)评分对FuXi和GraphCast降水预报进行评估,FuXi在晴雨、小雨和中雨预报中更具优势,其预报技巧分别为0.22～0.41、0.15～0.24和0.06～0.22,GraphCast在大雨预报中展现更强能力。针对 2019年7月29日华北暴雨和2020年8月16—17日乐山暴雨两次极端降水个例进行分析,FuXi和GraphCast均可提前8 d预报降水的空间分布,但在降水量级预报中存在偏差,随着预报时效减小,偏差也逐渐减小。在热带气旋路径预报中,Pangu展现更高精度。
针对人工智能气象大模型的500 hPa位势高度、2 m气温、10 m风速、降水以及热带气旋路径等,从定性和定量两个角度进行评估。结果表明:从定性角度出发,FuXi、Pangu和GraphCast 3个大模型均会响应热带异常加热,其中Pangu与GraphCast响应强度接近,FuXi响应较弱。从定量角度出发,FuXi整体展现出更高的预报能力,其最大可用预报日数超过9.75 d,Pangu和GraphCast分别为8.75 d和8.5 d。在2 m气温预报中,FuXi的时间异常相关系数为0.48～0.91,Pangu和GraphCast分别为0.43～0.91和0.38～0.83。此外,采用TS(threat score)评分对FuXi和GraphCast降水预报进行评估,FuXi在晴雨、小雨和中雨预报中更具优势,其预报技巧分别为0.22～0.41、0.15～0.24和0.06～0.22,GraphCast在大雨预报中展现更强能力。针对 2019年7月29日华北暴雨和2020年8月16—17日乐山暴雨两次极端降水个例进行分析,FuXi和GraphCast均可提前8 d预报降水的空间分布,但在降水量级预报中存在偏差,随着预报时效减小,偏差也逐渐减小。在热带气旋路径预报中,Pangu展现更高精度。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240602
摘要:
边界层辐合线是触发对流的中尺度天气系统之一,边界层辐合线的精细化识别对于揭示其形成、演变及与其他系统相互作用机制至关重要。目前自动识别技术在适应边界层辐合线多样性(如尺度、强度和形状)方面存在局限。旋转区域卷积神经网络(R2CNN)可提高识别准确性、鲁棒性和泛化能力。综合考虑天气雷达型号和分辨率的多样性,针对性构建识别数据集用于模型训练,调整相应参数得到识别模型,并利用交并比和置信度评估检验识别效果。结果表明:基于R2CNN的边界层辐合线识别算法在使用较低交并比阈值时命中率更高且空报率更低,当置信度为0.7时,TS(threat score)评分最高。与现有的阵风锋识别算法(Machine Intelligence Gust Front Algorithm,MIGFA)效果相比,R2CNN在减少误报、提升命中率及平衡识别频率等关键性能方面优势显著,适用于业务应用与推广。
边界层辐合线是触发对流的中尺度天气系统之一,边界层辐合线的精细化识别对于揭示其形成、演变及与其他系统相互作用机制至关重要。目前自动识别技术在适应边界层辐合线多样性(如尺度、强度和形状)方面存在局限。旋转区域卷积神经网络(R2CNN)可提高识别准确性、鲁棒性和泛化能力。综合考虑天气雷达型号和分辨率的多样性,针对性构建识别数据集用于模型训练,调整相应参数得到识别模型,并利用交并比和置信度评估检验识别效果。结果表明:基于R2CNN的边界层辐合线识别算法在使用较低交并比阈值时命中率更高且空报率更低,当置信度为0.7时,TS(threat score)评分最高。与现有的阵风锋识别算法(Machine Intelligence Gust Front Algorithm,MIGFA)效果相比,R2CNN在减少误报、提升命中率及平衡识别频率等关键性能方面优势显著,适用于业务应用与推广。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240603
摘要:
本文采用PhyDNet-ATT深度学习方法建立江苏省能见度预报模型PhyDNet-ATT-VIS,该模型融合了高时空分辨率地面观测数据和模式产品,实现了空间分辨率为3 km、时间分辨率为1 h、预报时效为6~18 h的能见度预报,并且对模型结果进行了检验评估。与ECMWF能见度产品相比,PhyDNet-ATT-VIS预报的均方根误差和平均绝对偏差分别降低201%和310%;对于不同能见度等级,命中率显著提高,空报率显著降低,TS评分显示预报技巧优势明显,但15~18 h低能见度预报仍存在很大提升空间。PhyDNet-ATT-VIS在观测站点密集区域的预报误差显著低于观测站点稀疏区域。在区域性雾过程和局地雾过程预报方面,PhyDNet-ATT-VIS均能较准确地预报雾的落区、强度、生消等关键特征参数。研究为能见度短时临近预报技巧的提升提供了新思路。
本文采用PhyDNet-ATT深度学习方法建立江苏省能见度预报模型PhyDNet-ATT-VIS,该模型融合了高时空分辨率地面观测数据和模式产品,实现了空间分辨率为3 km、时间分辨率为1 h、预报时效为6~18 h的能见度预报,并且对模型结果进行了检验评估。与ECMWF能见度产品相比,PhyDNet-ATT-VIS预报的均方根误差和平均绝对偏差分别降低201%和310%;对于不同能见度等级,命中率显著提高,空报率显著降低,TS评分显示预报技巧优势明显,但15~18 h低能见度预报仍存在很大提升空间。PhyDNet-ATT-VIS在观测站点密集区域的预报误差显著低于观测站点稀疏区域。在区域性雾过程和局地雾过程预报方面,PhyDNet-ATT-VIS均能较准确地预报雾的落区、强度、生消等关键特征参数。研究为能见度短时临近预报技巧的提升提供了新思路。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240604
摘要:
高时空分辨率自动气象站降水观测作为重要数据来源,已被广泛应用于强对流天气监测、模式评估、预报复盘等研究工作。仪器故障、特殊天气条件下观测设备的局限性等因素是自动气象站降水数据不确定性的主要来源,这些问题在无人值守气象站尤为突出。该研究基于2021—2023年中国自动气象站实时观测降水量数据、高时空分辨率雷达数据和高灵敏性降水类天气现象数据,发展适应于中国自动气象站小时降水数据的多源数据协同质量控制方法(multi-source data collaborative quality control,MDC)。通过综合定量指标与典型个例分析,对MDC的应用效果进行全面评估。结果显示:MDC判识正确率为99.92%,错误数据命中率较现行业务提升39.3%。基于多源降水观测数据时空一致性,MDC显著提升了晴空降水、融雪性降水和虚假零值降水等异常数据的甄别能力,有效弥补了传统方法的不足。
高时空分辨率自动气象站降水观测作为重要数据来源,已被广泛应用于强对流天气监测、模式评估、预报复盘等研究工作。仪器故障、特殊天气条件下观测设备的局限性等因素是自动气象站降水数据不确定性的主要来源,这些问题在无人值守气象站尤为突出。该研究基于2021—2023年中国自动气象站实时观测降水量数据、高时空分辨率雷达数据和高灵敏性降水类天气现象数据,发展适应于中国自动气象站小时降水数据的多源数据协同质量控制方法(multi-source data collaborative quality control,MDC)。通过综合定量指标与典型个例分析,对MDC的应用效果进行全面评估。结果显示:MDC判识正确率为99.92%,错误数据命中率较现行业务提升39.3%。基于多源降水观测数据时空一致性,MDC显著提升了晴空降水、融雪性降水和虚假零值降水等异常数据的甄别能力,有效弥补了传统方法的不足。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240605
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建筑物斜坡角度(顶角)对上行先导的始发具有重要影响。该文基于已建立的三维变网格先导模型,模拟斜坡型高建筑物雷击过程,讨论斜坡角度在不同建筑物高度和雷电流峰值下,对稳定上行先导始发的影响程度和规律。研究表明:当雷电流峰值相同时,建筑物高度越小宽度越宽,斜坡角度对稳定上行先导起始的影响越大,先导始发越困难。当建筑物高度相同时,雷电流峰值越小,斜坡角度对稳定上行先导起始的影响越大。斜坡角度对稳定上行先导起始的影响会随着建筑物高度和雷电流峰值的增加而减小。通过将斜坡角度对稳定上行先导起始的影响作为因变量,斜坡角度、建筑物高度以及雷电流峰值作为自变量进行多元线性回归分析,得到对上行先导的影响程度:雷电流峰值最大,斜坡角度次之,建筑物高度最小。在常见的建筑物高度(100 m以下)和雷电流峰值(小于40 kA)下,斜坡角度对稳定上行先导起始的影响不可忽略(大于23.32%),但在建筑物高度较高(500 m以上)且雷电流峰值较大(大于100 kA)情况下,斜坡角度对稳定上行先导起始的影响相对较小(小于15.88%)。
建筑物斜坡角度(顶角)对上行先导的始发具有重要影响。该文基于已建立的三维变网格先导模型,模拟斜坡型高建筑物雷击过程,讨论斜坡角度在不同建筑物高度和雷电流峰值下,对稳定上行先导始发的影响程度和规律。研究表明:当雷电流峰值相同时,建筑物高度越小宽度越宽,斜坡角度对稳定上行先导起始的影响越大,先导始发越困难。当建筑物高度相同时,雷电流峰值越小,斜坡角度对稳定上行先导起始的影响越大。斜坡角度对稳定上行先导起始的影响会随着建筑物高度和雷电流峰值的增加而减小。通过将斜坡角度对稳定上行先导起始的影响作为因变量,斜坡角度、建筑物高度以及雷电流峰值作为自变量进行多元线性回归分析,得到对上行先导的影响程度:雷电流峰值最大,斜坡角度次之,建筑物高度最小。在常见的建筑物高度(100 m以下)和雷电流峰值(小于40 kA)下,斜坡角度对稳定上行先导起始的影响不可忽略(大于23.32%),但在建筑物高度较高(500 m以上)且雷电流峰值较大(大于100 kA)情况下,斜坡角度对稳定上行先导起始的影响相对较小(小于15.88%)。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240606
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暖云催化剂在人工影响天气暖云催化降水和暖性云雾消除方面应用前景广阔,近年开发的各类新型材料有望在暖云催化中使用,但目前仍缺少效果理想的制剂配方,亟需在相同试验条件下对比各类吸湿性催化剂的性能。2023年5月中国气象局云降水物理与人工影响天气重点开放实验室开展催化剂雾室及静态检测试验,评估9种典型粉末型吸湿性催化剂的消雾能力及吸湿特性。结果表明:无机盐类催化剂消雾所需时间最短,多孔复合材料催化剂效果也较好,而改性淀粉、分子筛、有机膨润土及钠基膨润土消雾效果不明显。在常温常湿环境下,CaCl2的静态吸湿能力最强,其次是多孔复合材料,复合盐的吸湿性也较强,其他催化剂吸湿性不明显;在高湿环境下,膨润土类催化剂及分子筛吸湿性仍不佳,NaCl、多孔复合材料的吸湿能力明显高于其他催化剂。各种催化剂在雾室与静态检测试验的性能基本一致。
暖云催化剂在人工影响天气暖云催化降水和暖性云雾消除方面应用前景广阔,近年开发的各类新型材料有望在暖云催化中使用,但目前仍缺少效果理想的制剂配方,亟需在相同试验条件下对比各类吸湿性催化剂的性能。2023年5月中国气象局云降水物理与人工影响天气重点开放实验室开展催化剂雾室及静态检测试验,评估9种典型粉末型吸湿性催化剂的消雾能力及吸湿特性。结果表明:无机盐类催化剂消雾所需时间最短,多孔复合材料催化剂效果也较好,而改性淀粉、分子筛、有机膨润土及钠基膨润土消雾效果不明显。在常温常湿环境下,CaCl2的静态吸湿能力最强,其次是多孔复合材料,复合盐的吸湿性也较强,其他催化剂吸湿性不明显;在高湿环境下,膨润土类催化剂及分子筛吸湿性仍不佳,NaCl、多孔复合材料的吸湿能力明显高于其他催化剂。各种催化剂在雾室与静态检测试验的性能基本一致。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240607
摘要:
在强紫外线辐射和高臭氧(O3)背景值下,人为排放源集中的青藏高原城市地区大气O3质量浓度长期变化及其潜在环境影响备受关注。该研究收集了2015—2023年西藏7个城市的O3质量浓度数据,分析其变化趋势,并借助13个O3风险评价指标评估O3对当地居民健康和生态植被的潜在威胁。结果表明:O3质量浓度在拉萨明显高于南部的山南和日喀则,与北部的那曲相当,高于西部的阿里以及东部的林芝和昌都。昌都O3峰值出现在6月,林芝O3峰值出现在3—4月,其他城市则出现在5月。阿里、那曲、拉萨和林芝的O3质量浓度呈年际波动,山南、日喀则和昌都的O3质量浓度呈显著上升趋势。健康与生态O3风险指标与日间O3质量浓度紧密相关。相比西藏其他城市,拉萨的O3暴露带来的影响尤为突出,部分风险指标已突破安全阈值。在高O3背景值基础上,由于人为排放的不断增加,西藏城市须采取有效的O3预防和控制措施,以长期维护青藏高原城市地区大气环境质量。
在强紫外线辐射和高臭氧(O3)背景值下,人为排放源集中的青藏高原城市地区大气O3质量浓度长期变化及其潜在环境影响备受关注。该研究收集了2015—2023年西藏7个城市的O3质量浓度数据,分析其变化趋势,并借助13个O3风险评价指标评估O3对当地居民健康和生态植被的潜在威胁。结果表明:O3质量浓度在拉萨明显高于南部的山南和日喀则,与北部的那曲相当,高于西部的阿里以及东部的林芝和昌都。昌都O3峰值出现在6月,林芝O3峰值出现在3—4月,其他城市则出现在5月。阿里、那曲、拉萨和林芝的O3质量浓度呈年际波动,山南、日喀则和昌都的O3质量浓度呈显著上升趋势。健康与生态O3风险指标与日间O3质量浓度紧密相关。相比西藏其他城市,拉萨的O3暴露带来的影响尤为突出,部分风险指标已突破安全阈值。在高O3背景值基础上,由于人为排放的不断增加,西藏城市须采取有效的O3预防和控制措施,以长期维护青藏高原城市地区大气环境质量。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240608
摘要:
基于2003—2022年ERA5(ECMWF reanalysis v5)再分析数据、AIRS(atmospheric infrared sounder)卫星数据和中国生态环保部的地面臭氧等数据,采用合成分析和相关分析方法发现夏季青藏高原地区对流层臭氧柱总量年际变化特征明显,并以每年约0.08 DU的速度增加。青藏高原地区对流层臭氧柱总量高低年份差异不仅与对流层高低层臭氧垂直分布直接相关,更与高低层动力和化学过程有关。分析发现:当青藏高原地区对流层臭氧柱总量偏高时,青藏高原北侧对流层顶偏低,副热带西风急流偏弱且存在断裂,较弱的传输屏障使平流层对流层交换增强,有利于平流层高浓度臭氧空气下传。对流层低层的垂直环流通过向上传输低浓度臭氧空气影响整个对流层臭氧浓度。此外,青藏高原西南部对流层整层的臭氧浓度偏低还与南亚高压异常有关,青藏高原腹地对流层臭氧柱总量偏高可能与地面污染物排放、地面太阳净辐射量异常偏高有关。
基于2003—2022年ERA5(ECMWF reanalysis v5)再分析数据、AIRS(atmospheric infrared sounder)卫星数据和中国生态环保部的地面臭氧等数据,采用合成分析和相关分析方法发现夏季青藏高原地区对流层臭氧柱总量年际变化特征明显,并以每年约0.08 DU的速度增加。青藏高原地区对流层臭氧柱总量高低年份差异不仅与对流层高低层臭氧垂直分布直接相关,更与高低层动力和化学过程有关。分析发现:当青藏高原地区对流层臭氧柱总量偏高时,青藏高原北侧对流层顶偏低,副热带西风急流偏弱且存在断裂,较弱的传输屏障使平流层对流层交换增强,有利于平流层高浓度臭氧空气下传。对流层低层的垂直环流通过向上传输低浓度臭氧空气影响整个对流层臭氧浓度。此外,青藏高原西南部对流层整层的臭氧浓度偏低还与南亚高压异常有关,青藏高原腹地对流层臭氧柱总量偏高可能与地面污染物排放、地面太阳净辐射量异常偏高有关。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240609
摘要:
分析2020年1月哈尔滨重污染事件期间PM2.5的化学组成和影响因素,采用后向轨迹聚类和权重潜在源贡献因子法定量评估区域传输对PM2.5的贡献,讨论该重污染事件的形成机制。结果表明:PM2.5重污染事件主要来源于一次排放,其中生物质燃烧的贡献显著,而极低气温(-18.0 ℃)和高相对湿度(80.0%)条件可显著促进二次气溶胶的生成。基于气团后向轨迹以及权重潜在源贡献因子研究发现,绥化、大庆、长春和松原等周边城市的区域传输对哈尔滨空气质量的影响也不可忽视。
分析2020年1月哈尔滨重污染事件期间PM2.5的化学组成和影响因素,采用后向轨迹聚类和权重潜在源贡献因子法定量评估区域传输对PM2.5的贡献,讨论该重污染事件的形成机制。结果表明:PM2.5重污染事件主要来源于一次排放,其中生物质燃烧的贡献显著,而极低气温(-18.0 ℃)和高相对湿度(80.0%)条件可显著促进二次气溶胶的生成。基于气团后向轨迹以及权重潜在源贡献因子研究发现,绥化、大庆、长春和松原等周边城市的区域传输对哈尔滨空气质量的影响也不可忽视。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240610
摘要:
利用2018—2023年在山东省临沂、济南和济宁开展的日光温室试验测定数据,基于环境因素与番茄的不同生长指标,分别以辐热积、有效积温和适宜度指数为自变量,以番茄不同生长指标为因变量构建Logistic生长模型,并利用独立数据对模型进行验证,比较3种模型对番茄不同生长指标模拟的准确性和优缺点,得到番茄不同发育期的最优模型。结果表明:温室番茄开花期对光照不敏感,此时选择积温法建立Logistic模型,对开花数的模拟程度最优;影响番茄坐果数的主要气象因子为光照、温度和湿度,适宜度法建立的Logistic模型精确度最高;番茄果茎生长主要与光合有效辐射和温度有关,辐热积法建立的Logistic模型精确度最高。
利用2018—2023年在山东省临沂、济南和济宁开展的日光温室试验测定数据,基于环境因素与番茄的不同生长指标,分别以辐热积、有效积温和适宜度指数为自变量,以番茄不同生长指标为因变量构建Logistic生长模型,并利用独立数据对模型进行验证,比较3种模型对番茄不同生长指标模拟的准确性和优缺点,得到番茄不同发育期的最优模型。结果表明:温室番茄开花期对光照不敏感,此时选择积温法建立Logistic模型,对开花数的模拟程度最优;影响番茄坐果数的主要气象因子为光照、温度和湿度,适宜度法建立的Logistic模型精确度最高;番茄果茎生长主要与光合有效辐射和温度有关,辐热积法建立的Logistic模型精确度最高。
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2024, 35(5): 513-525.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240501
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为提高短时临近降水预报准确率, 提出一种订正广西对流尺度数值预报模式(GRAPES-GX)降水预报产品的深度学习方法。该方法通过神经网络对实况进行时空特征提取, 以门控循环网络(GRU)为基础框架, 针对降水产品进行改进, 并用于GRAPES-GX降水预报产品订正。在此基础上, 设计了大气物理规律适配模块, 通过物理条件匹配机制订正模式预报降水强度与落区的系统性误差, 增强训练样本中预报产品和实况的特征相关性, 并协同优化模型参数, 获得更优的订正效果。广西区域试验结果表明: 订正模型在各预报时效、各降水强度等级的TS(threat score)评分均得到正技巧, 总体TS技巧评分为2.21%。对于不低于0.1 mm·h-1、不低于2 mm·h-1、不低于7 mm·h-1、不低于15 mm·h-1、不低于25 mm·h-1和不低于40 mm·h-1降水强度预报TS技巧评分分别为5.67%、3.59%、2.18%、1.46%、1.01%和0.46%。0~2 h、2~4 h和4~6 h时效预报TS技巧评分分别为4.77%、1.28%和0.91%。
为提高短时临近降水预报准确率, 提出一种订正广西对流尺度数值预报模式(GRAPES-GX)降水预报产品的深度学习方法。该方法通过神经网络对实况进行时空特征提取, 以门控循环网络(GRU)为基础框架, 针对降水产品进行改进, 并用于GRAPES-GX降水预报产品订正。在此基础上, 设计了大气物理规律适配模块, 通过物理条件匹配机制订正模式预报降水强度与落区的系统性误差, 增强训练样本中预报产品和实况的特征相关性, 并协同优化模型参数, 获得更优的订正效果。广西区域试验结果表明: 订正模型在各预报时效、各降水强度等级的TS(threat score)评分均得到正技巧, 总体TS技巧评分为2.21%。对于不低于0.1 mm·h-1、不低于2 mm·h-1、不低于7 mm·h-1、不低于15 mm·h-1、不低于25 mm·h-1和不低于40 mm·h-1降水强度预报TS技巧评分分别为5.67%、3.59%、2.18%、1.46%、1.01%和0.46%。0~2 h、2~4 h和4~6 h时效预报TS技巧评分分别为4.77%、1.28%和0.91%。
2024, 35(5): 526-537.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240502
摘要:
年4月发射的风云三号气象卫星G星(FY-3G)是我国首颗专用降水测量卫星, 双频降水测量雷达(precipitation measurement radar, PMR)是该颗卫星上最核心的仪器。基于2023年7月数据, 利用海洋定标理论模型, 模拟海洋表面后向散射截面, 与观测海洋表面后向散射截面进行比对, 实现对PMR定标精度的初步评估。通过与国外星载双频降水测量雷达(global precipitation measurement, dual-frequency precipitation radar, GPM DPR)海洋定标检验结果比对, 评估FY-3G PMR定标的准确性。海洋定标精度检验结果表明: FY-3G PMR Ku波段在入射角小于15°时观测值与模型模拟值的偏差较小, 此时FY-3G PMR的偏差为1.65~2.73 dB, 偏差标准差为0.74~1.82 dB。FY-3G PMR Ka波段在18°入射角时偏差小于0.27 dB, 偏差的标准差为3.49 dB。FY-3G PMR与GPM DPR的定标偏差存在较为固定的偏差, 差异主要源自于数据本身的后向散射统计特性, 各入射角下FY-3G PMR Ku与Ka波段海洋表面后向散射数据稳定性与GPM DPR相当。
年4月发射的风云三号气象卫星G星(FY-3G)是我国首颗专用降水测量卫星, 双频降水测量雷达(precipitation measurement radar, PMR)是该颗卫星上最核心的仪器。基于2023年7月数据, 利用海洋定标理论模型, 模拟海洋表面后向散射截面, 与观测海洋表面后向散射截面进行比对, 实现对PMR定标精度的初步评估。通过与国外星载双频降水测量雷达(global precipitation measurement, dual-frequency precipitation radar, GPM DPR)海洋定标检验结果比对, 评估FY-3G PMR定标的准确性。海洋定标精度检验结果表明: FY-3G PMR Ku波段在入射角小于15°时观测值与模型模拟值的偏差较小, 此时FY-3G PMR的偏差为1.65~2.73 dB, 偏差标准差为0.74~1.82 dB。FY-3G PMR Ka波段在18°入射角时偏差小于0.27 dB, 偏差的标准差为3.49 dB。FY-3G PMR与GPM DPR的定标偏差存在较为固定的偏差, 差异主要源自于数据本身的后向散射统计特性, 各入射角下FY-3G PMR Ku与Ka波段海洋表面后向散射数据稳定性与GPM DPR相当。
2024, 35(5): 538-550.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240503
摘要:
以探空资料为基准, 对2023年2月—2024年1月风云四号气象卫星B星(FY-4B)干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)温湿廓线产品开展检验评估, 分析误差特征, 并利用概率密度匹配法(PDF方法)对云天温度廓线进行订正。结果表明: 晴天条件下温度平均偏差为-0.3~1 K, 均方根误差在2 K以内; 湿度平均偏差为0~1.3 g·kg-1, 均方根误差最大值位于近地层, 约为2.1 g·kg-1。云天条件下偏差增大, 平均偏差整体呈正值, 温度均方根误差为2.2~2.7 K, 湿度均方根误差最大值约为3 g·kg-1。12:00(世界时, 下同)近地层温度偏差较00:00有所增大; 晴天条件下, 12:00 400 hPa以下的湿度偏差大于00:00;云天条件下, 00:00 750~950 hPa的湿度偏差大于12:00。云天条件下温湿廓线系统性偏差明显, 与质控码为0的样本相比, 质控码为1的样本偏冷、偏干加剧, 且偏差分布更为离散, 温度偏差呈不对称的双峰分布。PDF方法可有效减小FY-4B/GIIRS温度廓线的系统性偏差, 订正后, 质控码为0和1的样本平均偏差分别由0.74 K和2.07 K下降至-0.03 K和0.01 K, 均方根误差分别由1.89 K和3.20 K减小至1.73 K和2.34 K。
以探空资料为基准, 对2023年2月—2024年1月风云四号气象卫星B星(FY-4B)干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)温湿廓线产品开展检验评估, 分析误差特征, 并利用概率密度匹配法(PDF方法)对云天温度廓线进行订正。结果表明: 晴天条件下温度平均偏差为-0.3~1 K, 均方根误差在2 K以内; 湿度平均偏差为0~1.3 g·kg-1, 均方根误差最大值位于近地层, 约为2.1 g·kg-1。云天条件下偏差增大, 平均偏差整体呈正值, 温度均方根误差为2.2~2.7 K, 湿度均方根误差最大值约为3 g·kg-1。12:00(世界时, 下同)近地层温度偏差较00:00有所增大; 晴天条件下, 12:00 400 hPa以下的湿度偏差大于00:00;云天条件下, 00:00 750~950 hPa的湿度偏差大于12:00。云天条件下温湿廓线系统性偏差明显, 与质控码为0的样本相比, 质控码为1的样本偏冷、偏干加剧, 且偏差分布更为离散, 温度偏差呈不对称的双峰分布。PDF方法可有效减小FY-4B/GIIRS温度廓线的系统性偏差, 订正后, 质控码为0和1的样本平均偏差分别由0.74 K和2.07 K下降至-0.03 K和0.01 K, 均方根误差分别由1.89 K和3.20 K减小至1.73 K和2.34 K。
2024, 35(5): 551-563.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240504
摘要:
基于中国气象局大气探测试验基地地基遥感垂直廓线系统中云雷达与微波辐射计同址观测的优势, 使用2021年8月—2022年7月毫米波云雷达、探空数据, 分析云雷达反射率因子与相对湿度特征关系, 提出联合云雷达的微波辐射计相对湿度分段校正方法, 实现云区微波辐射计相对湿度实时校正, 并利用2023年1—8月探空和2023年7—8月ERA5(ECMWF reanalysis version 5)逐小时再分析数据进行误差分析。结果表明: 入云区的相对湿度与反射率因子间呈正相关关系, 云区中段相对湿度近似饱和状态, 出云区与入云区相对湿度随高度变化近似对称; 层状云条件下校正后微波辐射计与探空和ERA5相对湿度的均方根误差比校正前分别减小7.99%和8.91%, 偏差中位数绝对值分别减小12.62%和13.05%, 且连续观测时次经校正后误差均减小, 校正效果较好; 对流云条件下校正效果也较好, 但部分个例存在过度校正。因此, 联合云雷达的相对湿度分段校正方法能够实现微波辐射计相对湿度廓线的连续实时校正, 可提高有云条件下微波辐射计的观测质量。
基于中国气象局大气探测试验基地地基遥感垂直廓线系统中云雷达与微波辐射计同址观测的优势, 使用2021年8月—2022年7月毫米波云雷达、探空数据, 分析云雷达反射率因子与相对湿度特征关系, 提出联合云雷达的微波辐射计相对湿度分段校正方法, 实现云区微波辐射计相对湿度实时校正, 并利用2023年1—8月探空和2023年7—8月ERA5(ECMWF reanalysis version 5)逐小时再分析数据进行误差分析。结果表明: 入云区的相对湿度与反射率因子间呈正相关关系, 云区中段相对湿度近似饱和状态, 出云区与入云区相对湿度随高度变化近似对称; 层状云条件下校正后微波辐射计与探空和ERA5相对湿度的均方根误差比校正前分别减小7.99%和8.91%, 偏差中位数绝对值分别减小12.62%和13.05%, 且连续观测时次经校正后误差均减小, 校正效果较好; 对流云条件下校正效果也较好, 但部分个例存在过度校正。因此, 联合云雷达的相对湿度分段校正方法能够实现微波辐射计相对湿度廓线的连续实时校正, 可提高有云条件下微波辐射计的观测质量。
2024, 35(5): 564-576.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240505
摘要:
利用石家庄S波段天气雷达(SPOL)、雄安X波段相控阵雷达(XPAR)、地面自动气象站等多源观测资料, 分析2021年7月21日河北省保定市清苑区东吕村EF2级龙卷雷达特征。清苑区龙卷发生于低涡降水云系中, 风暴后向传播造成的多单体合并形成超级单体, 钩状回波顶部分裂的强反射率因子核心自东南向西北移动, 并与龙卷位置对应关系较好。SPOL和XPAR平均径向速度图上均连续多个时次识别出中气旋, 中气旋尺度为1.4~4.2 km, 旋转速度为10~20 m·s-1, 为弱中气旋, 属于微型超级单体龙卷, 持续时间较短(30~35 min)。在龙卷发展演变过程中, 低仰角探测到紧邻的旋转速度对时, 中气旋向下延伸1.2~1.4 km, 直径迅速收缩0.8~1 km, 预示龙卷的发生。龙卷风暴在低层旋转速度和涡度最大, 有利于龙卷发展增强。SPOL和XPAR在龙卷位置、径向速度及风暴直径的探测结果较为一致, XPAR回波顶比SPOL高约6 km, 且XPAR回波顶的峰值时段与风暴出现冲云顶特征的时段一致。15:36—15:42(北京时)龙卷涡旋特征(TVS)最为强盛, 垂直伸展厚度达2~4 km。
利用石家庄S波段天气雷达(SPOL)、雄安X波段相控阵雷达(XPAR)、地面自动气象站等多源观测资料, 分析2021年7月21日河北省保定市清苑区东吕村EF2级龙卷雷达特征。清苑区龙卷发生于低涡降水云系中, 风暴后向传播造成的多单体合并形成超级单体, 钩状回波顶部分裂的强反射率因子核心自东南向西北移动, 并与龙卷位置对应关系较好。SPOL和XPAR平均径向速度图上均连续多个时次识别出中气旋, 中气旋尺度为1.4~4.2 km, 旋转速度为10~20 m·s-1, 为弱中气旋, 属于微型超级单体龙卷, 持续时间较短(30~35 min)。在龙卷发展演变过程中, 低仰角探测到紧邻的旋转速度对时, 中气旋向下延伸1.2~1.4 km, 直径迅速收缩0.8~1 km, 预示龙卷的发生。龙卷风暴在低层旋转速度和涡度最大, 有利于龙卷发展增强。SPOL和XPAR在龙卷位置、径向速度及风暴直径的探测结果较为一致, XPAR回波顶比SPOL高约6 km, 且XPAR回波顶的峰值时段与风暴出现冲云顶特征的时段一致。15:36—15:42(北京时)龙卷涡旋特征(TVS)最为强盛, 垂直伸展厚度达2~4 km。
2024, 35(5): 577-589.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240506
摘要:
为研究极端持续性强降水过程的中尺度结构和云物理特征, 利用龙岩S波段双偏振雷达、雨滴谱仪、二维闪电定位仪等多源资料结合雷达风场反演方法, 分析2022年5月26—27日福建一次极端持续性强降水过程。结果表明:该过程水汽充沛, 不稳定能量适中, 有利于产生强降水。强降水期间不低于45 dBZ的强回波主要集中在西南向喇叭口地形收缩处的山脉迎风坡一侧。强回波在气流辐合处持续发展, 前两个阶段暴雨区西侧回波持续移入形成后向传播的列车效应;第3阶段强回波在东北风引导下向东偏南移动。该过程以海洋性对流降水和暖云降水为主, 强降水主要由高浓度小尺度的雨滴粒子造成。第2阶段强烈上升运动在0 ℃层以上形成霰粒子, 并与冰晶碰撞, 产生负闪, 冰相过程使霰粒子下落融化与低层雨滴的碰并增长形成大雨滴, 降水效率高。降水粒子集中在气流汇合处, 中低层存在高浓度雨滴粒子。差分反射率大值区多分布在中层上升气流处, 大雨滴在下落过程中破碎为小雨滴, 进一步加大雨滴粒子数。
为研究极端持续性强降水过程的中尺度结构和云物理特征, 利用龙岩S波段双偏振雷达、雨滴谱仪、二维闪电定位仪等多源资料结合雷达风场反演方法, 分析2022年5月26—27日福建一次极端持续性强降水过程。结果表明:该过程水汽充沛, 不稳定能量适中, 有利于产生强降水。强降水期间不低于45 dBZ的强回波主要集中在西南向喇叭口地形收缩处的山脉迎风坡一侧。强回波在气流辐合处持续发展, 前两个阶段暴雨区西侧回波持续移入形成后向传播的列车效应;第3阶段强回波在东北风引导下向东偏南移动。该过程以海洋性对流降水和暖云降水为主, 强降水主要由高浓度小尺度的雨滴粒子造成。第2阶段强烈上升运动在0 ℃层以上形成霰粒子, 并与冰晶碰撞, 产生负闪, 冰相过程使霰粒子下落融化与低层雨滴的碰并增长形成大雨滴, 降水效率高。降水粒子集中在气流汇合处, 中低层存在高浓度雨滴粒子。差分反射率大值区多分布在中层上升气流处, 大雨滴在下落过程中破碎为小雨滴, 进一步加大雨滴粒子数。
2024, 35(5): 590-605.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240507
摘要:
利用多普勒天气雷达、常规探空和地面观测数据、1 min降水量和5 min间隔加密自动气象站观测数据, 对比分析了2017年6月2日和8月6日山东两次强下击暴流风暴(简称6·2超级单体和8·6强单体)雷达特征及地面致灾大风的成因。研究表明:两次致灾大风过程在强天气尺度和有利中尺度环境下分别形成超级单体和强单体风暴并触发系列下击暴流, 最强下击暴流发生时垂直积分液态水含量先跃增后骤降, 6·2超级单体伴随中气旋顶和底高度的剧烈下沉。两次强下击暴流触地前均出现强反射率因子核的快速下降、底层高径向速度和强辐散、中层径向辐合和高空强辐散特征。6·2超级单体旋转特性强、中气旋深厚, 低层伴随弧形入流缺口和勾状回波。8·6强单体中低层辐合特征显著, 风暴前端低层伴有由雷暴出流和前侧入流形成的辐合带。两次强下击暴流引起地面致灾大风的过程中负浮力效应基本相当, 6·2超级单体冷池密度流效应更明显, 8·6强单体动量下传效应更显著。潍坊南孙站位于风暴移动方向正前侧, 前侧辐散气流与同向快速移动的风暴叠加, 是导致37 m·s-1极端大风的重要原因。
利用多普勒天气雷达、常规探空和地面观测数据、1 min降水量和5 min间隔加密自动气象站观测数据, 对比分析了2017年6月2日和8月6日山东两次强下击暴流风暴(简称6·2超级单体和8·6强单体)雷达特征及地面致灾大风的成因。研究表明:两次致灾大风过程在强天气尺度和有利中尺度环境下分别形成超级单体和强单体风暴并触发系列下击暴流, 最强下击暴流发生时垂直积分液态水含量先跃增后骤降, 6·2超级单体伴随中气旋顶和底高度的剧烈下沉。两次强下击暴流触地前均出现强反射率因子核的快速下降、底层高径向速度和强辐散、中层径向辐合和高空强辐散特征。6·2超级单体旋转特性强、中气旋深厚, 低层伴随弧形入流缺口和勾状回波。8·6强单体中低层辐合特征显著, 风暴前端低层伴有由雷暴出流和前侧入流形成的辐合带。两次强下击暴流引起地面致灾大风的过程中负浮力效应基本相当, 6·2超级单体冷池密度流效应更明显, 8·6强单体动量下传效应更显著。潍坊南孙站位于风暴移动方向正前侧, 前侧辐散气流与同向快速移动的风暴叠加, 是导致37 m·s-1极端大风的重要原因。
2024, 35(5): 606-618.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240508
摘要:
利用2000年12月—2023年12月卫星遥感反演的气溶胶光学厚度逐日资料, 结合2023年每日中午地面观测蓝天资料, 基于气溶胶光学厚度得到的蓝天等级监测指标, 分析2000—2023年京津冀地区蓝天日数的时空变化特征及其变化趋势。结果表明:2001—2023年京津冀蓝天日数年平均值分别为144.2 d·a-1、96.3 d·a-1和119.6 d·a-1, 北京蓝天日数最多, 河北次之, 天津最少。空间分布上, 河北北部年平均蓝天日数最多, 河北南部蓝天日数最少。京津冀蓝天日数具有明显季节变化, 冬季和秋季蓝天日数最多, 春季次之, 夏季最少。2001—2023年京津冀蓝天日数年平均值均呈显著增加趋势, 每10年分别增加18.1 d、22.3 d和16.3 d, 其中2001—2013年无显著趋势变化, 2013—2023年呈增加趋势, 每10年分别增加26.9 d、46.5 d和36.4 d。
利用2000年12月—2023年12月卫星遥感反演的气溶胶光学厚度逐日资料, 结合2023年每日中午地面观测蓝天资料, 基于气溶胶光学厚度得到的蓝天等级监测指标, 分析2000—2023年京津冀地区蓝天日数的时空变化特征及其变化趋势。结果表明:2001—2023年京津冀蓝天日数年平均值分别为144.2 d·a-1、96.3 d·a-1和119.6 d·a-1, 北京蓝天日数最多, 河北次之, 天津最少。空间分布上, 河北北部年平均蓝天日数最多, 河北南部蓝天日数最少。京津冀蓝天日数具有明显季节变化, 冬季和秋季蓝天日数最多, 春季次之, 夏季最少。2001—2023年京津冀蓝天日数年平均值均呈显著增加趋势, 每10年分别增加18.1 d、22.3 d和16.3 d, 其中2001—2013年无显著趋势变化, 2013—2023年呈增加趋势, 每10年分别增加26.9 d、46.5 d和36.4 d。
2024, 35(5): 619-628.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240509
摘要:
利用2018—2023年吉林榆树农业气象试验站玉米大田分期播种试验研究不同播期对玉米生长发育、产量构成和籽粒品质的影响, 探讨改变玉米播期作为农业适应气候变化措施的可行性。研究发现:玉米不同播期, 玉米生长期内积温利用效率不同, 第1播期积温最高, 第4播期积温比第1播期平均减少8.3%。玉米不同播期对生长期长度造成影响, 玉米第1播期生长期长度比第2播期(正常播期)平均延长7.5 d, 第3播期较正常播期生长期缩短5.7 d, 第4播期较正常播期生长期缩短13.8 d。玉米不同播期对产量结构造成影响, 玉米播期提前10 d, 6年试验中有2年玉米百粒重增加, 4年减少;玉米播期延迟10 d和20 d, 玉米百粒重平均减少4.8%和8.7%。玉米播期提前10 d, 单株玉米籽粒数增加0.2%, 播期延迟10 d和20 d, 籽粒数分别减少6.0%和9.3%。总体上, 玉米播期延迟10 d和20 d, 玉米单产减产10.9%和17.1%。玉米播期提前10 d, 平均单产接近正常播期单产, 部分年份单产增加。玉米播期对玉米籽粒品质影响不大。气候变暖, 东北部分地区玉米播期适当提前可以作为适应气候变化措施。
利用2018—2023年吉林榆树农业气象试验站玉米大田分期播种试验研究不同播期对玉米生长发育、产量构成和籽粒品质的影响, 探讨改变玉米播期作为农业适应气候变化措施的可行性。研究发现:玉米不同播期, 玉米生长期内积温利用效率不同, 第1播期积温最高, 第4播期积温比第1播期平均减少8.3%。玉米不同播期对生长期长度造成影响, 玉米第1播期生长期长度比第2播期(正常播期)平均延长7.5 d, 第3播期较正常播期生长期缩短5.7 d, 第4播期较正常播期生长期缩短13.8 d。玉米不同播期对产量结构造成影响, 玉米播期提前10 d, 6年试验中有2年玉米百粒重增加, 4年减少;玉米播期延迟10 d和20 d, 玉米百粒重平均减少4.8%和8.7%。玉米播期提前10 d, 单株玉米籽粒数增加0.2%, 播期延迟10 d和20 d, 籽粒数分别减少6.0%和9.3%。总体上, 玉米播期延迟10 d和20 d, 玉米单产减产10.9%和17.1%。玉米播期提前10 d, 平均单产接近正常播期单产, 部分年份单产增加。玉米播期对玉米籽粒品质影响不大。气候变暖, 东北部分地区玉米播期适当提前可以作为适应气候变化措施。
2024, 35(5): 629-640.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240510
摘要:
水分和氮肥是制约旱地农业生产的重要因素。基于2013—2022年内蒙古自治区突泉春玉米发育期、单产和田间管理数据, 对农业生产系统模型(agricultural production system simulator, APSIM)调参验证; 基于验证后的模型, 结合1981—2022年突泉气象数据, 设计不同水分亏缺程度下水氮管理情景, 以春玉米单产、水氮用量和效率为指标, 提出春玉米最优水氮管理措施, 并分析不同降水年型下春玉米适宜灌溉量和施氮量。结果表明: APSIM对春玉米出苗-开花日数、出苗-成熟日数和单产模拟值与实测值的归一化均方根误差分别为1.3%、1.2%和2.8%, APSIM可定量模拟春玉米发育期和单产。综合春玉米单产、灌溉量、施氮量、水分生产力和氮肥农学效率, 最优管理措施为0~100 cm土壤剖面深度下水分亏缺程度为60%时补充灌溉, 灌溉量为171.0 mm, 施氮量为197.8 kg·hm-2。当春玉米生长季降水量为200~400、401~600 mm和601~800 mm时, 适宜的灌溉量分别为233.0~283.5、110.5~148.4 mm和125.0~155.0 mm, 施氮量分别为176.9~219.3、218.3~241.5 kg·hm-2和211.8~249.9 kg·hm-2。
水分和氮肥是制约旱地农业生产的重要因素。基于2013—2022年内蒙古自治区突泉春玉米发育期、单产和田间管理数据, 对农业生产系统模型(agricultural production system simulator, APSIM)调参验证; 基于验证后的模型, 结合1981—2022年突泉气象数据, 设计不同水分亏缺程度下水氮管理情景, 以春玉米单产、水氮用量和效率为指标, 提出春玉米最优水氮管理措施, 并分析不同降水年型下春玉米适宜灌溉量和施氮量。结果表明: APSIM对春玉米出苗-开花日数、出苗-成熟日数和单产模拟值与实测值的归一化均方根误差分别为1.3%、1.2%和2.8%, APSIM可定量模拟春玉米发育期和单产。综合春玉米单产、灌溉量、施氮量、水分生产力和氮肥农学效率, 最优管理措施为0~100 cm土壤剖面深度下水分亏缺程度为60%时补充灌溉, 灌溉量为171.0 mm, 施氮量为197.8 kg·hm-2。当春玉米生长季降水量为200~400、401~600 mm和601~800 mm时, 适宜的灌溉量分别为233.0~283.5、110.5~148.4 mm和125.0~155.0 mm, 施氮量分别为176.9~219.3、218.3~241.5 kg·hm-2和211.8~249.9 kg·hm-2。
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：
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：
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：
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：
农业洪涝灾害是国内外灾害研究的重要分支领域。该文采用分类归纳总结已有研究成果并与观测事实相佐证的方法，从农业洪涝相关概念出发，系统阐述了中国农业洪涝灾害的研究进展，评述了气候变暖对中国农业洪涝灾害的影响。基于影响作物及发生时段，中国农业洪涝灾害可分为影响越冬作物的春涝、影响夏播夏收和夏季作物生长的夏涝及影响秋播秋收作物的秋涝。农业洪涝灾害的形成及强度，是天气气候、作物抗涝性、地形地貌、土壤结构及人类活动等多种因素综合作用的结果；气候变暖背景下，中国农业洪涝成灾率呈南方增强北部减缓的趋势，总体呈上升趋势；一方面与极端降水事件的变化有直接关系，另一方面受作物气候适宜性变化等的间接影响。农业洪涝灾害的致灾机理包括物理性破坏、生理性损伤及生态性危害。其影响包括对农业生产环境、作物生态生理和生长发育的影响及诱发病虫害等。气候变化背景下的农业洪涝综合性指标、基于灾变过程的综合风险评估及气候变暖对不同作物洪涝灾害的影响事实将是未来重点研究方向。
农业洪涝灾害是国内外灾害研究的重要分支领域。该文采用分类归纳总结已有研究成果并与观测事实相佐证的方法，从农业洪涝相关概念出发，系统阐述了中国农业洪涝灾害的研究进展，评述了气候变暖对中国农业洪涝灾害的影响。基于影响作物及发生时段，中国农业洪涝灾害可分为影响越冬作物的春涝、影响夏播夏收和夏季作物生长的夏涝及影响秋播秋收作物的秋涝。农业洪涝灾害的形成及强度，是天气气候、作物抗涝性、地形地貌、土壤结构及人类活动等多种因素综合作用的结果；气候变暖背景下，中国农业洪涝成灾率呈南方增强北部减缓的趋势，总体呈上升趋势；一方面与极端降水事件的变化有直接关系，另一方面受作物气候适宜性变化等的间接影响。农业洪涝灾害的致灾机理包括物理性破坏、生理性损伤及生态性危害。其影响包括对农业生产环境、作物生态生理和生长发育的影响及诱发病虫害等。气候变化背景下的农业洪涝综合性指标、基于灾变过程的综合风险评估及气候变暖对不同作物洪涝灾害的影响事实将是未来重点研究方向。
摘要：
以欧洲中期天气预报中心 (ECMWF) 模式细网格地面气温为预报因子，设计多种训练期方案进行2014—2015年福建省气象站每日两次1~7 d的日最高气温和日最低气温MOS (model output statistics) 预报，并进行检验和改进。准对称混合滑动训练期方法为取预报日之前和前1年预报日之后相同日数的样本混合而成，分1年期或多年期。结果表明：准对称混合滑动训练期方案优于滑动训练期方案和传统季节固定期分类方案，且2年期优于1年期。以不同周期确定最佳训练期日数的方案应用对比显示，以年为评估周期优于以月为评估周期以及更短时间周期。在2015年日最高气温和日最低气温MOS预报中，基于上年度评估所得最佳训练期日数，2年期准对称混合滑动训练期方案较ECMWF模式细网格产品质量有较大提高，优于预报员预报，有较好的应用参考价值。
以欧洲中期天气预报中心 (ECMWF) 模式细网格地面气温为预报因子，设计多种训练期方案进行2014—2015年福建省气象站每日两次1~7 d的日最高气温和日最低气温MOS (model output statistics) 预报，并进行检验和改进。准对称混合滑动训练期方法为取预报日之前和前1年预报日之后相同日数的样本混合而成，分1年期或多年期。结果表明：准对称混合滑动训练期方案优于滑动训练期方案和传统季节固定期分类方案，且2年期优于1年期。以不同周期确定最佳训练期日数的方案应用对比显示，以年为评估周期优于以月为评估周期以及更短时间周期。在2015年日最高气温和日最低气温MOS预报中，基于上年度评估所得最佳训练期日数，2年期准对称混合滑动训练期方案较ECMWF模式细网格产品质量有较大提高，优于预报员预报，有较好的应用参考价值。
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