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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，可供引用。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240301
摘要
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摘要:
利用多源观测资料及ERA5(ECMWF reanalysis version 5)再分析资料,从气候统计、天气分析及物理量诊断等角度,分析2023年8月2—4日黑龙江省东南部一次极端强降水过程。高空持续辐散、副热带高压和东北北部冷涡稳定少动、西南低空急流持续水汽输送等有利条件是此次强降水过程持续时间较长的主要原因。该过程可分为两个阶段:第1阶段,经向水汽净收入层和大气饱和层深厚,大气层结为弱对流不稳定;中层受西北气流控制,低层西南急流发展、伴随弱低涡东移,形成水平风速辐合及系统性上升运动,产生大范围持续性降水;该阶段以层积混合云为主,降水效率高,个别时段伴有列车效应,造成极端小时降水量及较大累积降水量。第2阶段,经向水汽净收入集中在对流层低层,且中心强度较大,对流层低层暖湿、饱和,中高层干冷,大气具有较强对流不稳定;在中层槽和低层暖式切变的系统性抬升以及地形辐合抬升的共同作用下,局地有积云发展,引发短时强降水,降水强度分布不均。
利用多源观测资料及ERA5(ECMWF reanalysis version 5)再分析资料,从气候统计、天气分析及物理量诊断等角度,分析2023年8月2—4日黑龙江省东南部一次极端强降水过程。高空持续辐散、副热带高压和东北北部冷涡稳定少动、西南低空急流持续水汽输送等有利条件是此次强降水过程持续时间较长的主要原因。该过程可分为两个阶段:第1阶段,经向水汽净收入层和大气饱和层深厚,大气层结为弱对流不稳定;中层受西北气流控制,低层西南急流发展、伴随弱低涡东移,形成水平风速辐合及系统性上升运动,产生大范围持续性降水;该阶段以层积混合云为主,降水效率高,个别时段伴有列车效应,造成极端小时降水量及较大累积降水量。第2阶段,经向水汽净收入集中在对流层低层,且中心强度较大,对流层低层暖湿、饱和,中高层干冷,大气具有较强对流不稳定;在中层槽和低层暖式切变的系统性抬升以及地形辐合抬升的共同作用下,局地有积云发展,引发短时强降水,降水强度分布不均。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240302
摘要:
利用2020年中国气象局吉林云物理野外科学试验基地微波辐射计数据,结合小时降水量数据、ERA5(ECMWF reanalysis version 5)再分析数据等对长白山麓东北冷涡降水云系进行统计分析,将东北冷涡降水划分为强降水、中等强度降水和弱降水3类。结果表明:在长白山麓东北冷涡降水发生前6 h首先出现中高云,水汽、云液态水含量对东北冷涡强降水的发生与维持至关重要。东北冷涡强降水发生前5 h,6 km高度以下水汽出现跃升,1.0 km 高度以下水汽密度增加至12~14 g·m-3;5~6 km高度温度层结为-5 ℃至-10 ℃,云液态水含量为1.0~1.6 g·m-3,有助于冰雪晶的形成;在温度层结-6 ℃至-16 ℃内存在中高云,云底高度从5.5~7 km陡降至地面,出现干冷空气侵入现象,相对湿度急剧下降,这些特征一直持续至强降水发生;在东北冷涡中等强度降水和弱降水发生前6 h,云系为中云, 5~6 km高度的云液态水含量为0.4~0.8 g·m-3,但并未出现水汽跃升、相对湿度下降的特征。
利用2020年中国气象局吉林云物理野外科学试验基地微波辐射计数据,结合小时降水量数据、ERA5(ECMWF reanalysis version 5)再分析数据等对长白山麓东北冷涡降水云系进行统计分析,将东北冷涡降水划分为强降水、中等强度降水和弱降水3类。结果表明:在长白山麓东北冷涡降水发生前6 h首先出现中高云,水汽、云液态水含量对东北冷涡强降水的发生与维持至关重要。东北冷涡强降水发生前5 h,6 km高度以下水汽出现跃升,1.0 km 高度以下水汽密度增加至12~14 g·m-3;5~6 km高度温度层结为-5 ℃至-10 ℃,云液态水含量为1.0~1.6 g·m-3,有助于冰雪晶的形成;在温度层结-6 ℃至-16 ℃内存在中高云,云底高度从5.5~7 km陡降至地面,出现干冷空气侵入现象,相对湿度急剧下降,这些特征一直持续至强降水发生;在东北冷涡中等强度降水和弱降水发生前6 h,云系为中云, 5~6 km高度的云液态水含量为0.4~0.8 g·m-3,但并未出现水汽跃升、相对湿度下降的特征。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240303
摘要:
利用自动气象站观测降水、ERA5(ECMWF reanalysis version 5)再分析资料和GDAS(Global Data Assimilation System)资料,基于SOMs(self-organizing maps)算法和天气学检验方法,归纳总结2012-2021年太行山中南段75次暖季极端降水事件的环流形势,探讨不同形势下的水汽输送特征及降水差异。结果表明:影响太行山中南段暖季极端降水的环流形势可分为高空槽型、低涡型、副高纬向型、副高经向型和西北气流型5种,其中以高空槽型最为常见,西北气流型最少。低涡型存在孟加拉湾、南海和西北太平洋水汽输送通道,其日降水极值、最大小时降水强度和影响范围在所有类型中均最大,与低涡型相比,高空槽型缺少西北太平洋水汽输送通道,而副高纬向型和副高经向型缺少孟加拉湾水汽输送通道。利用HYSPLIT(hybrid single-particle Lagrangian integrated trajectory)模型追踪气团发现:低涡型和副高纬向型均以来自西北太平洋的水汽输送贡献最大,高空槽型和副高经向型分别以来自黄海沿岸和南海的水汽输送贡献最大。整层水汽收支分析表明:太行山中南段暖季极端降水最主要的水汽流入来自南边界,其他流入边界及各边界水汽流入贡献的相对大小与环流形势有关。
利用自动气象站观测降水、ERA5(ECMWF reanalysis version 5)再分析资料和GDAS(Global Data Assimilation System)资料,基于SOMs(self-organizing maps)算法和天气学检验方法,归纳总结2012-2021年太行山中南段75次暖季极端降水事件的环流形势,探讨不同形势下的水汽输送特征及降水差异。结果表明:影响太行山中南段暖季极端降水的环流形势可分为高空槽型、低涡型、副高纬向型、副高经向型和西北气流型5种,其中以高空槽型最为常见,西北气流型最少。低涡型存在孟加拉湾、南海和西北太平洋水汽输送通道,其日降水极值、最大小时降水强度和影响范围在所有类型中均最大,与低涡型相比,高空槽型缺少西北太平洋水汽输送通道,而副高纬向型和副高经向型缺少孟加拉湾水汽输送通道。利用HYSPLIT(hybrid single-particle Lagrangian integrated trajectory)模型追踪气团发现:低涡型和副高纬向型均以来自西北太平洋的水汽输送贡献最大,高空槽型和副高经向型分别以来自黄海沿岸和南海的水汽输送贡献最大。整层水汽收支分析表明:太行山中南段暖季极端降水最主要的水汽流入来自南边界,其他流入边界及各边界水汽流入贡献的相对大小与环流形势有关。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240304
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利用1980-2023年高分辨率中国气象站观测数据,根据寒潮标准及强度指数,对中国寒潮事件的强度及影响区域进行客观分类,探讨全国性、区域性寒潮事件的时空变化特征和环流演变。结果表明:近40年我国冬季寒潮频次呈显著减少趋势,其影响范围扩大,而强寒潮的强度呈显著增加趋势,且年际变化幅度明显增大。中国寒潮冷空气主要来源于新地岛东南地区,路径因寒潮类型而异。分析全国型、东北华北型和西北华北型寒潮前期和同期大气环流异常特征发现:格陵兰岛的异常深厚暖高压是全国型寒潮的重要前兆,欧亚大陆对流层中高层纬向波列是其爆发的显著特征;东北华北型寒潮与冷涡在中低纬度异常高压系统阻挡下的东移有关;西北华北型寒潮与东欧平原上空暖性高压脊的发展及欧亚大陆两脊一槽的形势密切相关。所有类型寒潮爆发前均有乌拉尔阻塞高压的维持和西伯利亚地区冷空气的堆积。
利用1980-2023年高分辨率中国气象站观测数据,根据寒潮标准及强度指数,对中国寒潮事件的强度及影响区域进行客观分类,探讨全国性、区域性寒潮事件的时空变化特征和环流演变。结果表明:近40年我国冬季寒潮频次呈显著减少趋势,其影响范围扩大,而强寒潮的强度呈显著增加趋势,且年际变化幅度明显增大。中国寒潮冷空气主要来源于新地岛东南地区,路径因寒潮类型而异。分析全国型、东北华北型和西北华北型寒潮前期和同期大气环流异常特征发现:格陵兰岛的异常深厚暖高压是全国型寒潮的重要前兆,欧亚大陆对流层中高层纬向波列是其爆发的显著特征;东北华北型寒潮与冷涡在中低纬度异常高压系统阻挡下的东移有关;西北华北型寒潮与东欧平原上空暖性高压脊的发展及欧亚大陆两脊一槽的形势密切相关。所有类型寒潮爆发前均有乌拉尔阻塞高压的维持和西伯利亚地区冷空气的堆积。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240305
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了解沙尘天气下气溶胶的垂直分布特征对于进一步认识气溶胶-云相互作用及其天气、气候效应至关重要。基于2023年9月6日沙尘天气下的飞机观测数据,分析祁连山北坡沙尘气溶胶的垂直分布特征。结果表明:此次沙尘天气是在高空锋区及地面冷高压的共同作用下形成。受沙尘天气影响,气溶胶粒径谱宽增宽;气溶胶数浓度较背景可上升约2~3倍,且气溶胶数浓度大值区呈悬垂状态分布,粒子数浓度大值层位于4000~4500 m和3000~4000 m高度;对沙尘气溶胶数浓度贡献最大的细粒子和粗粒子粒径分别为1.2~1.8 μm和6.5~16.6 μm,且气溶胶数浓度的增大在粗粒子段更为明显。气溶胶来源及输送层、以及气象要素垂直分布演变在气溶胶垂直分布及谱分布中发挥了重要作用。
了解沙尘天气下气溶胶的垂直分布特征对于进一步认识气溶胶-云相互作用及其天气、气候效应至关重要。基于2023年9月6日沙尘天气下的飞机观测数据,分析祁连山北坡沙尘气溶胶的垂直分布特征。结果表明:此次沙尘天气是在高空锋区及地面冷高压的共同作用下形成。受沙尘天气影响,气溶胶粒径谱宽增宽;气溶胶数浓度较背景可上升约2~3倍,且气溶胶数浓度大值区呈悬垂状态分布,粒子数浓度大值层位于4000~4500 m和3000~4000 m高度;对沙尘气溶胶数浓度贡献最大的细粒子和粗粒子粒径分别为1.2~1.8 μm和6.5~16.6 μm,且气溶胶数浓度的增大在粗粒子段更为明显。气溶胶来源及输送层、以及气象要素垂直分布演变在气溶胶垂直分布及谱分布中发挥了重要作用。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240306
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沙尘暴天气下云的飞机观测极其缺乏,为了研究亚洲中蒙地区沙尘气溶胶对云的影响,利用北京地区云的综合外场观测试验数据,分析2009年4月24日由蒙古气旋和冷锋造成的强沙尘暴天气下云的观测个例,对比分析沙尘云和清洁云垂直观测。结果表明:从亚洲中蒙地区输送的沙尘气溶胶是华北区域重要的冰核来源,可被垂直输送至云顶以上3200 m高度,并通过改变冰晶形成过程影响云顶温度(-6~-3 ℃)较高的积云性层积云微物理结构。在相同温度下,沙尘云中冰晶平均数浓度较清洁云增加近10倍,液态水含量减少约1倍,云中形成大量小冰晶粒子,凇附过程受到抑制,降水粒子平均数浓度较清洁云中明显减少10倍以上,无论云滴、冰雪晶还是降水粒子谱宽均较清洁云明显变窄,并最终减弱降水,对华北区域的天气和气候产生重要影响。
沙尘暴天气下云的飞机观测极其缺乏,为了研究亚洲中蒙地区沙尘气溶胶对云的影响,利用北京地区云的综合外场观测试验数据,分析2009年4月24日由蒙古气旋和冷锋造成的强沙尘暴天气下云的观测个例,对比分析沙尘云和清洁云垂直观测。结果表明:从亚洲中蒙地区输送的沙尘气溶胶是华北区域重要的冰核来源,可被垂直输送至云顶以上3200 m高度,并通过改变冰晶形成过程影响云顶温度(-6~-3 ℃)较高的积云性层积云微物理结构。在相同温度下,沙尘云中冰晶平均数浓度较清洁云增加近10倍,液态水含量减少约1倍,云中形成大量小冰晶粒子,凇附过程受到抑制,降水粒子平均数浓度较清洁云中明显减少10倍以上,无论云滴、冰雪晶还是降水粒子谱宽均较清洁云明显变窄,并最终减弱降水,对华北区域的天气和气候产生重要影响。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240307
摘要:
以辽宁省新民气候基准站的降水现象仪观测数据为基础,研究我国东北地区新民夏季不同雨强及不同降雨类型的雨滴谱特征,并与其他地区进行对比。结果表明:新民雨强越大谱宽越宽,雨强大于20 mm·h-1的雨滴谱谱宽接近8 mm,降雨以小雨滴为主,但中等雨滴对雨量的贡献最大。对流云降雨为典型的大陆型对流,以雨滴的直径较大而数浓度较低为特点,质量加权平均直径Dm的平均值为2.14 mm,标准化截距lgNw的平均值为3.40。拟合的μ-Λ关系与其他地区采用PARSIVEL雨滴谱仪数据拟合的μ-Λ经验关系接近,而与采用二维视频雨滴谱仪(2DVD)数据拟合的μ-Λ关系差异较大。与华东、华北地区相比,东北地区新民Dm(lgNw)的平均值更大(小),拟合的对流云降雨Z-R关系的指数更大。
以辽宁省新民气候基准站的降水现象仪观测数据为基础,研究我国东北地区新民夏季不同雨强及不同降雨类型的雨滴谱特征,并与其他地区进行对比。结果表明:新民雨强越大谱宽越宽,雨强大于20 mm·h-1的雨滴谱谱宽接近8 mm,降雨以小雨滴为主,但中等雨滴对雨量的贡献最大。对流云降雨为典型的大陆型对流,以雨滴的直径较大而数浓度较低为特点,质量加权平均直径Dm的平均值为2.14 mm,标准化截距lgNw的平均值为3.40。拟合的μ-Λ关系与其他地区采用PARSIVEL雨滴谱仪数据拟合的μ-Λ经验关系接近,而与采用二维视频雨滴谱仪(2DVD)数据拟合的μ-Λ关系差异较大。与华东、华北地区相比,东北地区新民Dm(lgNw)的平均值更大(小),拟合的对流云降雨Z-R关系的指数更大。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240308
摘要:
使用大面积且均匀的自然目标进行微波散射计的定标检验,有助于客观评价微波遥感的观测精度。热带雨林具有相对稳定的植被覆盖条件,可减小地表异质性对仪器测量的影响,是微波仪器定标评价的常用目标。利用2019年1月1日-2021年12月31日MetOp-B(the second meteorological operational satellite)卫星ASCAT(advanced scatterometer)散射计的观测数据,提出平均值、标准差与相对标准差联合的雨林目标稳定区优选算法,确定亚马逊雨林、刚果雨林和东南亚雨林的稳定区域,对稳定区内目标的自身特性开展包括季节、入射角和方位角影响建模。建模时综合考虑模型误差和时序变化,将目标特性与仪器波动导致的后向散射系数变化分离。结果表明:亚马逊雨林和刚果雨林稳定区的白天数据具有较低的模型误差和波动较小的变化趋势,适用于多星散射计的定标稳定性检验。基于亚马逊雨林和刚果雨林稳定区的白天数据模型,对MetOp-C卫星的ASCAT观测数据进行定标稳定性检验和分析,检验结果表明:MetOp-C卫星ASCAT散射计的观测数据略有波动,但变化幅度小于0.05 dB,定标稳定性较好。
使用大面积且均匀的自然目标进行微波散射计的定标检验,有助于客观评价微波遥感的观测精度。热带雨林具有相对稳定的植被覆盖条件,可减小地表异质性对仪器测量的影响,是微波仪器定标评价的常用目标。利用2019年1月1日-2021年12月31日MetOp-B(the second meteorological operational satellite)卫星ASCAT(advanced scatterometer)散射计的观测数据,提出平均值、标准差与相对标准差联合的雨林目标稳定区优选算法,确定亚马逊雨林、刚果雨林和东南亚雨林的稳定区域,对稳定区内目标的自身特性开展包括季节、入射角和方位角影响建模。建模时综合考虑模型误差和时序变化,将目标特性与仪器波动导致的后向散射系数变化分离。结果表明:亚马逊雨林和刚果雨林稳定区的白天数据具有较低的模型误差和波动较小的变化趋势,适用于多星散射计的定标稳定性检验。基于亚马逊雨林和刚果雨林稳定区的白天数据模型,对MetOp-C卫星的ASCAT观测数据进行定标稳定性检验和分析,检验结果表明:MetOp-C卫星ASCAT散射计的观测数据略有波动,但变化幅度小于0.05 dB,定标稳定性较好。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240309
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利用自动气象站观测数据,采用误差分析、有效降水时次占比等方法评估2022年9月-2023年8月省级降水实况分析产品在北京地区的一致性和准确性,并从累积降水量、降水强度、逐小时降水量误差等方面对“23·7”极端降水过程进行分析。结果表明:省级降水实况分析产品在北京地区的均方根误差不足1 mm,平均绝对偏差低于0.16 mm,与自动气象站观测结果接近。省级降水实况分析产品误差随降水量等级增加而增大,小雨等级降水被高估,中雨及以上等级降水被低估;误差空间分布差异明显,在中雨和暴雨等级下,最大负偏差均出现在延庆区,最大正偏差均出现在昌平区。“23·7”极端降水过程中,省级降水实况分析产品的平均均方根误差为1.8 mm,平均绝对偏差为0.806 mm,降水强度与自动气象站观测随时间变化趋势一致,较真实地反映了降水强度的变化趋势。
利用自动气象站观测数据,采用误差分析、有效降水时次占比等方法评估2022年9月-2023年8月省级降水实况分析产品在北京地区的一致性和准确性,并从累积降水量、降水强度、逐小时降水量误差等方面对“23·7”极端降水过程进行分析。结果表明:省级降水实况分析产品在北京地区的均方根误差不足1 mm,平均绝对偏差低于0.16 mm,与自动气象站观测结果接近。省级降水实况分析产品误差随降水量等级增加而增大,小雨等级降水被高估,中雨及以上等级降水被低估;误差空间分布差异明显,在中雨和暴雨等级下,最大负偏差均出现在延庆区,最大正偏差均出现在昌平区。“23·7”极端降水过程中,省级降水实况分析产品的平均均方根误差为1.8 mm,平均绝对偏差为0.806 mm,降水强度与自动气象站观测随时间变化趋势一致,较真实地反映了降水强度的变化趋势。
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DOI: 10.11898/1001-7313.20240310
摘要:
针对观测密度和频次日益增加的海量地面自动气象站数据,在气象大数据云平台(天擎)中设计了基于Storm的实时流式处理,利用大规模并行处理的优势提高地面自动气象站数据的处理时效。在流式处理中,设计处理拓扑直接解码标准格式的数据消息;消息确认采用手工确认的方式,将数据解码组件锚定数据接入组件,实现每条数据的可靠处理;数据解码时进行字节校验和时间检查等,过滤异常数据;应用批量加定时的发送策略,解决海量监控信息发送气象综合业务实时监控系统(天镜)的问题;集群部署时保留部分剩余资源,有效应对单节点异常。应用效果表明:国家气象站小时数据的服务时效由全国综合气象信息共享系统(CIMISS)的175 s提高至天擎的78 s,约6×104个区域气象站小时数据的服务时效由CIMISS的5 min提高至天警的2 min,实况分析系统将数据源切换至天擎后,相同时间检索可获取的站点数量较CIMISS增加1倍。2021年12月基于Storm的流式处理与天擎一同在国省业务化运行,实现了长期稳定运行,为MICAPS4、SWAN2.0、实况分析系统等用户提供高效稳定的地面自动气象站数据。
针对观测密度和频次日益增加的海量地面自动气象站数据,在气象大数据云平台(天擎)中设计了基于Storm的实时流式处理,利用大规模并行处理的优势提高地面自动气象站数据的处理时效。在流式处理中,设计处理拓扑直接解码标准格式的数据消息;消息确认采用手工确认的方式,将数据解码组件锚定数据接入组件,实现每条数据的可靠处理;数据解码时进行字节校验和时间检查等,过滤异常数据;应用批量加定时的发送策略,解决海量监控信息发送气象综合业务实时监控系统(天镜)的问题;集群部署时保留部分剩余资源,有效应对单节点异常。应用效果表明:国家气象站小时数据的服务时效由全国综合气象信息共享系统(CIMISS)的175 s提高至天擎的78 s,约6×104个区域气象站小时数据的服务时效由CIMISS的5 min提高至天警的2 min,实况分析系统将数据源切换至天擎后,相同时间检索可获取的站点数量较CIMISS增加1倍。2021年12月基于Storm的流式处理与天擎一同在国省业务化运行,实现了长期稳定运行,为MICAPS4、SWAN2.0、实况分析系统等用户提供高效稳定的地面自动气象站数据。
2024, 35(2): 129-141.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240201
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摘要:
以厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)循环和其他关键区海温对东亚季风关键系统影响机理的科学认知与应用为线索, 回顾我国汛期降水业务发布预测的技巧。按照三类雨型划分, 1981—2020年每10年的雨型预测正确率分别为50%、60%、50%、70%;按照四类雨型划分, 1981—2020年每10年的雨型预测正确率分别为30%、30%、40%、50%, 即我国汛期旱涝空间分布型的预测准确率明显提高。筛选预测准确率偏低且有显著洪涝发生年用于复盘, 重点分析当年的主要预测依据和预测偏差较大的原因。结果表明:对海温影响东亚夏季风系统机理的有限认知影响很大, 包括ENSO循环不同位相的影响、ENSO影响的不对称性、ENSO空间型的变化、印度洋等海域海温异常的影响均起重要作用, 提出多因子多时间尺度协同作用理论、客观化预测方法、精细化监测预测影响评估一体化系统建设等有助于提高精准化预测能力和精细化服务水平。
以厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)循环和其他关键区海温对东亚季风关键系统影响机理的科学认知与应用为线索, 回顾我国汛期降水业务发布预测的技巧。按照三类雨型划分, 1981—2020年每10年的雨型预测正确率分别为50%、60%、50%、70%;按照四类雨型划分, 1981—2020年每10年的雨型预测正确率分别为30%、30%、40%、50%, 即我国汛期旱涝空间分布型的预测准确率明显提高。筛选预测准确率偏低且有显著洪涝发生年用于复盘, 重点分析当年的主要预测依据和预测偏差较大的原因。结果表明:对海温影响东亚夏季风系统机理的有限认知影响很大, 包括ENSO循环不同位相的影响、ENSO影响的不对称性、ENSO空间型的变化、印度洋等海域海温异常的影响均起重要作用, 提出多因子多时间尺度协同作用理论、客观化预测方法、精细化监测预测影响评估一体化系统建设等有助于提高精准化预测能力和精细化服务水平。
2024, 35(2): 142-155.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240202
摘要:
在数值天气预报变分同化中, 利用同化前处理将卫星资料完成有效信息优选、资料拼接和稀疏化、初级通道选择、下边界参数耦合等处理, 实现卫星资料同化对数值天气预报业务的正贡献, 是决定海量卫星资料同化效率、质量和效果的重要环节。针对多种格式的卫星资料, 中国气象局研发标准格式的高时效卫星资料拼接等技术, 有效减小整轨卫星资料时间滞后对数值天气预报业务的负面影响。对于风云气象卫星资料, 将云和降水检测、资料质量分析等处理置于同化前处理中, 实现多光谱资料融合的同化预质量控制, 保证了风云卫星微波温度探测资料和红外高光谱资料的同化正贡献。利用统一资料格式对预处理卫星资料进行再处理, 拓展针对卫星成像和主动探测资料的处理, 将卫星资料同化的部分质量控制功能置于卫星资料同化前处理中, 是风云卫星资料同化前处理技术发展的重要趋势。
在数值天气预报变分同化中, 利用同化前处理将卫星资料完成有效信息优选、资料拼接和稀疏化、初级通道选择、下边界参数耦合等处理, 实现卫星资料同化对数值天气预报业务的正贡献, 是决定海量卫星资料同化效率、质量和效果的重要环节。针对多种格式的卫星资料, 中国气象局研发标准格式的高时效卫星资料拼接等技术, 有效减小整轨卫星资料时间滞后对数值天气预报业务的负面影响。对于风云气象卫星资料, 将云和降水检测、资料质量分析等处理置于同化前处理中, 实现多光谱资料融合的同化预质量控制, 保证了风云卫星微波温度探测资料和红外高光谱资料的同化正贡献。利用统一资料格式对预处理卫星资料进行再处理, 拓展针对卫星成像和主动探测资料的处理, 将卫星资料同化的部分质量控制功能置于卫星资料同化前处理中, 是风云卫星资料同化前处理技术发展的重要趋势。
2024, 35(2): 156-167.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240203
摘要:
全球模式能量循环和能量转换规律可准确反映模式动力和物理过程相互作用的物理机制, 是诊断大气环流特征的重要方法。基于混合时空域能量循环框架, 采用尺度分析方法, 利用2022年中国气象局全球数值预报系统(CMA Global Forecast System, CMA-GFS)全球预报产品及欧洲中期天气预报中心第5代再分析资料(ECMWF reanalysis version 5, ERA5), 考察CMA-GFS不同尺度下的能量蓄能及转换特征, 以此诊断模式的误差来源。结果表明:CMA-GFS可有效预报大气能量循环基本特征, 但其对斜压性的高估导致平均环流有效位能偏强, 且具有随预报时效逐渐增长的趋势。定常和瞬变涡动能量分别受行星尺度和天气及以下尺度分量主导。涡动有效位能误差由模式斜压性决定, 其中CMA-GFS的定常涡动有效位能偏高而瞬变涡动有效位能偏低。定常和瞬变涡动动能均存在系统性低估, 负误差主要集中在副热带急流和极夜急流中心附近, 偏强的正压输送使更多能量向平均环流转换, 涡动能量偏弱。CMA-GFS的4种涡动能量在冬季预报偏低, 而在夏季偏高或略偏低, 严重削弱了季节变化影响。
全球模式能量循环和能量转换规律可准确反映模式动力和物理过程相互作用的物理机制, 是诊断大气环流特征的重要方法。基于混合时空域能量循环框架, 采用尺度分析方法, 利用2022年中国气象局全球数值预报系统(CMA Global Forecast System, CMA-GFS)全球预报产品及欧洲中期天气预报中心第5代再分析资料(ECMWF reanalysis version 5, ERA5), 考察CMA-GFS不同尺度下的能量蓄能及转换特征, 以此诊断模式的误差来源。结果表明:CMA-GFS可有效预报大气能量循环基本特征, 但其对斜压性的高估导致平均环流有效位能偏强, 且具有随预报时效逐渐增长的趋势。定常和瞬变涡动能量分别受行星尺度和天气及以下尺度分量主导。涡动有效位能误差由模式斜压性决定, 其中CMA-GFS的定常涡动有效位能偏高而瞬变涡动有效位能偏低。定常和瞬变涡动动能均存在系统性低估, 负误差主要集中在副热带急流和极夜急流中心附近, 偏强的正压输送使更多能量向平均环流转换, 涡动能量偏弱。CMA-GFS的4种涡动能量在冬季预报偏低, 而在夏季偏高或略偏低, 严重削弱了季节变化影响。
2024, 35(2): 168-181.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240204
摘要:
东亚冬季风对东亚冬季的天气气候具有重要影响, 对其预测研究是冬季气候预测的关键问题。已有东亚冬季风强度指数(ISA)与东北冬季气温在年际、年代际尺度具有显著且稳定的相关关系, 但ISA的前兆信号在20世纪90年代末发生年代际转变, 对ISA的预测效果转差。在海-冰-气系统重新寻找影响ISA的前兆因子, 分析其与东亚冬季风的可能关联, 构建统计预测方法并开展交叉检验。结果表明:20世纪80年代后ISA与前期热带太平洋马蹄型结构的海温、墨西哥湾流区海温、平流层欧亚中高纬环流型呈显著正相关, 与巴伦支海海冰密集度呈显著负相关。以上前兆信号可通过冬季大气环流、海陆热力差等途径影响ISA, 预测模型拟合效果较好, 试报期间(2012—2022年)与实况的符号一致率达81.8%(9/11), 可用于当前年代际背景下东亚冬季风强度预测。
东亚冬季风对东亚冬季的天气气候具有重要影响, 对其预测研究是冬季气候预测的关键问题。已有东亚冬季风强度指数(ISA)与东北冬季气温在年际、年代际尺度具有显著且稳定的相关关系, 但ISA的前兆信号在20世纪90年代末发生年代际转变, 对ISA的预测效果转差。在海-冰-气系统重新寻找影响ISA的前兆因子, 分析其与东亚冬季风的可能关联, 构建统计预测方法并开展交叉检验。结果表明:20世纪80年代后ISA与前期热带太平洋马蹄型结构的海温、墨西哥湾流区海温、平流层欧亚中高纬环流型呈显著正相关, 与巴伦支海海冰密集度呈显著负相关。以上前兆信号可通过冬季大气环流、海陆热力差等途径影响ISA, 预测模型拟合效果较好, 试报期间(2012—2022年)与实况的符号一致率达81.8%(9/11), 可用于当前年代际背景下东亚冬季风强度预测。
2024, 35(2): 182-195.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240205
摘要:
冰雹形成的天气和云微物理机制是人工防雹的基础。采用观测和数值模拟相结合的方法, 研究2023年3月28日云南南部红河州典型冰雹过程的天气和微物理特征。结果表明:此次天气过程与青藏高原南支西风槽波动和南亚副热带高压外围西南暖湿气流输送的协同作用密切相关;地面降雹以小于10 mm的小冰雹粒子为主, 最大冰雹尺度达到20 mm;冰雹云微物理结构显示为暖底云, 暖雨过程活跃;双偏振雷达差分反射率、差分相移率和相关系数显示, 冰雹初始形成区存在接近球形的冰雹和过冷雨滴, 说明冰雹胚胎的形成与过冷雨滴冻结有关;冰雹在下落过程中雷达回波增强, 偏振雷达参数显示冰雹的水平取向显著增加, 形状由球状向盘状转变, 冰雹在下落过程得到进一步增长, 形状也发生变化。这些观测宏微观特征与数值模拟的冰雹形成机制有较好的一致性。
冰雹形成的天气和云微物理机制是人工防雹的基础。采用观测和数值模拟相结合的方法, 研究2023年3月28日云南南部红河州典型冰雹过程的天气和微物理特征。结果表明:此次天气过程与青藏高原南支西风槽波动和南亚副热带高压外围西南暖湿气流输送的协同作用密切相关;地面降雹以小于10 mm的小冰雹粒子为主, 最大冰雹尺度达到20 mm;冰雹云微物理结构显示为暖底云, 暖雨过程活跃;双偏振雷达差分反射率、差分相移率和相关系数显示, 冰雹初始形成区存在接近球形的冰雹和过冷雨滴, 说明冰雹胚胎的形成与过冷雨滴冻结有关;冰雹在下落过程中雷达回波增强, 偏振雷达参数显示冰雹的水平取向显著增加, 形状由球状向盘状转变, 冰雹在下落过程得到进一步增长, 形状也发生变化。这些观测宏微观特征与数值模拟的冰雹形成机制有较好的一致性。
2024, 35(2): 196-210.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240206
摘要:
基于机载微波辐射计、地基微波辐射计和Ka波段云雷达3种遥感资料, 结合FY-4A气象卫星、气象观测站、天气雷达及再分析资料, 研究2021年5月15日一次华北降水性层状云系暖区的水汽和液态水分布特征。结果表明:水汽和液态水的水平分布不均, 飞机平飞时机载微波辐射计探测的积分水汽含量和液态水路径起伏变化, 最大值分别为4.00 cm和1.87 mm, 随着暖区云顶高度和云层厚度降低, 二者分别降至0.89 cm和0.13 mm。随着降水发生发展, 地基微波辐射计探测的积分水汽含量和液态水路径均出现跃增, 峰值分别为8.62 cm和3.85 mm, 水汽变化滞后于液态水, 垂直方向上液态水含量的累积区厚度、最大值及所在高度均随降水先增后减, 液态水的时空演变对暖区降水及增雨作业时机和部位的判识有重要指示意义。云雷达探测的液态水含量也出现跃增, 在1 km高度以下反射率因子较大、粒子下落速度及离散程度较大时段, 液态水丰富, 对应降水量较大, 粒子碰并是暖区降水的主要机制。
基于机载微波辐射计、地基微波辐射计和Ka波段云雷达3种遥感资料, 结合FY-4A气象卫星、气象观测站、天气雷达及再分析资料, 研究2021年5月15日一次华北降水性层状云系暖区的水汽和液态水分布特征。结果表明:水汽和液态水的水平分布不均, 飞机平飞时机载微波辐射计探测的积分水汽含量和液态水路径起伏变化, 最大值分别为4.00 cm和1.87 mm, 随着暖区云顶高度和云层厚度降低, 二者分别降至0.89 cm和0.13 mm。随着降水发生发展, 地基微波辐射计探测的积分水汽含量和液态水路径均出现跃增, 峰值分别为8.62 cm和3.85 mm, 水汽变化滞后于液态水, 垂直方向上液态水含量的累积区厚度、最大值及所在高度均随降水先增后减, 液态水的时空演变对暖区降水及增雨作业时机和部位的判识有重要指示意义。云雷达探测的液态水含量也出现跃增, 在1 km高度以下反射率因子较大、粒子下落速度及离散程度较大时段, 液态水丰富, 对应降水量较大, 粒子碰并是暖区降水的主要机制。
2024, 35(2): 211-224.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240207
摘要:
利用2003—2022年我国东北地区MODIS(moderate-resolution imaging spectroradiometer)大气气溶胶光学厚度(aerosol optical depth, AOD)数据和中国多尺度排放清单模型(multi-resolution emission inventory for China, MEIC), 分析东北地区AOD的空间分布特征及年际变化趋势, 讨论气象因子和人为排放对东北地区AOD变化的影响。结果表明: 辽宁AOD较高, 最大值为0.6, 出现在辽宁中部, 其次是吉林西部, AOD平均值为0.4, 黑龙江AOD平均值为0.3。东北地区AOD高值区出现在春季和夏季, AOD空间分布在秋季呈减小趋势, 冬季分布范围增加。不同季节AOD最高值均出现在辽宁, 东北地区夏季AOD增加主要与环境湿度有关, 边界层气象条件对冬季AOD具有一定影响。辽宁AOD在[0.1, 0.2)和[0.2, 0.3)范围内年平均发生频率最高为50%, 吉林和黑龙江AOD在[0.1, 0.2)范围的年平均发生频率最高为25%~30%, 特别是黑龙江极端清洁状况AOD在[0.0, 0.1)范围内年平均发生频率最高为15%。东北地区AOD区域平均值在2003年和2014年较高, 主要受到边界层气象要素和人为排放SO2、PM2.5、有机碳和NO2影响。东北地区夏季AOD年代际变化趋势从2012年之前的增长趋势(0.1·(10 a)-1)向2013以后的减少趋势(-0.3·(10 a)-1)转变。
利用2003—2022年我国东北地区MODIS(moderate-resolution imaging spectroradiometer)大气气溶胶光学厚度(aerosol optical depth, AOD)数据和中国多尺度排放清单模型(multi-resolution emission inventory for China, MEIC), 分析东北地区AOD的空间分布特征及年际变化趋势, 讨论气象因子和人为排放对东北地区AOD变化的影响。结果表明: 辽宁AOD较高, 最大值为0.6, 出现在辽宁中部, 其次是吉林西部, AOD平均值为0.4, 黑龙江AOD平均值为0.3。东北地区AOD高值区出现在春季和夏季, AOD空间分布在秋季呈减小趋势, 冬季分布范围增加。不同季节AOD最高值均出现在辽宁, 东北地区夏季AOD增加主要与环境湿度有关, 边界层气象条件对冬季AOD具有一定影响。辽宁AOD在[0.1, 0.2)和[0.2, 0.3)范围内年平均发生频率最高为50%, 吉林和黑龙江AOD在[0.1, 0.2)范围的年平均发生频率最高为25%~30%, 特别是黑龙江极端清洁状况AOD在[0.0, 0.1)范围内年平均发生频率最高为15%。东北地区AOD区域平均值在2003年和2014年较高, 主要受到边界层气象要素和人为排放SO2、PM2.5、有机碳和NO2影响。东北地区夏季AOD年代际变化趋势从2012年之前的增长趋势(0.1·(10 a)-1)向2013以后的减少趋势(-0.3·(10 a)-1)转变。
2024, 35(2): 225-236.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240208
摘要:
参考大气动力学理论中风随高度、纬度的分布特征, 提出一种基于静止卫星低层大气导风利用全连接神经网络估测海面风的新思路, 构建基于卫星遥感数据的全连接神经网络海面风矢量估测模型, 实现基于大气导风的海面风估测。基于GOES-16先进基线成像仪可见光通道0.5 km分辨率大气导风开展试验, 并与2021年1月1日—12月31日北美近海岸和海上93个美国国家数据浮标中心浮标数据比对, 结果表明:全连接神经网络估算得到基于大气导风的海面风风速均方根误差不大于1.5 m·s-1, 较传统模型降低0.24 m·s-1。将模型应用于飓风场景, 通过与2022年3个北大西洋飓风和3个东太平洋飓风共13个时次的再分析数据比对表明:基于大气导风的海面风风速均方根误差不大于1.1 m·s-1, 相较于传统经验模型降低0.04 m·s-1, 在低风速区无系统性偏差。
参考大气动力学理论中风随高度、纬度的分布特征, 提出一种基于静止卫星低层大气导风利用全连接神经网络估测海面风的新思路, 构建基于卫星遥感数据的全连接神经网络海面风矢量估测模型, 实现基于大气导风的海面风估测。基于GOES-16先进基线成像仪可见光通道0.5 km分辨率大气导风开展试验, 并与2021年1月1日—12月31日北美近海岸和海上93个美国国家数据浮标中心浮标数据比对, 结果表明:全连接神经网络估算得到基于大气导风的海面风风速均方根误差不大于1.5 m·s-1, 较传统模型降低0.24 m·s-1。将模型应用于飓风场景, 通过与2022年3个北大西洋飓风和3个东太平洋飓风共13个时次的再分析数据比对表明:基于大气导风的海面风风速均方根误差不大于1.1 m·s-1, 相较于传统经验模型降低0.04 m·s-1, 在低风速区无系统性偏差。
2024, 35(2): 237-246.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240209
摘要:
下行先导与上行先导的相对速率比可能是闪电连接过程的关键因子之一, 随机闪电连接模式中先导相对传播速率比不能准确描述下行与上行先导的相对传播距离比值。考虑到光学观测事实及雷暴电场环境, 在已有多上行先导三维随机参数化方案的基础上对下行负地闪开展模拟, 改进背景电场模块设置, 并植入下行负先导与上行正先导相对传播速率模块, 以先导传播距离为依据设置先导相对传播速率。将改进后的模型应用于平顶单建筑物触发多上行先导现象的模拟, 与改进前相比, 该模型的闪击距、上行先导长度等参数与自然闪电一致性更好;在此基础上对发生在广州珠江新城高建筑物群上的地闪连接过程进行模拟, 改进后的模型能够较好还原复杂建筑物群的闪电发生规律。城市建筑物群的雷击特征参量主要由各个建筑物的形状特征、相对位置以及相对高度等因素所决定, 但仍有特殊事件发生, 当下行先导的某一分支与建筑物空间距离临近时, 会在建筑物顶部起始上行先导并连接。
下行先导与上行先导的相对速率比可能是闪电连接过程的关键因子之一, 随机闪电连接模式中先导相对传播速率比不能准确描述下行与上行先导的相对传播距离比值。考虑到光学观测事实及雷暴电场环境, 在已有多上行先导三维随机参数化方案的基础上对下行负地闪开展模拟, 改进背景电场模块设置, 并植入下行负先导与上行正先导相对传播速率模块, 以先导传播距离为依据设置先导相对传播速率。将改进后的模型应用于平顶单建筑物触发多上行先导现象的模拟, 与改进前相比, 该模型的闪击距、上行先导长度等参数与自然闪电一致性更好;在此基础上对发生在广州珠江新城高建筑物群上的地闪连接过程进行模拟, 改进后的模型能够较好还原复杂建筑物群的闪电发生规律。城市建筑物群的雷击特征参量主要由各个建筑物的形状特征、相对位置以及相对高度等因素所决定, 但仍有特殊事件发生, 当下行先导的某一分支与建筑物空间距离临近时, 会在建筑物顶部起始上行先导并连接。
2024, 35(2): 247-256.
DOI: 10.11898/1001-7313.20240210
摘要:
气象基础信息一张图作为气象数据资源与行业间数据融合的应用示范, 通过构建时空联动的气象大数据应用基础, 解决多源气象数据融合应用服务问题。气象基础信息一张图基于高分辨率气象网格数据空间化处理、长序列海量网格数据任意时空范围检索以及气象数据与三维地形融合服务3项关键技术, 实现多源异构时空数据的统一接入、处理、存储、管理和服务。气象基础信息一张图整合基础地理、自然资源、生态环境、社会经济、气象五大数据资源, 面向不同气象应用场景, 通过动态组合构建专题服务, 实现多源数据快速服务和高效应用。气象基础信息一张图为2022年北京冬奥会及冬残奥会的圆满举办等国家重大活动、2021年郑州“7·20”特大暴雨气象预报复盘服务以及气象数据的社会化服务共享提供应用服务保障, 在服务“生命安全、生产发展、生活富裕、生态良好”方面提供有效支撑。
气象基础信息一张图作为气象数据资源与行业间数据融合的应用示范, 通过构建时空联动的气象大数据应用基础, 解决多源气象数据融合应用服务问题。气象基础信息一张图基于高分辨率气象网格数据空间化处理、长序列海量网格数据任意时空范围检索以及气象数据与三维地形融合服务3项关键技术, 实现多源异构时空数据的统一接入、处理、存储、管理和服务。气象基础信息一张图整合基础地理、自然资源、生态环境、社会经济、气象五大数据资源, 面向不同气象应用场景, 通过动态组合构建专题服务, 实现多源数据快速服务和高效应用。气象基础信息一张图为2022年北京冬奥会及冬残奥会的圆满举办等国家重大活动、2021年郑州“7·20”特大暴雨气象预报复盘服务以及气象数据的社会化服务共享提供应用服务保障, 在服务“生命安全、生产发展、生活富裕、生态良好”方面提供有效支撑。
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：
花期冻害是影响苹果产量和品质形成的主要气象灾害之一。基于苹果花期冻害发生的地理分布、气象背景数据和已有研究成果，利用最大熵模型和ArcGIS空间分析工具，筛选出影响苹果花期冻害发生分布的暴露性指标和主要致灾气象因子，利用全国1981—2013年2084个气象站资料，评估了苹果主产区花期冻害的风险。结果显示：苹果花期冻害发生的暴露性指标是花前日最高气温大于等于6℃有效积温为420~550℃·d，主要致灾气象因子和高风险阈值按照贡献率大小依次为冻害过程的最大日较差 (大于等于22℃)、极端最低气温 (小于等于-2℃)、降水量 (小于等于5 mm) 和日最低气温小于等于0℃积温 (小于等于-14℃·d)。花期冻害风险较高的区域位于北疆、黄土高原西部和北部及川西高原区，而环渤海湾和黄河故道产区风险相对较低。不同风险区的分布与各地苹果物候期差异和春季冷空气的活动路径有关。
花期冻害是影响苹果产量和品质形成的主要气象灾害之一。基于苹果花期冻害发生的地理分布、气象背景数据和已有研究成果，利用最大熵模型和ArcGIS空间分析工具，筛选出影响苹果花期冻害发生分布的暴露性指标和主要致灾气象因子，利用全国1981—2013年2084个气象站资料，评估了苹果主产区花期冻害的风险。结果显示：苹果花期冻害发生的暴露性指标是花前日最高气温大于等于6℃有效积温为420~550℃·d，主要致灾气象因子和高风险阈值按照贡献率大小依次为冻害过程的最大日较差 (大于等于22℃)、极端最低气温 (小于等于-2℃)、降水量 (小于等于5 mm) 和日最低气温小于等于0℃积温 (小于等于-14℃·d)。花期冻害风险较高的区域位于北疆、黄土高原西部和北部及川西高原区，而环渤海湾和黄河故道产区风险相对较低。不同风险区的分布与各地苹果物候期差异和春季冷空气的活动路径有关。
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