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• 基于ECMWF再分析数据的大气波导分布规律研究
• 王华,马贲

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  摘要

  2021-04-13

• 摘要：大气波导对电磁波传播有显著的影响,大气波导特征值分布研究对于分析电磁波传播乃至雷达、通信等电子设备效能具有重要意义,本文利用ERA-interime数据计算大气波导特征值,并用海洋调查期间的低空探空火箭数据计算的大气波导进行了验证,在此基础上统计分析了全球大气波导的发生概率、强度、高度,得出的结论是：大洋东部、大陆西部的信风带是大气波导的高发区,大洋上大气波导的高发区(发生概率>50%)主要有6个,分别是北太平洋高发区、南太平洋高发区、北大西洋高发区、南大西洋高发区、北印度洋高发区、南印度洋澳大利亚西部高发区；同时,存在三个大气波导低发区或无大气波导区：热带辐合带区、北半球中高纬度区、南半球中高纬度区。这些大气波导高发和低发区的位置、范围、发生概率具有季节变化,不论北半球还是南半球,春季发生概率最高,出现的范围最大,秋季概率最低,出现的范围最小,冬、春季节介于两者之间。世界绝大多数海洋春季大气波导强度较强海域范围最大,大气波导强度最强,其次为夏季,秋、冬季大气波导强度较强海域范围小,大气波导强度弱,北半球秋季最弱,南半球冬季最弱；北印度洋春季大气波导强度强,是大洋上波导最强的海域,大气波导强度较强海域范围大,夏季基本没有大气波导；南太平洋大气波导强度季节变化不明显,强度均较弱；北半球大气波导强度总体上强于南半球大气波导强度。大气波导高度在信风带靠近大陆西岸海域高度低,随着向西离岸距离增加高度增加,大气波导高发区的波导高度季节变化特征是,南北半球都是在其秋、冬季节高度高,波导高度高的区域面积大,在其春、夏季节高度低,波导高度高的区域面积小。在其它中低纬度近岸海域大气波导高度比较低,在大陆包围的内海中,大气波导高度最低。

• 川贵渝复杂地形下横槽诱发双涡贵州暴雨过程的数值模拟
• 程晓龙,李跃清

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  摘要

  2021-04-12

• 摘要：应用西南区域数值预报业务模式，分析了2014年7月15日至17日发生在四川、贵州和重庆复杂地形下的一次由横槽诱发双低涡的贵州暴雨过程，得到：西南区域模式对这次暴雨过程的数值模拟结果与再分析资料有较好的对应关系，尤其是重现了降雨的落区、强度以及盆地涡与贵州涡的发生、发展过程。在暴雨过程中，两低涡垂直发展深厚，上升运动均伸展至对流层顶。在涡度收支上，盆地涡的发展主要源于涡度方程的散度项，而贵州涡的发展除了受散度项的显著影响外，平流项也起着重要的作用。由于川渝盆地-云贵高原交界处地形、云贵高原横断山脉延伸区局地地形的作用，区域大气气旋式旋转的加强发展诱发了盆地涡和贵州涡。在热力结构上，盆地涡的发生发展在冷暖气流交汇辐合区域内，而贵州涡则生成在暖区中，其降雨及加强更多受到动力过程的影响。川渝盆地-云贵高原特殊的北低南高地形使高纬度干冷气流与低纬度暖湿气流交汇，形成强的上升运动，引发了盆地涡发展及其暴雨天气。云贵高原贵州特殊的西高东低地形导致来自低层的暖湿气流只能沿横断山脉边缘绕流，进入贵州西部的偏南气流与来自盆地涡西侧的偏东北气流汇合作用形成贵州涡，引发贵州暴雨天气。因此，局地地形与环流的相互作用是贵州涡生成及其引发暴雨过程的重要原因。

• 复杂地形下C波段雷达定量降水估计算法介绍
• 李巧,戚友存

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  摘要

  2021-04-12

• 摘要：C波段雷达定量降水估计（QPE）精度会受到很多因素的影响，主要包括：1）雷达观测标定；2）非气象回波的干扰；3）降水垂直空间变化；4）地形或地物的严重遮挡；5）Z-R关系的代表性；6）雷达拼图的质量；7）雷达观测回波衰减等。本文雷达定量降水估计算法基于陕西省C波段天气雷达展开，从[资料和方法]雷达数据质量控制、地形遮挡、Z-R关系和雷达拼图等方面[目的]提高C波段天气雷达定量降水估计的精度，产生降水类型产品和1小时定量降水估计产品，产品空间分辨率为0.01°×0.01°，时间分辨率为6 min。通过对7次降水过程进行评估，研究结果表明：[结果]基于混合仰角反射率因子处理模块和降水类型分类模块进行雷达定量降水估计，得到的QPE结果与地面雨量站观测降水接近，统计评分指标RMSE稳定在3 mm以下，RMAE稳定在50％左右，RMB保持在-30％以内，雷达定量降水估计产品的离散度和绝对偏差都较低，表明本文算法得到的雷达定量降水估计精度较高。

• 干湿地表的湍流特征及其对深对流影响的大涡模拟
• 张璐,黄倩,张宏昇,张强,田红瑛

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  摘要

  2021-04-09

• 摘要：[资料和方法]利用大涡模式模拟了对流边界层（CBL）结构演变以及深对流触发过程。通过改变波文比数值的敏感性试验，[目的]研究不同大气初始状况下湿润和干旱下垫面湍流特征及其对深对流触发过程的影响。[结果和结论]研究结果表明：干旱下垫面的混合层干而暖，厚度较大；湿润下垫面相反。由于地表感热通量对热力湍流形成的作用更大，干旱下垫面上湍流混合和夹卷作用更强，使得水汽和相当位温在边界层内分布更均一，而在边界层顶有较大的负扰动；干旱下垫面上对流强度较湿润下垫面大，但均表现为泡状对流，水平方向上呈网状结构。不同下垫面上深对流的发生与大气初始状况有关，当初始时刻1－3 km的逆温强度较弱时（0.15 K/100m），边界层内湍流迅速发展，深对流首先在干旱下垫面发生，但因对流有效位能较小，云层厚度小于湿润下垫面。当1－3 km的逆温强度增加到0.55 K/100m时，云层形成时间较晚，云层厚度明显减小，仅当边界层顶的比湿较大时，有深对流发生，仍首先发生在干旱下垫面，考虑贯穿对流在边界层顶引起的较强冷却，云层厚度大于湿润下垫面。

• 1965-2019年中国夏季分钟降水空间分布与长期趋势分析
• 战云健,鞠晓慧,范邵华,周志刚,唐国利,任国玉

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  摘要

  2021-04-08

• 摘要：利用较为完整的中国夏季2225站1965-2004年的自记纸以及2435站2005-2019年的自动站分钟降水数据（国家气象信息中心气象数据共享服务平台，电话：（+86）010-68407499），分析了中国大陆分钟降水的空间分布和长期变化特征。结果表明，全国夏季分钟降水频率基本呈现从北到南变多的特征，分钟降水强度则在西北地区较小，东部的平原地区较大。1分钟、连续5分钟最大一次降水量在内蒙古、华北最多，连续10分钟以上时段的最大一次降水量和年平均最大降水量在华南沿海地区最多，所有最大降水量指标的最少值都出现在南疆一带。1965-2004年以及2005-2019年，夏季分钟降水频率都存在增加趋势，是引起全国平均夏季降水量增加的主要原因；分钟降水强度则没有明显趋势性变化。1965-2019年数分钟内到一日内的最大降水量距平百分率都显著增加，其中连续半小时左右的最大降水量增加最快。总体来看，中国大陆每分钟的降水并未趋向于极端化，极端降水量的增加可主要归因于暴雨过程持续时间的增加。

• 基于MCI的长江中下游地区区域性干旱过程识别及其变化特征
• 张强,谢五三,陈鲜艳,翟盘茂,吴必文,段居琦

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  摘要

  2021-04-02

• 摘要：基于长江中下游地区502个国家气象站1961-2019年逐日气温、降水资料以及1971-2019年历年干旱受灾面积,运用气象干旱综合指数(MCI)及区域性干旱过程识别方法,识别出长江中下游地区126次区域性干旱过程,干旱过程的个数随着持续天数的增加呈明显的指数递减,决定系数达0.95。1961～2019年长江中下游地区共发生6次特强区域性干旱过程、19次强区域性干旱过程、38次较强区域性干旱过程,其余63次为一般区域性干旱过程,区域性干旱过程的持续天数、平均强度、平均影响面积以及综合强度指数的变化趋势形态各异。长江中下游地区年干旱日数总体呈现“北部多于南部、平原多于山区”的分布特征,且总体呈现“西北部增多、东南部减少”的变化趋势,干旱日数与干旱受灾面积变化趋势较为一致,相关系数达0.66。由典型区域性干旱过程监测评估可知,干旱综合强度指数与干旱站数存在明显的负相关关系,干旱综合强度指数越强,各等级干旱站数越多；各地干旱日数的多少与干旱受灾面积的大小也较为一致,干旱日数越多的地区,干旱受灾面积越大。总体来看,区域性干旱过程识别方法及评估结果与干旱灾情较为吻合,能较好的识别出区域性干旱过程,并从持续天数、平均强度、平均影响面积以及干旱综合强度等多角度对干旱过程进行监测评估。

• 青藏高原东部冬季降水对北极涛动异常的响应
• 刘胜胜,周顺武,吴萍,孙阳,谢洁宏,李可

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  摘要

  2021-03-31

• 摘要：基于1979—2015年中国区域CN05.1格点降水以及全球降水气候中心(GPCC)降水数据等资料,采用回归、合成分析等方法,分析了青藏高原东部(简称高原)冬季降水的南北区域性差异及其年际变化对北极涛动(AO)异常的响应。结果表明：(1)高原北部和南部冬季降水都与AO异常存在密切的关系,但高原北部和南部冬季降水在年际变化并不一致,两地冬季降水对AO异常响应的机理也不同。(2)高原北部冬季降水变化主要和东亚冬季风有关,AO正(负)异常时东亚冬季风减弱(增强),高原北部对流层各层均为东南(西北)风距平,有(不)利于西太平洋的水汽进入高原北部,导致北部降水增加(减弱)。(3)高原南部冬季降水变化主要和南支槽有关,AO正(负)异常时南支槽加强(减弱),有(不)利于自孟加拉湾的水汽北上高原,低层辐合(散)高层辐散(合),上升(下沉)运动增强,导致南部降水增加(减弱)。简言之,AO通过影响东亚冬季风(南支槽),进而影响高原北(南)部冬季降水,但AO负异常对高原冬季降水的影响比AO正异常的影响更加显著。

• 中国台风联防与科研协作及其对中国台风学科发展的作用综述_*
• 雷小途

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  摘要

  2021-03-29

• 摘要：中国是全球台风灾害最严重的国家之一,也是最早记录台风灾害的国家。加强对台风活动规律的认识研究,进而研发台风监测预报技术,是提高防台减灾能力的必由之路。中国全国有组织的台风联防和科研大协作分别始于1950年代及1970年代,先后建立了全国台风会商和科学讨论会等较完备的全国台风联防及科研协作机制,并沿用至今,取得了丰硕的成果,促进了中国的台风学科发展,奠基了全国台风灾害联防体系。本文对此进行了简要的回顾和概述,旨在促进中国特色台风联防及科研协作机制的继承和发展。

• 2019年8月16日山东诸城一次罕见强雹暴结构和大雹形成的观测分析
• 龚佃利,王洪,许焕斌,王文青,朱君鉴,王俊

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  摘要

  2021-03-29

• 摘要：利用潍坊CINRAD/SA新一代天气雷达、青岛S波段双偏振多普勒天气雷达探测数据，结合探空、区域气象站观测和实地冰雹调查资料，对2019年8月16日发生在山东诸城的一次罕见强雹暴过程的天气背景、风雹灾害、雷达回波演变、雹云结构及大雹形成机制进行分析。结果表明，受冷涡天气系统影响，鲁中山区、鲁东南地区低层暖湿、高层干冷，0—6 km高度间风矢量差为30.3 m/s，十分有利于强雹暴的发展。雹云发展迅速，历经发生、跃增、酝酿、降雹和消亡等五个阶段，在发生阶段即观测到中气旋、有界弱回波区（BWER）等结构并不断增强，长时间维持；降雹阶段的雹云具有典型的BWER-悬垂回波-回波墙和“S”型水平流场等特征，BWER与旋转上升气流和水平速度为0的“零线”结构相配置关联，“零线”穿过悬垂回波和BWER顶部强回波区，指向雹云对流上冲云顶,具有特定的成雹功能；强降雹时段，雹云BWER北侧回波墙及其上方强回波区的水平反射率因子（ZH）大于60 dBZ，对应的差分反射率因子（ZDR）大多介于-1—0 dB，表明为大冰雹的聚积区。依据对成熟阶段雹云雷达回波形态、径向速度和三维风场的分析，给出了实例雹云内主上升气流框架和具有成雹功能的“零线”结构示意图，有助于理解“零线”结构在大雹循环增长中的可能作用机理。

• CMIP6全球气候模式对中国极端降水模拟能力的评估及其与CMIP5的比较
• 王予,李惠心,王会军,孙博,陈活泼

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  摘要

  2021-03-22

• 摘要：基于CN05.1观测数据集，本文对32个CMIP6全球气候模式在中国地区极端降水的模拟能力进行评估。研究结果表明，在极端降水的气候平均态方面，CMIP6多模式集合对1961—2005年中国地区区域平均的8个极端降水指数模拟的平均相对误差为29.94%，相较于CMIP5减少2.95%。在极端降水的气候变率方面，CMIP6多模式集合对区域平均的8个极端降水指数模拟的平均相对误差为10.10%，相较于CMIP5减小5.45%。此外，利用TS评分进行模式间比较时，CMIP6的平均分（0.78）高于CMIP5（0.75），且模拟能力排名前五的模式中CMIP6占四个。对比14个同源模式的TS评分可以发现，CMIP6（0.91分）相对于CMIP5（0.68分）的模拟能力显著提高。进一步研究发现，CMIP6相对于CMIP5对不同区域极端降水模拟能力的改进有所区别：CMIP6对干旱区区域平均的气候态和变率方面改进明显，而关于湿润区的改进主要表现在对极端降水空间相关模拟能力的提高。

• 不同水汽条件下气溶胶对雷暴云电过程影响的数值模拟研究
• 林晓彤,师正,谭涌波,李璐滢,汪海潮

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  摘要

  2021-03-22

• 摘要：为全面了解水汽在气溶胶影响雷暴云电过程中的作用，本研究在已有的二维雷暴云起、放电模式基础上，通过改变相对湿度和气溶胶初始浓度进行敏感性数值模拟试验。结果表明：（1）随着气溶胶浓度的提升，雷暴云产生更多的小云滴，降水过程受到抑制。而当水汽含量增加时，云滴含量的增加速度更快，雨滴含量增加，缓解了降水变弱的趋势。（2）水汽含量较低时，随着气溶胶浓度的增加，更多小云滴被带入冻结层形成大量小冰晶粒子，从而霰粒含量增加，雷暴云起电过程增强。气溶胶浓度增加至一定的量级（3000 cm-3）时，冰晶尺度减小和雨滴含量的降低抑制了霰粒的生长，雷暴云起电过程受到削弱。感应起电和非感应起电过程随气溶胶浓度增加呈先增加后减少的趋势。水汽含量的增加促进了冰相粒子的增长，因此起电过程呈现持续增大的趋势，起电率在3000 cm-3气溶胶浓度下达到极值，电荷密度的增幅扩大。（3）水汽含量较低时，雷暴云难以发展成深厚的系统，气溶胶浓度变化对其影响不明显，电荷结构由三极性发展，在消散期演变为偶极性电荷结构；水汽含量较高时，雷暴云迅速发展成深厚的系统，随着气溶胶浓度的提高，在雷暴发展旺盛阶段电荷分布表现为多层复杂结构。因此，研究显示水汽含量在气溶胶浓度变化对雷暴云微物理、起电过程及电荷结构的作用中扮演重要角色。

• 基于粒子谱分布的机载雷达波束匹配情况研究
• 吴琼,商建,仰美霖,杨虎

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  摘要

  2021-03-22

• 摘要：基于机载双频降水雷达外场校飞试验中获取的有效降水测量数据，利用Ku波段的雨衰系数和等效雷达反射率因子的比值估算了粒子谱参数。在此基础上，通过Mie散射模拟计算了Ka波段在该滴谱分布下的等效雷达反射率因子，并和机载Ka波段衰减订正后的等效雷达反射率因子进行了比对。结果表明：两者的廓线基本重合，相关系数超过0.95，两部雷达探测的目标物一致，测量的雷达反射率因子的差异主要是由雷达频点的不同所引起的后向散射以及衰减的不同所造成的，波束匹配精度较高。此外，单频粒子谱参数的估计依赖于单频衰减订正的精度。机载雷达外场试验中探测的都是弱降水，Ku波段衰减订正不会存在太大的误差，估计的粒子谱较为可靠。必须指出的是，精确的参数估计仍然要借助双频的反演方法。

• 北京海坨山区低槽降雪云系演变特征的观测研究
• 马新成,董晓波,毕凯

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  摘要

  2021-03-09

• 摘要：2019年2月14日在北京延庆地区，出现了一次由低槽云系产成的降雪过程。本文利用飞机、Ka波段云雷达、微波辐射计、降水粒子谱仪、雪晶显微观测仪等协同观测数据集，分析了此次降雪过程天气形势、中尺度和微观结构的演变特征。结果显示：（1）降雪过程由高空低槽和地面倒槽槽前西南暖湿气流与低层东风回流干冷偏东风共同影响形成，西南风厚度和强度与地面降雪量以及降雪粒子数浓度正相关。（2）降雪云系为冰云，地面降雪形状主要为片状、枝状和柱状单晶体，冰雪晶的凝华-聚并增长是降雪的主要形成机制。（3）大量枝状雪花的攀附现象出现在地形云爬升阶段，即低层东风回流减弱，转由倒槽槽前西南暖湿气流控制。（4）过冷水的出现与地形抬升有关，地形云爬升期间存在人工增雪潜力。

• 基于机载微波辐射计探测大气水汽通道饱和问题研究
• 王婉,雷恒池,聂皓浩,王兆宇,郭晓军

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  摘要

  2021-03-09

• 摘要：183.31GHz微波辐射计在探测低含量水汽时具有优势，但也存在通道饱和问题，定量研究该问题对明确该类型仪器探测水汽能力和适用范围具有重要意义。本文基于天津市人工影响天气办公室增雨飞机运-12搭载的183.31GHz机载微波辐射计GVR（G-band water Vapor Radiometer，文中简称GVR），在前期研究工作基础上，对该辐射计四个探测通道进行饱和问题研究，定量计算其饱和阈值及探测灵敏度，分析各通道水汽探测能力及适用范围，结果表明：机载微波辐射计四个探测通道水汽探测灵敏度及饱和阈值与观测高度有关，当水汽含量较小时，通道1（183±1GHz）观测高度越高灵敏度越高，通道3（183±7GHz）和通道4（183±14GHz）观测高度越高灵敏度越低，通道2（183±3GHz）灵敏度几乎不受观测高度影响，通道1和通道4观测高度越高积分水汽探测饱和阈值越小，观测高度越低，饱和阈值越大，通道2和通道3饱和阈值几乎不受观测高度影响；晴空条件下选择水汽探测能力最强的单通道对积分水汽含量进行反演，当积分水汽含量处于0~1.3mm、1.3~4mm、4~9.8mm时，分别选择通道1、通道2、通道3作为反演通道，不同观测高度的积分水汽含量反演均适用；云的发射作用使辐射计各通道亮温增加，亮温增加幅度与云水含量、云与观测高度之间距离及云厚有关，云液态水含量越大，各通道水汽探测灵敏度及饱和阈值越小；云天条件下选择水汽探测能力最强的双通道对积分水汽含量进行反演，以积分液态水路径区间来选择合适的水汽探测通道，液态水含量越大，积分水汽可探测范围越小。

• 气象-气溶胶资料联合同化对秋季PM2.5模拟的影响研究
• 宋佳琨,陈耀登,陈丹

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  摘要

  2021-02-26

• 摘要：[目的]相比于冬季大范围静稳条件下的污染堆积过程，秋季气象条件更为复杂和局地，气象条件模拟不确定性给秋季气溶胶模拟带来了更大难度，且目前研究较少考虑气溶胶-气象在线模拟和联合同化。[资料和方法]使用WRF/Chem模式和GSI三维变分同化系统，进行了2015年10月为期一个月的气象-气溶胶资料联合同化及模拟试验，并基于此讨论了气象-气溶胶资料联合同化对秋季PM2.5模拟的影响。[结果]结果表明，WRF/Chem模式可以模拟出我国区域秋季污染天气过程，但在华北平原和中东部存在着高估，西北部存在低估；同化地面PM2.5观测可以改进对PM2.5的模拟，上述地区两个方向的偏差均得到订正，6小时预报偏差均降低至6 μg/m3以内；重点针对华北地区分析表明，秋季PM2.5污染过程与特殊气象条件（湿度增加、风场辐合、区域输送）密切相关，因此在地面PM2.5同化基础上增加常规气象资料同化，能进一步提高华北平原气象-污染过程表达，PM2.5预报相关系数从0.86提高至0.89。[结论]气象-气溶胶联合资料同化能更加准确地模拟中国地区秋季气溶胶污染过程，为更好地开展污染成因和在气象预报框架下开展气溶胶-气象相互影响研究提供了基础。

• 2018年1月北大西洋上一个具有“T型”锋面结构的超强爆发性气旋的分析
• 李昱薇,傅刚,陈莅佳,孙柏堂

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  摘要

  2021-02-25

• 摘要：利用ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)提供的0.5o×0.5o的ERA-Interim再分析资料，CIMSS (Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies)提供的GOES-EAST (Geostationary Operational Environment Satellite- EAST)红外卫星云图和大气数值模式WRF (Weather Research and Forecast)的模拟结果，对2018年1月3日至6日发生在北大西洋上一个具有“T型”(T-bone)锋面结构的超强爆发性气旋进行分析。该爆发性气旋在较暖的湾流上空生成，沿海表面温度大值区向东北方向快速发展，生成后6 h内爆发性发展，24 h中心气压降低48.7 hPa。高空槽加深、涡度平流加强和低层较强的大气斜压性为气旋快速发展提供了有利的环流背景场。 该爆发性气旋属于Shapiro-Keyser型气旋，其冷锋锋面和暖锋锋面断裂，逐渐形成相互垂直的“T型”结构。由于气旋发展迅速，低层相对涡度急剧增大，低压中心南部，来自西北方向的干冷空气随气旋式环流快速向东推进，与东南暖湿气流汇合，锋生作用较强，减弱东移的冷锋锋区与暖锋锋区逐渐形成相互垂直的“T型”结构。 Zwack-Okossi方程诊断分析表明，非绝热加热、温度平流和正涡度平流是该爆发性气旋发展的主要影响因子。气旋初始爆发阶段，西北冷空气进入温暖的洋面，海洋对上层大气感热输送和潜热释放较强，非绝热加热对气旋快速发展有较大贡献。气旋进一步发展，“T-型”锋面结构显著，温度平流项净贡献较大，对气旋的发展和维持起重要作用。

• 利用FY-4A卫星光学数据数据对我国近地面PM2.5浓度的估算和检验分析
• 江琪

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  摘要

  2021-02-25

• 摘要：本文对FY-4A卫星的AOD产品进行检验，并根据卫星相关资料，通过改进后的PMRS方法，反演得到我国近地面PM2.5质量浓度网格化分布。结果表明，FY-4卫星反演不同站点AOD与AERONET观测结果吻合较好，但存在一定的低估或高估，相关性R区间为0.54-0.87。将FMF以0.4的界限进行划分，FMF＞0.4时，拟合结果较FMF≤0.4时更接近于AERONET观测结果；但FMF≤0.4时，卫星反演的AOD稳定性优于FMF＞0.4时。通过引入AOD的大小，改进FMF>0.4时对VEf的估算算法，并通过改进后的PMRS方法对我国近地面PM2.5进行逐小时反演，其反演结果和地面观测结果相关性较好，其中，乌鲁木齐、石家庄和徐州观测点的相关性（R）均高于0.7，但数值上仍存在高估或低估，误差结果由多种因素决定。空间分布中，卫星反演的全国2019年近地面PM2.5月均值与近地面观测的结果有较好的对应关系，二者逐月演变趋势基本一致，基本可以反映出我国近地面大气细粒子的空间分布，特别是秋冬季，京津冀周边区域、汾渭平原等污染高值区均与地面观测对应较好。

• 2019年南海季风爆发异常偏早的机制分析
• 鲍媛媛

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  摘要

  2021-01-18

• 摘要：摘 要 用逐日资料分析2019年南海季风爆发的详细过程和异常偏早机制，结果表明,（1）南海季风爆发于5月6日，青藏高原和中南半岛热源较常年偏弱，对季风爆发无明显影响。（2）中高纬度环流中期变化过程中在青藏高原及附近形成为期两周的偏强的高压脊，冷空气势力弱，来自热带的暖平流以及青藏高原东部晴空辐射偏强等因素使其温度异常偏高，起到加速海陆热力差异季节转变进程的作用，对季风爆发至关重要。（3）孟加拉湾气旋 “Fani”北上及登陆后迅速减弱形成的残留低压的凝结潜热释放，“Fani”凝结潜热释放和气旋性环流增强诱发孟加拉湾西南季风爆发从而引起的西南季风暖平流输送， 因“Fani”而加强北跳的南亚高压反气旋环流的暖平流输送， “Fani”影响结束后西南季风与东亚冷槽后部回流辐合产生降水释放凝结潜热等因素，一步接一步，形成了加剧温度正异常的“接力”，最终导致南海地区温度梯度加大，越赤道气流加强，南海季风爆发。（4）El Nino及赤道西太平洋实时海温阶段性正异常增长使得西北太平洋副热带高压（以下简称副高）偏西偏强，本身不利于季风爆发；但其西端的偏东风在赤道印度洋与中高纬南下偏北气流辐合，并在赤道印度洋和孟加拉湾海温正异常阶段性增强的背景下得以强烈发展，生成孟加拉湾气旋“Fani”，并在北上过程发展成为台风，由此引起大气环流一系列变化，最终导致南海季风异常偏早爆发。

• 基于降水极端预报指数的福建台风极端降水预报研究
• 官晓军,潘宁,黄待静,王琦,李玲

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  摘要

  2021-01-18

• 摘要：[资料和方法]利用1961-2018年中国气象局热带气旋最佳路径数据集、站点日降水观测资料和2015年8月-2018年12月ECMWF集合预报系统降水极端预报指数（extreme forecast index, EFI）数据，通过百分位法定义台风影响期间福建各站点的台风极端降水阈值，并采用最小阈值法（剔除极端降水EFI箱线图中的异常值，保留最小值作为阈值）[目的]建立台风极端降水预报方法。基于该方法，分别对2015年8月-2017年12月和2018年的影响台风进行回报和预报试验，并采用TS评分、空报率、漏报率对其进行检验。[结果]结果表明：福建台风极端降水阈值由沿海向西北内陆逐渐减小，其中闽东沿海和南部沿海地区的阈值最大，闽西北内陆最小；台风降水、极端降水都与降水EFI存在明显正相关性，降水EFI的箱线图差异指数（box difference index, Ibd）也表明EFI可以较好地区分台风极端降水和非极端降水；预报试验20时起报预报时效12-36h、36-60h、60-84h和84-108h的TS评分分别为0.26、0.22、0.20和0.19，预报试验评分结果略优于回报试验；台风的极端降水越显著时，极端降水预报效果越好,回报和预报中都存在的不足是空报率高，主要出现在极端降水不明显的个例中。[结论]降水EFI对台风极端降水具有较好的指示意义，基于降水EFI的台风极端降水客观预报方法可作为业务中台风极端降水预报的参考依据。

• 数字滤波初始化方案在高分辨率GRAPES区域模式中的研究
• 庄照荣,李兴良,刘艳

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  摘要

  2021-01-07

• 摘要：高分辨率同化系统中引入的高密度高频率不规则分布的观测信息会造成分析变量之间的不平衡,而不平衡分析噪音在模式积分中产生的虚假重力波会影响模式预报质量和稳定运行。为了抑制虚假重力波在模式中快速增长,本文通过在水平3km分辨率的GRAPES区域模式中应用非绝热数字滤波和增量数字滤波初始化方案,研究不同滤波截断周期的数字滤波初始化方案对分析预报的影响。试验结果表明,不同初始化方案的分析预报效果依赖于截断周期,截断周期越长,分析时刻模式预报场的权重越低,滤除的高频信息越多。对于3km分辨率模式,2h截断周期的非绝热数字滤波方案(T2h试验)滤除了有气象意义的信息,初始场过于平滑。30min(T30试验)与15min(T15试验)截断周期的初始化方案既滤除了高频噪音,也基本保留了有意义的分析信息。增量数字滤波方案可以保留背景场中快速增长的模态,只滤除分析增量不协调的噪音,其初始场最接近分析场。在GRAPES-MESO系统中采用不同截断周期的数字滤波方案对要素场预报的影响基本可忽略,而对降水预报略有影响；而在GRAPES-RAFS快速分析预报循环系统中,经过多次分析预报循环后,初始化方案对分析和预报的影响会逐渐累积,T15试验对风场分析和12小时风场预报比T2h试验有明显正贡献,同时T15试验的24h内各时段的降水预报质量也整体优于T2h试验。

• 1470-2019年中国东部旱涝年代际变化及其与太平洋海表面温度的关系
• 鄢凤玉,赵传湖,孙即霖

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  摘要

  2020-12-30

• 摘要：[资料和方法]基于1470-2019年中国东部地区(30°-40°N,105°E以东)19个站点旱涝等级和古气候代用资料定量重建的太平洋海表面温度指数,通过经验正交函数分解、小波分析和集合经验模态分解方法分析了[目的]中国东部旱涝年代际变化特征及其与太平洋海温的关系。[结果][结论]结果表明,(1)1470年以来中国东部旱涝变化的主模态为全区一致型(方差贡献率为25.2%),变率中心主要位于黄河中下游,其时间系数的小波分析和集合经验模态分解揭示出全区旱涝存在10-30a的准周期；该模态长期趋势揭示17-18世纪中国东部整体偏涝,而19世纪以后出现旱化趋势。(2)寒冷背景下中国东部旱涝一致变化更明显,在17世纪前中期和19世纪中后期的小冰期寒冷期全区一致型模态的方差贡献率达到35%-40%,且这两个时间段10-30a的年代际变化信号尤为显著；而旱涝的变率中心则表现出冷期偏北,暖期偏南或偏西的特征。(3)中国东部旱涝的年代际变化与北太平洋和赤道中东太平洋海表面温度异常有关,表现为偏涝(旱)气候对应于太平洋年代际振荡的冷(暖)相位和年代际尺度上的前一年11月到当年1月Ni?o3.4区海表面温度的异常偏低(高)；在小冰期的寒冷期,旱涝的年代际变化可能与Ni?o3.4区海表面温度异常关系更密切。

• 北京一次冬季极端降水过程中相态转换成因及预报误差分析
• 胡宁,符娇兰

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  摘要

  2020-12-16

• 摘要：[资料和方法]应用各种常规和非常规观测资料、以及再分析资料[目的]对2020年2月13日夜间至14日白天北京地区一次极端雨雪过程的成因进行了分析,并重点探讨了模式降水相态预报误差及其原因。[结果]结果表明：(1)本次降水过程中,低涡系统深厚,强度异常偏强,移速慢,影响时间长,导致北京地区部分站点降水持续了12h左右。异常偏强东南风急流向北京西部山前输送水汽,配合与急流相伴的较强低空切变形成的对称不稳定,产生高降水率的斜升对流性降水。较长的降水时间以及冬季夜间罕见的高降水率共同造成了此次极端日降水。(2)北京凌晨零度层高度和地面温度下降缓慢,北京西部处于两股冷空气间的暖舌中,冷空气从东路入侵造成北京东部降温时间较西部早,且降温辐度较大,导致零度层高度呈西高东低形势,故转雪时间东部早于西部。(3)模式预报的东路冷空气较观测偏强偏早,降水的对流性也显著弱于观测,导致其预报的凌晨地面气温较观测偏低,零度层高度下降过快,从而过早预报转雪时间,高估了降雪量和积雪深度,[结论]利用非常规温度观测对模式温度廓线预报误差进行检验,可为订正模式相态转化时间预报偏差提供依据。

• 冬季北半球大气对秋冬季巴伦支海海冰异常的敏感性研究
• 段升妮,姜智娜

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  摘要

  2020-12-15

• 摘要：[资料]基于ERA-Interim再分析资料，[模式]借助大气模式CAM4，[目的]分析了北半球冬季不同月份的平均大气对巴伦支海不同振幅及不同季节海冰扰动的敏感性，并考察了中高纬度典型大气模态的分布变化情况。[结果]结果表明，冬季巴伦支海海冰的减少，会导致湍流热通量异常向上，局地异常增暖及水汽含量的异常增加，且相关异常的强度和范围随着海冰偏少幅度的减小而减弱。这种局地响应会通过大气环流调整扩散开来，产生远程影响。具体地，冬季大气环流与欧亚地面温度异常对于不同幅度海冰异常的响应是非线性的，且在不同月份也呈现出不同特征。秋季巴伦支海海冰减少虽未引起局地显著的温度异常，但欧亚大陆温度及环流场异常响应的强度更强、范围更广，这表明秋季海冰可以独立地对冬季中纬度大气产生影响。此外，冬季季节内，不同月份西伯利亚高压强度、位置对巴伦支海海冰减少的响应是不一致的，北大西洋涛动（NAO）位相的倾向变化对不同季节、不同振幅海冰减少的响应也不相同。冬季海冰减少时，12月和1月，西伯利亚高压强度更易偏强、位置易偏东，2月则与之相反。与冬季相比，秋季海冰偏少时，西伯利亚高压更易稳定维持在欧亚大陆，晚冬时发生NAO负位相（NAO-）的概率增加，但出现极端NAO-的概率在减少。[结论]这为了解巴伦支海海冰异常对北半球天气、气候的影响提供了参考。

• Shapley—模糊神经网络方法在华南台风卫星云图的长时效滚动预测中的应用
• 黄小燕,何立,赵华生,黄颖,吴玉霜

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  摘要

  2020-12-07

• 摘要：[目的] 为了更好地利用大量的卫星云图观测资料来提高台风暴雨的预报能力,解决并提高对台风强降水云系变化的预报精度,加大对未来云系变化的预报时效,构建基于合作对策Shapley—模糊神经网络的华南区域台风卫星云图非线性智能计算滚动集合预测模型,对增强卫星云图资料在台风暴雨天气预报中的实用性和及时性具有重要意义。[资料和方法]依据2013-2016年期间华南区域台风影响过程的卫星云图,采用类似于数值预报模式的集合预报方法,通过对每间隔6小时的卫星云图云顶亮温样本序列作经验正交函数分解,将提取出的时间系数作为云图预报建模的预报分量。考虑台风云系的发展变化,主要是受到云团环境物理量场的影响,利用数值预报模式的物理量预报产品作为各预报分量的预报因子,并采用k-近邻互信息估计的分步式变量选择算法,通过两步过程分别实现相关变量的选择与弱相关变量的剔除,分别建立相应时间系数的Shapley—模糊神经网络集合预报模型,进一步将预报得到的各时间系数与空间向量合成,重构得到未来时刻的卫星云图预报图,[结果和结论]实现了云图6 h-72 h的长时效客观滚动预测。实际华南区域台风卫星云图预测试验结果表明,新方案所预测得到的云图与实况云图相关较高,重构云图的基本轮廓、纹理特征分布、清晰度以及云系强弱方面都比较接近原始云图。另外,本文还进一步基于相同的云图预报因子,针对同样的建模和预报样本采用多元线性回归方案进行和新方案一致的云图预测。对比结果表明,这种非线性预报模型比线性方案能更好地预报未来较长时效台风云团的发展、移动的主要特征和变化趋势,其描述的预测云图与实际云图的主要特征更相符。云图预报时效达到了72小时的长时效,具有业务实用预报意义。

• 逐层平滑地形的平缓地形追随坐标在高分辨率GRAPES模式中的应用研究
• 李超,陈德辉,李兴良,胡江林

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  摘要

  2020-11-30

• 摘要：高分辨率GRAPES模式如3km模式对地形的识别程度更高，模式中各高度坐标面可识别的地形坡度也更大，地形作用带来的气压梯度力计算误差和平流输送误差更突出。平缓（smoothed-level）地形追随坐标可以通过多种方式衰减坐标面上的地形影响进而减小这些计算误差。选择一种逐层平滑地形的平缓地形追随坐标，基于GRAPES-3km模式进行理想试验和批量模拟试验试验结果显示：逐层平滑地形的平缓地形追随坐标相对其他平缓地形追随坐标对地形重力波模拟更接近解析值；月连续模拟试验中逐层平滑地形的平缓地形追随坐标对高层月平均的温度场、风场模拟误差有一定程度衰减，月平均的降水评分也有所提高。逐层平滑地形的平缓地形追随坐标在GRAPES-3km模式有较好的模拟应用效果。

• 中尺度催化数值模式的人影业务应用研究_*
• 刘香娥,何晖,高茜,王永庆,杨燕

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  摘要

  2020-11-27

• 摘要：数值模式越来越多地应用在人工影响天气的业务工作中。文中着眼北京地区人影业务对模式预报的需求,结合地基作业的特点,初步进行了冷云催化数值模式在业务中的应用研究,结果如下：冷云催化数值模拟的初始场数据来自同化了多种观测资料的北京市气象局快速更新和多尺度分析预报系统RMAPS (Rapid-refresh Multi-scale Analysis and Prediction System)的预报结果,模拟区域覆盖北京地区所有的地面作业站点以及华北人影飞机作业区域；AgI冷云催化模块耦合在WRF Morrison双参数微物理方案中,主要考虑了冰核和云、雨滴之间的接触冻结核化以及水汽在人工冰核上的凝华核化过程。涉及的步骤包括运行控制实验、根据算法给出作业站点及作业信息运行预催化模拟和重新输入实际作业信息进行重催化模拟。通过个例的应用和对比测试可以不断优化流程算法,初步为前期地面作业方案的制定提供参考,提升了制定地面作业方案的科技水平。

• 基于大气-土壤-植被系统干旱发生发展过程的综合干旱指标构建与应用
• 段居琦,张强,何雨峰,周广胜,王有民,肖风劲

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  摘要

  2020-11-23

• 摘要：适宜的干旱指标和高分辨率数据是准确、精密监测干旱的基础。本研究从气象干旱和土壤干旱以及植被对干旱的响应出发，整合中国国家气象观测站、中国陆面同化CLDAS土壤湿度（0.0625°×0.0625°）和MODIS LAI（500m×500m）等多源数据信息，构建了基于气象干旱指数（SPEI）、土壤干旱指数（SMP）和植被干旱指数（LAIP）的综合干旱指数CDI，并在中国东北地区开展了典型站点和区域10km×10kmk空间分辨率干旱监测试验。结果表明， CDI克服了单一气象干旱指数不能准确反映农业旱情和单一植被长势指数会将其他灾害引起的植被长势变差误判为干旱的不足，能够反映灌溉对干旱的影响，完成对大气-土壤-植被系统干旱发生发展及其影响的监测。CDI分级监测结果的生物物理意义明确，空间分辨率高，实践指导作用强，在干旱发生发展及其对农业乃至植被影响的监测、评估和预测中具有应用前景。

• 不同阶曲线拟合扰动场对下平流层重力波气候特征影响研究
• 程胡华,王益柏

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  摘要

  2020-11-16

• 摘要：研究重力波参数气候特征是确定大气模式中重力波参数化方案的重要条件之一，高垂直分辨率探空资料扰动场是获取重力波参数气候特征的基础数据；目前，获取扰动场的方法较多，但基于不同方法计算的扰动场，对重力波参数气候特征影响的研究较少。基于2014—2017年山西太原气象台高垂直分辨率探空资料，利用2—4阶曲线拟合方法获取下平流层(17—24km)温度扰动场、纬向风扰动场和经向风扰动场，经统计发现2阶与3阶曲线拟合方法之间的扰动场相似程度更高；在此选取相似度更高的2阶、3阶曲线拟合方法扰动场分别计算大气重力波参数，并对大气重力波参数之间的气候差异特征进行研究，结果表明：(1)不同阶曲线拟合方法扰动场的变化振幅、及随高度变化趋势存在差异，且扰动场之间的相关性较弱；(2)2阶、3阶曲线拟合方法扰动场得到的重力波参数大小、年内变化趋势、及在不同区间范围内占有率均存在差异，且相关性较弱；(3)在1—12月，相对3阶曲线拟合方法扰动场，基于2阶曲线拟合方法扰动场得到的重力波群速、水平波长、垂直波长、周期、固有相速均偏大，而重力波能量上传百分比在某些月份偏大；]因此，不同阶曲线拟合方法扰动场之间存在的差异，会导致计算得到的大气重力波参数气候特征存在差异，最终对研制大气模式中的大气重力波参数化方案效果产生影响。

• GRAPES_GFS模式全球降水预报的主要偏差特征
• 刘帅,王建捷

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  摘要

  2020-11-16

• 摘要：利用2017年1、4、7、10月“全球降水观测（global precipitation measurement, GPM）计划”每日08-08时的24h累积降水量和逐30min降水量观测产品，从降水量和频率等角度，对同期GRAPES全球模式（GRAPES_GFS）第一（D1）、三（D3）、五天（D5）的全球降水预报性能和偏差特征进行细致评估与分析，其中以低纬暖池和北半球中纬风暴路径区作为关键区进行重点观察，并初步探讨降水预报偏差特征在低纬和中纬明显不同的可能原因。结果显示：（1）GRAPES_GFS的D1-D5预报对全球日降水（量和频率）分布描述合理，准确再现出纬向平均降水（量和频率）的典型特征——降水 “双峰”极大位于南北纬20o之间、次极大位于南北纬40o~50o地区的特征，以及关键区日降水时空演变和降水日循环逐日演变的主要趋势特征。（2）在低纬，纬向平均湿日（≥0.1mm/d）频率预报正偏差很小，但日降水量和强降水日（＞25mm/d）频率预报的正偏差明显、偏差极大值“双峰”位置恰是相应观测极大值所在处（南北纬5o~10o）；在中纬，纬向平均日降水量预报基本无偏，但明显的湿日降水频率预报正偏差（20%~30%）和强降水日频率负偏差出现在南北纬40o~60o。降水偏差正负分布特征随季节和预报时效基本保持不变、预报均方根误差数倍于平均误差，暗示模式降水预报偏差有系统性、且性能表现波动较大。（3）日循环中，模式在暖池的降水量预报正偏差缘于降水强度预报偏强，降水频率预报的弱负偏差主要与降水落区预报偏小有关；而模式在北半球风暴路径区降水频率预报的正偏差，则是降水落区预报偏大和空报弱降水事件两方面因素造成。（4）模式降水（量和频率）预报偏差特征在低纬和中纬的明显差异性，与模式次网格尺度和网格尺度降水比例失调有关，改进线索指向模式对流参方案中深对流的启动和深对流降水量的处理以及对流参数化方案与云微物理方案的协同问题。

• 基于飞机真实轨迹的一次层状云催化的增雨效果及其作用机制的模拟研究
• 刘卫国,陶玥,周毓荃,党娟,谭超,高扬

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  摘要

  2020-11-09

• 摘要：层状云降水效率通常偏低，但往往具有较高的云水资源开发潜力，是人工增雨作业的重要对象。随着中国南方地区生态改善、水库增蓄、抗旱等社会需求的增加，针对这些地区降水云系的人工增雨研究和实践显得愈发必要。本文使用三维中尺度冷云催化模式，对2018年10月21日湖北省一次层状云飞机人工增雨作业过程进行了数值模拟研究。模式合理地模拟出了云和降水的主要宏微观特征，观测和模拟结果均显示作业云区具有较好的冷云催化条件，在此基础上，模式按照实际作业中的飞机播撒方式，完整地模拟了此次催化作业过程。数值模拟结果的分析表明：凝结冻结核化和凝华核化是碘化银催化剂的主要核化方式；90%以上碘化银粒子的局地活化比介于0.01%~2%之间，平均活化比则介于0.07%~0.27%之间；云系降水是由冷云降水和暖云降水两种机制共同作用的结果，催化作业使两种降水机制均有增强，增雨效果明显；催化后4小时，整个评估区内的累积净增雨量为2.12×108kg，局地增雨率介于-51.1%~306.7%之间，区域平均增雨率为8.1%；催化作业也使部分地区出现减雨，主要是由于催化中的潜热释放引起过冷层动力场扰动，一部分云区的上升气流减弱，从而导致降水粒子的成长减弱，地面出现减雨；在过冷云区，碘化银核化使冰晶浓度增加，导致冰晶-雪、雪-霰的转化过程增强，雪霰粒子总量增加，更多的雪霰粒子从冷区落入暖区，在暖区上层产生更多的大雨滴，从而使暖区的云雨碰并过程增强，最终地面降水增加，这是此次催化作业导致增雨的主要微物理链条。

• 2019年8月16日诸城超级单体风暴双偏振参量结构特征分析
• 刁秀广,郭飞燕

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  摘要

  2020-11-06

• 摘要：利用青岛S波段双偏振多普勒天气雷达资料和常规观测资料以及区域自动站气象资料，对2019年8月16日发生在山东省诸城市的一次长寿命超级单体风暴双偏振结构特征进行了分析。结果表明：超级单体风暴发生在东北冷涡和地面中尺度辐合线共同作用背景之下，CAPE偏弱，但垂直风切变非常强，这种配置也利于超级单体风暴的形成与维持。诸城超级单体风暴持续3h左右并伴有深厚持久的中气旋，旺盛阶段DBZM、C-VIL、HT和TOP平均值分别为74.1dBZ、67. 9 kg·m-2、6.3km和11.3km。偏振特征分析表明，风暴低层60dBZ以上回波区对应偏小的ZDR、小的CC和大的KD P，湿（或干）冰雹和液态雨滴共存。此外，低层入流缺口附近有明显ZDR弧存在。风暴中层强上升气流区内有明显的BWER，其顶部达到7km左右。BWER内CC较小，其外围有明显的ZDR环和CC环，ZDR环部达到-10℃层高度。0℃层高度之上存在深厚的ZDR柱和KDP柱，顶部都达到-20℃层高度，ZDR柱位于BWER东侧，KDP柱位于BWER西侧。 -10℃～-20℃层高度之间，ZDR柱对应强的Z(35～60dBZ)和小的KDP，表明含有少数偏大的液态或湿冰粒子，而KDP柱对应更强的Z(55～72dBZ)和小的ZDR，表明含有一定数量的小的液态或（和）湿冰粒子及大的冰雹粒子。风暴低层强反射率核后侧径向上如果出现显著ZDR负值区，可作为特大冰雹（直径≥50mm）的识别依据。风暴低层强反射率核对应异常大的KDP值，表明含有浓度较高的液态雨滴和包有水膜的冰雹粒子。

• GRAPES全球模式静力平衡奇异向量改进及应用试验
• 霍振华,李晓莉,陈静,刘永柱

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  摘要

  2020-11-02

• 摘要：[背景] 采用线性化物理过程方案的GRAPES全球模式奇异向量（Singular Vectors，SVs）初始扰动在进行非线性模式积分时会有部分成员出现崩溃问题，这说明SVs结构可能存在扰动变量之间不协调之处，需要对奇异向量扰动的计算方法优化，[目的] 进而改进基于奇异向量的集合预报初值扰动，提高GRAPES全球集合预报效果。[资料和方法] 基于原有的GRAEPS全球SVs计算方法，在求解SVs时，对气压扰动的处理进行改进，将初始时刻的气压扰动分量通过位温扰动根据静力平衡关系导出获得，其它保持一致，发展了静力平衡奇异向量改进方法。基于有两个台风过程的个例（2019年8月8日12 UTC），分别采用原奇异向量方法和静力平衡奇异向量改进方法进行热带气旋目标区SVs的计算求解，并进行相应奇异向量初始扰动的非线性模式积分，对比分析SVs初始扰动非线性积分的稳定性。进而，对比分析奇异向量求解方法改进前后热带气旋奇异向量的结构特征和初值扰动特征，开展了集合预报试验，评估改进后的奇异向量求解方法对GRAPES全球集合预报系统预报性能的影响。[结果/结论] 试验结果表明，静力平衡奇异向量改进方法，通过产生协调的气压扰动和位温扰动场，解决了奇异向量初始扰动非线性积分崩溃的问题，消除了原来不利于积分稳定性的气压扰动过于局地化的小尺度结构。静力平衡奇异向量改进方法对奇异向量中位温扰动分量和纬向风扰动分量结构影响较小，使得气压扰动分量的的大值区位于台风附近，更好地描述热带气旋初值不确定性，与位温扰动分量的分布更为协调。采用静力平衡奇异向量改进方法，可以提高GRAPES全球集合预报在北半球和南半球等压面要素集合预报技巧和中国地区24小时累计降水概率预报技巧，增加台风路径集合离散度。