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• 青海“22.8”极端强降水三维环流结构分析
• 李泽雯,孙溦,宇如聪

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  摘要

  2023-09-28

• 摘要：[目的]针对2022年8月17-18日引发青海省西宁市大通县山洪灾害的短时极端强降水,以包含对流层高层气温特征的三维环流结构为切入点,剖析三维环流结构演变对降水形成发展的作用。[资料和方法]利用探空资料、台站逐小时观测资料和ERA5逐小时再分析资料,系统分析了2022年8月17-18日引发青海省西宁市大通县山洪灾害的短时极端强降水的精细化特征。[结果] 结果表明,强降水发生前,我国西北地区上空300hPa存在明显暖异常,随着时间推移暖异常略向东南方向移动且强度逐渐增强,并在降水峰值时刻达到最强。在静力平衡的调控作用下,对流层高层暖异常上层出现位势高度正异常,下层出现位势高度负异常。与这种配置相对应,对流层高层出现反气旋性环流异常,为高层辐散创造了有利条件。随着暖异常移动增强,高空西风急流异常向东南移动增强。另一方面,对流层中低层出现气旋性切变,低层偏东气流转变为气旋前部偏南气流,为降水地区低层暖湿条件增强、大气不稳定度增大创造了有利条件。[结论]这种三维环流结构不仅为强降水形成提供了有利的高低层环流条件与水汽条件,还为不稳定能量的积蓄奠定了基础。同时,在大通县西北高、东南低的喇叭口地形影响下,低层偏南气流携带的丰富水汽在此处聚集,配合较强的不稳定能量,共同促成了此次短时极端强降水的形成。

• 印度洋-太平洋暖池中高温暖水的移位与南海夏季风爆发Shift of the warmest water in the Indo-Pacific Warm Pool and onset of the South China Sea summer monsoon
• Liu Qinyu,宋子涵,郑小童,谢晗

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  摘要

  2023-09-19

• 摘要：为了揭示高温暖水在南海夏季风爆发中所起的作用，依据欧洲中心发布的第五代全球大气海洋再分析资料，发现了气候平均意义下印度洋-太平洋暖池中30 oC以上高温暖水会在5月出现移位：5月上旬高温暖水出现在孟加拉湾中部，而到5月下旬消退并移位到南海南部。通过分析局地天气尺度的海洋-大气相互作用过程，揭示了上述高温暖水月内移位的物理机制：在孟加拉湾夏季风爆发后，逐渐增强的潜热释放和减少的短波辐射会导致孟加拉湾高温暖水的面积逐渐缩小；与此同时，在副热带高压影响下，南海菲律宾岛西南高温暖水出现，并因其面积逐渐增加，并与泰国湾的高温暖水共同构成了南海南部的高温暖水。研究发现南海季风爆发几乎都出现在上述高温暖水移位之后，因此孟加拉湾中部和南海南部海表温度的差由正转负可以作为南海季风爆发的先兆。

• 河北省一次层状云冰相粒子及融化层微物理特性研究
• 熊婧媛,刘晓莉,王静,楚志刚

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  摘要

  2023-09-19

• 摘要：层状云中冰粒子、融化层及以下粒子微物理特性演变规律的科学认识对于我国云降水参数化、降水预报及人工影响天气研究具有重要意义。本文通过2019年8月24日河北省一次层状云飞机观测资料,分析云中负温层、融化层及以下粒子群微物理特性的演变。研究表明,云中负温层冰相粒子以聚合体为主,部分区域存在霰粒子。云中冰相粒子通过凇附、碰连和贝吉龙过程增长。相对来说,上升气流较强及相对湿度较高云区的冰相粒子数浓度较高、粒子谱较宽。融化层中,中等大小粒子数浓度存在增加趋势,说明融化层中不同粒径冰相粒子的融化速率存在差异。研究发现高相对湿度区()粒子融化速率较低相对湿度区()快,低相对湿度区中表面融化的粒子蒸发吸收潜热,使环境温度降低,减缓粒子融化速率。融化层高相对湿度区降水粒子谱分布的截距大于低相对湿度区,斜率与低相对湿度区相近。研究发现,融化层降水粒子负指数谱分布的截距与斜率均大于负温层,0℃层高度以下HVPS探测到的粒子谱分布参数与呈正相关关系,线性函数能较好地拟合二者之间的关系。对于大于1000 ??m的降水粒子,谱参数与呈负相关,幂函数能较好地拟合二者之间的关系。数值研究发现,零度层之下云内存在混合相态粒子,观测和模拟结果均发现零度层之下中等大小的粒子数浓度更高。分档方案数值模拟得到的降水粒子平均谱的截距与观测资料一致,但斜率大于观测结果。

• 干旱形成机制与预测理论方法及其灾害风险特征研究进展与展望
• 张强,李栋梁,姚玉璧,王芝兰,王莺,王静,王劲松

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  摘要

  2023-09-15

• 摘要：在气候变暖背景下,干旱事件发生的频率和强度在不断增加、影响在不断加重,干旱发生规律的异常性和机制的复杂性也更为突出,对干旱形成机制、预测理论方法及灾害风险变化规律等方面都提出了新的挑战,也制约了当前干旱预测预警及其灾害防控能力的提高。近年来,在国家重点基础研究发展计划(973计划)课题等多个国家级项目支持下,已在干旱灾害形成机制与预测理论方法及其风险特征方面取得了一系列新成果。通过动力诊断、数值模拟和田间试验等方法,开展了干旱形成的多因子协同作用和多尺度叠加机制、干旱致灾过程的逐阶递进特征,以及干旱灾害风险分布演化的主控因素等的研究。本文对如下几个方面的新进展进行了系统总结归纳:(1)厘清了气候变暖背景下高原热力、海温、夏季风、遥相关等多因子对干旱形成的作用机制；(2)发现了降水亏缺时间尺度和农作物不同生长阶段的干旱敏感性规律；(3)揭示了变暖背景下典型区域干旱灾害风险分布及其变异的新特征；构建了干旱灾害风险新概念模型；(4)研发了东亚季风区的季节和次季节干旱集成预测系统。在总结归纳已取得研究成果的基础上,对未来干旱形成机制及其灾害风险科学研究进行了展望,提出了五个重点研究方向:(1)多因子联动及其多尺度叠加效应对干旱形成的影响；(2)系统整合人类活动和决策以及相关反馈的气候模式研究；(3)揭示陆-气耦合和大气环流协同作用对干旱的影响；(4)认识干旱灾害对粮食安全和生态安全影响的关键过程；(5)提高未来不同气候情景下干旱预估的准确性。该研究对系统了解中国干旱研究中新的科学认识及对未来准确把握研究重点具有重要科学参考意义。

• 一次强下坡风爆发机制分析
• 余静梅,胡非,汤胜茗

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  摘要

  2023-09-08

• 摘要：本文应用地面观测站、ERA5再分析资料和高分辨率的WRF模式分析了一次美国Boulder 的强下坡风事件,认为此次强下坡风暴爆发的机制,是高空急流带断裂导致动量下传到背风坡山脚处。而进一步分析表明,强下坡风的爆发跟天气尺度系统高压脊过境及局地的背风坡重力波有关。在焚风的作用下,背风坡持续增暖导致重力波加强并且转竖,侵蚀对流层顶的急流带,最终导致急流带断裂,高空动量下传至地面,强下坡风暴在背风坡爆发。

• 卫星遥感北大西洋风暴“尤尼斯”生成和发展特征*
• 任素玲,毛冬艳,蒋建莹,杨冰韵,牛宁

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  摘要

  2023-09-05

• 摘要：2022年2月中旬，北大西洋冬季风暴“尤尼斯”(Eunice)给欧洲中西部带来严重自然灾害。[资料]以卫星观测数据为主，对 “尤尼斯”发生的环境场、卫星水汽图像干侵入特征、对流层中高层位涡强迫对爆发性发展的影响等开展研究。结果表明：“尤尼斯”活动期间,北半球高纬度西半球偏冷东半球偏暖，极涡偏向北美大陆，北美极区附近平均温度偏低。“尤尼斯”的生成和极涡分裂南下的冷空气沿着西风带东传有关。爆发性发展期间，海平面气压下降约40 hPa/24h, 远超爆发性发展指标(40 hPa/24h)，且出现在海温正距平区。格陵兰岛南部气旋提供的极区冷空气对爆发性发展尤为重要，该冷空气在北大西洋洋面形成强西北风转偏西风，表现为排列整齐的大范围细胞状积云一直延伸至风暴中心附近，卫星水汽图像上表现为快速增强的干侵入特征，并伴有高位涡异常。发展至最强阶段时，高位涡向下伸展，400 hPa最强高位涡区位于风暴中心的正上方，500 hPa以下高位涡向东南方向倾斜,并伴随着对流层中下层强下沉运动，下沉运动为低空风速增强提供一定的高空能量来源，高位涡侵入的下方也有利于低层气旋式环流发展。

• 泰山地形对一次副高边缘大暴雨过程影响的观测分析
• 郑丽娜,孙继松

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  摘要

  2023-09-04

• 摘要：本文利用区域加密自动气象站、雷达、风廓线及卫星等观测资料,分析了2022年秋季山东一次极端大暴雨事件中泰山山脉周围的降水分布及其产生这种分布的可能原因。结果表明:⑴这次山东大暴雨事件发生在副热带高压边缘,强降水时段集中在2022年10月1日夜间23时至次日2时,在对流层中低层盛行强盛偏南气流的背景下,100 mm的雨量线呈“反弓形”横亘在泰山北侧与西侧,并各自伴有超170 mm的降水中心,而泰山南侧降水反而明显偏弱。⑵ 大暴雨分布带与地面上的中尺度涡旋-辐合线对应,其中,泰山西侧的中尺度涡旋的形成与两支不同性质气流的汇合过程有关:泰山近地面层的北侧至西侧,存在一支冷性的逆时针方向的绕山气流,而泰山南侧为暖性的东南气流,两支气流在靠近山脉西侧形成的中尺度涡旋造成持续2小时的强降水,降水峰值呈单峰型；山脉北侧的辐合线长时间的维持与重建过程,造成泰山北侧降水时间更长,累积降水量更大,小时降水峰值呈双峰型。⑶泰山北侧观测站的两个降水峰值,与雷达反射率因子的两条平行回波带对应:位于泰山北坡处于长时间准静止状态的第一条回波带,与泰山北侧水平涡度环流的上升支气流对应,其形成机制是夜间具有强垂直切变特征的越山西南低空急流和近地面层受到山脉阻滞的东北气流构成的水平涡度强烈发展和维持的结果；第二条降水回波带与冷锋云系对应,当其靠近泰山北侧时受到越山西南低空气流背风坡上升支的影响,出现雷达反射率因子增强现象,与之对应的地面风场特征表征为辐合线的重建过程。⑷在泰山西侧,地面辐合线在低空冷空气的驱动下向东南方向移动,致使回波带逐渐演变成“反弓形”,造成强雨带也呈“反弓形”分布；而泰山南侧位于具有强烈垂直切变低空急流形成的水平涡度的下沉支,因而降水量相较于山北侧和西侧明显偏小。

• 利用机器学习模拟湿物理参数化方案
• 陈锦鹏,冯业荣,黄奕丹,蔡乐天,洪晓湘,文秋实

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  摘要

  2023-09-04

• 摘要：数值天气预报模式的湿物理参数化方案对降水预报有很大影响。常规湿物理参数化方案计算复杂，计算量大，且存在较大不确定性。本文采用四种机器学习算法即基于决策树的梯度提升算法（LightGBM）、全连接神经网络（FC）、卷积神经网络（CNN）和卷积块注意力模块（CBAM）提取数值预报模式变量网格点周围的局部信息建模。针对一次南海台风过程，开展湿物理参数化方案模拟试验。试验表明，四种机器学习模型均能较好地模拟湿物理参数化方案的温湿效应，能够刻画台风对流活动产生的热源和水汽汇的螺旋结构。位温倾向在对流层中层误差较大，比湿倾向在对流层低层误差较大，随着预报时效延长模型的模拟能力有所退化。本文为开发基于机器学习的模式物理参数化方案提供参考依据。

• 基于自注意力和门控循环神经网络的雷达回波外推算法研究
• 薛丰昌

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  摘要

  2023-08-29

• 摘要：传统利用门控循环神经网络进行雷达回波外推中，临近时刻的数据是相互依赖的，随着预测时间步的推进，导致误差累积，误导模型对未来时刻的预测，削弱了模型的长期预测能力，同时现有的时空序列预测模型对强回波区域的捕捉能力不足，对强回波区域走势预测不准确。针对基于门控循环神经网络搭建的雷达回波预测模型存在的问题，在数据处理层面，通过改进对雷达回波图像序列归一化的方式，提升了近几年内常用的三种时空序列预测模型对强回波的预测水平；在模型算法层面，将两个联立的自注意力结构引入ST-LSTM结构，组成新的循环门控单元，并将这些循环门控单元进行堆叠，建立ST-SARNN模型。选用CSI和POD作为精度评价指标，进行模型对比分析，并选用一个典型案例进行可视化展示，经过对比发现，本文构建的雷达回波时空预测模型对雷达回波的预测性能显著优于ConvLSTM、PredRNN和MIM等模型。

• 10–20天和30–60天低频振荡对华南前汛期持续性暴雨的影响差异及机制研究
• 臧钰歆,徐邦琪,高迎侠

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  摘要

  2023-08-14

• 摘要：[资料和方法]利用中国气象局发布的《区域性重要过程检测和评价业务规定》中对省级区域性暴雨过程的统计数据、NOAA Climate Prediction Center降水资料、向外长波辐射（OLR）资料以及 ERA-Interim再分析资料，[目的]本文探讨了10–20天和30–60天两类低频振荡对华南前汛期持续性暴雨的相对重要性，并基于尺度分离的水汽方程和垂直速度方程诊断了相关物理机制。[结果]结果表明，10–20天准双周振荡对暴雨强度的影响较为显著，而30–60天季节内振荡与暴雨持续时间相关性较高，这表明持续性暴雨事件与低频降水的发生和演变关系密切。通过对低频降水的热力和动力过程诊断，发现10–20天低频降水的水汽来源主要为水汽平流过程，而导致水汽平流正距平的主要原因是10–20天风场和背景水汽场的相互作用；而对于30–60天低频降水而言，水汽平流和水汽辐合均为扰动水汽的累积提供了正贡献，但其中水汽平流更为重要，其主要来源于平均风场和30–60天水汽场的相互作用。有利于两类低频降水发生的动力条件，即垂直上升运动，其主要源于平均风场和扰动涡度场相互作用所引发的垂直涡度平流梯度。[结论]以上结果显示，提高模式中低频振荡与季节平均状态尺度相互作用的刻画能力，是改进预报持续性暴雨的关键基础。

• 闪电通道状态变化参数化的建立及截断和再击穿的数值模拟
• 张袁瞰,郑天雪,谭涌波,唐渤

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  摘要

  2023-08-09

• 摘要：[目的]为了提高数值模式对闪电精细化放电过程的仿真能力，与不断提高的闪电探测技术形成互补，探讨再击穿过程与雷暴电参数之间的关系，本工作建立了一个能够再现先导截断以及再击穿过程的自持电中性完整闪电参数化方案。[资料和方法]考虑到了正负先导的极性不对称问题，分别为其设置了不同的传播速度以及起始和传播阈值。方案新增了通道电导率、平均电流、电荷等非线性电参数，并以这些参数的实时更新驱动闪电通道发展，设置了不同的通道状态变化阈值，实现了先导通道衰退、截断以及重新激活的实时状态变化。基于通道平均电流、纵向电场以及电导率的实时变化，方案将电荷在空间中重新分配，保证了通道的自持电中性，这也是再现再击穿过程的重要基础。[结果]本工作将新方案植入经典雷暴云三极电荷模型中，模拟得到的云闪在通道结构、先导截断及再次激活、正负先导的极性不对称等方面与现有观测事实存在较好的一致性。[结论]通过与观测事实以及一些概念模型进行验证，新方案在保证自持电中性的前提下，在模拟包含截断和再击穿过程的完整闪电放电过程方面具有一定合理性和先进性。

• 基于对流风暴结构的双偏振雷达Zdr柱识别及应用研究
• 潘佳文,徐鸣一,吴举秀,吴伟杰,郑秀云,彭婕,韩颂雨

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  摘要

  2023-08-08

• 摘要：双偏振雷达观测到的垂直伸展至环境零度层之上的柱状差分反射率因子增强区(即Zdr≥1dB),被称为Zdr柱。Zdr柱可以提供对流风暴的上升气流位置和强度信息,是分析对流风暴演变的有力工具。[目的]为了实现对Zdr柱的自动识别并提供用于对流风暴预警的诊断信息。[资料和方法]基于对流风暴的三维形态特征,使用厦门双偏振雷达观测数据设计了Zdr柱识别算法,并提取了Zdr柱形态参数。结合地面观测资料,探索了Zdr柱形态参数在对流风暴定量化分析领域的应用。[结果与结论]研究表明：(1)强风暴和非强风暴在Zdr柱形态参数上存在统计学上的明显差异,这就为预报员据此判别两类对流风暴提供了参考依据。当Zdr柱深度达到1500m后,至少有60%的雷达体扫与强风暴相关。Zdr柱体积、质心高度和最大Zdr值的阈值达到20m3^、500m和3dB时,这一比例分别达到70%,70%和50%。(2) Zdr柱的演变可较好地指示对流风暴的发展过程,其形态参数的极值早于强对流天气现象出现。在连续性强对流天气过程中,Zdr柱的再度发展预示着对流风暴的再次增强。(3) Zdr柱对于风暴的合并与分裂过程具有预示性。在风暴合并(分裂)过程中伴有Zdr柱合并(分裂)的现象,其中有57%(69%)的过程Zdr柱提前于对流风暴发生合并(分裂)。(4) Zdr柱的位置与对流风暴的后续传播方向存在相关性,可为改善对流风暴移动路径的预测提供参考依据。

• 湿C矢量及其应用
• 黄逸飞,姚秀萍

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  摘要

  2023-08-08

• 摘要：C矢量（C）是Q矢量（Q）在三维空间中的延伸，表征了三维非地转运动。然而，C是基于地转风近似和绝热条件得到的，没有包含大气运动的非绝热加热信息。大气中的降水及其影响天气系统往往与大气凝结潜热释放所产生的非绝热效应有关。本文从β平面下的p坐标系大气原始方程组出发，考虑大气非绝热效应，推导湿C矢量（C*），揭示C*物理意义。利用ERA5再分析资料和高原低涡数据集，通过C*诊断青藏高原低涡（简称“高原涡”）个例形成、发展和移动过程，并与C的诊断结果进行对比以证实C*的应用价值。结果表明，相较于Q和C，C*包含更全面的非地转运动信息，在诊断中具有优势。C*的水平分量（CH*）表征了热成风非平衡和非绝热加热作用产生的次级环流，能更好地解释高原涡移动方向改变的原因；C*的垂直分量（Cp*）恢复了被Q丢失的非地转运动信息，描述了地转非平衡产生的水平非地转运动，其负值中心表征高原涡中心的位置，且对高原涡发展具有一定的预示作用。此外，CH*和Cp*的相对大小还表明高原涡存在显著的斜压性。

• 台风“米克拉”在台湾海峡南部突然快速增强的原因分析
• 吕心艳,董林,高拴柱

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  摘要

  2023-08-04

• 摘要：利用欧洲中期天气预报中心ECMWF-interim再分析资料、中国气象局台风最佳路径资料、NOAA逐日最优海表温度（OISST）、Himawari-8卫星资料以及中国地面自动站观测资料等，分析了台风“米克拉”近海强度预报难点，并研究了“米克拉”在台湾海峡南部快速增强的环境因子，探讨了“米克拉”在较强环境风垂直切变下快速增强过程中对流非对称性分布特征。结果表明：（1）台风“米克拉”在较强200-850hPa环境风垂直切变下在台湾海峡南部海域发生了快速增强，并以峰值强度在福建登陆，非常少见，造成预警时间短，强度预报难度大；（2）有利的海洋热状况和大气环流环境条件，如南海北部海温异常偏暖，南亚高压南侧东风急流与“米克拉”相互作用引起的强烈高层出流，以及强劲稳定西南季风气流带来的充沛水汽输送，均对台风“米克拉”在台湾海峡南部海域快速增强有着重要作用；（3）台风“米克拉”快速增强过程中，传统业务主要关注的200和850hPa之间的环境风垂直切变较强，但从环境风的垂直结构分析发现切变主要集中在对流层中高层，而中低层切变较小，且中高层环境风垂直切变对台风增强的抑制作用相对中低层切变不明显；（4）深对流在台风“米克拉”快速增强过程中呈现了明显的非对称分布特征，主要集中在环境风垂直切变的顺切变一侧以及切变的左侧，并且伴随了深对流由顺切变一侧向逆切变一侧气旋式爆发传播特征，期间台风“米克拉”高低层涡旋中心的垂直倾斜度明显降低，有利于“米克拉”快速增强。关于不同层次环境风垂直切变对台风强度变化的影响机制以及较强环境风垂直切变下台风增强过程中对流非对称的爆发特征，今后将结合更多个例进行深入研究。

• 2007-2021年上海莘庄太阳最大入射辐射变化特征和环流背景
• 刘丽,赵春江,祝从文,张书萍

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  摘要

  2023-07-26

• 摘要：本文利用2007-2021年上海莘庄太阳能辐射仪(型号：EKO-MS602)接收到的逐月最大太阳辐射(MSR)资料，将水平0?角辐射仪观测值为参考，分析了0?-25°不同仰角观测的MSR之间的差异，评估了台站观测、欧洲中期预报中心(ECMWF)大气再分析(ERA5)与太阳能辐射仪观测辐射之间的误差。在此基础上，讨论了MSR与天气要素之间关系，发生的环流背景和天气尺度演变特征。我们发现，上海莘庄的MSR季节波动范围介于800-1300W/m2之间，峰值和谷值分别出现在5月和12月。观测的最大MSR值接近太阳常数，年际变化幅度接近200W/m2。相对于0?角观测，当太阳能板倾角位于5?-20?之间时，平均每个月可多获50-250W/m2的辐射，最佳倾角为20?。ERA5大气再分析相对于观测MSR存在显著的低估，年平均低估近200W/m2。虽然两者之间的季节变化相关系数高达0.88，但是在空间和时间上存在显著的差异，年际变化关系并不显著。针对与MSR时间误差小于3天的大气环流背景合成，我们发现，虽然春、夏、秋、冬4个季节的环流结构存在差异，但总体来看，偏北风加强、云量偏少、温度偏高的天气过程有利于MSR的发生。

• 利用静止卫星资料的川渝地区云覆盖特征研究
• 王健捷,胡秀清

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  摘要

  2023-07-25

• 摘要：[资料和方法]本研究利用气象卫星风云四号A星和葵花8号观测资料，根据川渝地区独特的地形地势将其分为东部低海拔地区和西部高海拔地区，建立高分辨率的网格化无云背景场，作为无云与有云辐射差异对比，使用阈值法进行晴空、水云、冰云、低层云雾、霾和积雪的检测，[目的]进而提高云识别信度，统计分析2016－2021年川渝地区云覆盖时空分布特征。[结论]研究表明：川渝地区云的区域分布特征显著，东西部具有明显差异，总体呈东多西少，云覆盖频率常年存在高值中心，云覆盖面积有明显月变化特征。[结果]东部低海拔地区云覆盖频率常年在70%－80%，而西部高海拔地区云覆盖频率在50%－65%。云覆盖频率的高、低值过渡区对应青藏高原与四川盆地之间的陡峭地形区，这与地形地势、水汽条件和大气环流特征相关。各月的云覆盖面积在东部低海拔地区相对稳定（占比在60%－80%），而西部高海拔地区差异较大。其中东部的冰云和西部的总云面积具有显著月变化（单峰）特征，峰值出现在7月份，分别为37%和76%。六年中各类型面积占比年际波动较小，东部的云覆盖面积占比常年超过70%，其中水云占比最大（35%－40%），冰云次之（20%左右），低层云雾最小（约13%）；西部的云覆盖面积占比常年约60%（水云24%－26%，冰云22%－25%，低层云雾约10%）。

• 河南“21·7”极端暴雨的研究进展
• 姚秀萍,李若莹

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  摘要

  2023-07-14

• 摘要：2021年7月17日?22日，河南省发生了一次造成严重人员伤亡和财产损失的极端暴雨事件，被称为“21·7”极端暴雨。在“21·7”极端暴雨发生不到2年的时间里，“21·7”极端暴雨相关的研究取得了诸多成果，所发表的论文达百篇。文中主要从降水的特征、影响天气系统、发生发展机制、下垫面效应、气候变暖增幅效应和数值模式预报等方面对 “21·7”极端暴雨的研究进展进行了梳理和总结，并与“75·8”特大暴雨的研究成果进行对比。结果表明，由于观测技术的发展和研究方法的改进，“21·7”极端暴雨的研究结果呈现了比“75·8”特大暴雨研究更精细的降水和中小尺度系统的特征尤其是微物理过程，其中中尺度对流系统与中尺度对流涡旋耦合增强的动力学过程和霰粒子的融化促进各种尺度粒子的同步增长的微物理过程是“21·7”极端暴雨过程的重要发现；“21·7”极端暴雨体现了更明显的热带和海洋的影响，可能导致“21·7”极端暴雨过程出现更极端的小时雨量；然而，城市化对极端暴雨的影响较为复杂，它和气候变暖信号难以区分，增大了“21·7”极端暴雨机理研究的不确定性。最后，对未来研究方向进行一定的展望。

• 高分辨率地形资料应用对CMA-MESO模式地面气象要素的影响
• 陈冬梅,马玉龙,李源,冯家莉,高彦,尹鹏帅,万齐林

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  摘要

  2023-07-06

• 摘要：真实地形包含各自不同尺度的地形特征，对各种时空大气运动有深刻影响。不同尺度的地形效应很难在数值模式的离散格点中准确刻画，是发展数值模式的难点问题之一。随着模式向亚公里级高分辨率发展，模式对地形细节刻画准确性的要求越来越高。本研究在CMA-MESO中引入ASTER-1s高精度地形数据和改进地形滤波函数，在滤去波长接近模式网格的小尺度地形的同时保留更多地形细节，以提高模式对地形的刻画准确性。通过冬、夏各一个月批量模拟试验结果与2万多个地面观测站点数据对比，发现单独采用ASTER-1s地形而不改变CMA-MESO的地形滤波函数，模式对2 m温度和10 m风速的整体预报准确性提升较小，采用ASTER-1s地形并改进地形滤波函数，明显提高了模式对2 m温度和10 m风速的预报准确性，对温度和风速的月平均均方根误差提升分别为6.4%和4.9%。此外，改进的新地形方案对降水预报提升较弱，未引起非真实的细碎降水分布或异常值。动能谱分析新引入的地形和滤波函数未造成高频能量积累，表明新地形方案的可靠性。

• 基于CMA-BJ数值预报模式产品的复杂地形下冬奥站点地面气温和风速预报方法研究
• 王在文,全继萍,张鑫宇

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  摘要

  2023-06-29

• 摘要：北京冬奥服务对站点要素预报提出了明确需求，2 m温度预报偏差在±2℃以内，10 m风速预报平均偏差小于观测30%，本文提出一种基于相似集合嵌套一元线性回归的预报方法——嵌套相似集合（AnEn-Ne），该方法基于相似集合思路，在满足一定条件时，启动其嵌套一元线性回归提供订正预报。冬奥赛期（2021年11月1日-2022年3月15日）实时业务预报表明，嵌套相似集合具有较好的预报效果，相对业务数值模式（CMA-BJ）预报，预报精度显著提高，相对相似集合预报和一元线性回归，预报精度明显提高，其预报结果满足冬奥服务需求。复杂地形下的要素预报检验表明，CMA-BJ模式预报2 m温度虽然存在较明显的系统性偏差，但与观测相关性强，对观测的表征意义明显，订正后能有效消除复杂地形影响，10 m风速模式预报偏差震荡明显，模式预报与观测相关性较弱，表征意义差，订正后站间差异明显；改进CMA-BJ模式复杂地形区近地面风速预报对观测的表征意义，可进一步提高本文方法对10 m风速订正预报的精度。

• 基于FY-4A的庐山云海特征及其成因研究
• 陈勇,段婧,王新,郭强,张小鹏

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  摘要

  2023-06-29

• 摘要：利用FY-4A卫星等资料分析了2019-2021年的19次庐山白天云海过程（12个传统云海和7个瀑布云过程），研究了庐山云海特征及其形成机制，评估了卫星资料在云海识别中的应用。研究表明：FY-4A可见光云图可基本辨识庐山云海范围及宏观演变特征，但较难刻画出小尺度瀑布云的精细结构；FY-4A的云顶高度L2产品可用于庐山传统云海的识别，但较难识别瀑布云过程。非洋面海岛的庐山也存在云系尾流现象且频率较高（共3次过程），由绕流作用形成的尾流云系呈逗号状分布，做规律性摆动但无连续涡旋；该尾流型云海形成的主要因素为庐山相对周边孤立的椭圆形山体、冷高压底部的强北风低空急流、山腰逆温层。庐山云海发生时大多受地面高压控制且位于850hPa的高湿区或边缘区域，该区域的弱下沉运动形成的逆温层和低空充沛的水汽利于庐山云海形成及维持。

• CMA-BJv2.0逐小时快速更新追赶循环同化预报系统研发及应用I: 资料同化及系统构建
• 陈敏,仲跻芹,卢冰,童文雪,冯琎,张舒婷,黄向宇,范水勇

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  摘要

  2023-06-27

• 摘要：本文详细介绍了CMA-BJv2.0区域逐小时快速更新循环同化分析及短时预报业务系统在逐小时更新循环和资料同化方面的关键技术特点。该系统采用分析增量更新作为初始化方案,有效抑制了初始噪声累积问题；通过充分考虑各类观测资料实际到报截断时长的差异,发展了包括循环分析和更新预报两个部分耦合的逐小时追赶循环运行框架,实现了对各类观测资料充分高效的利用,也较好地兼顾了短临预报服务对逐小时更新循环预报产品的时效性要求；通过在分析循环的同化背景场部分应用动态混合方案,实现了全球模式大尺度场对区域模式中小尺度热动力场发展的动态约束,有效抑制了快速更新循环预报误差累积导致的大尺度预报场变形的问题；在资料同化方面,实现了全国雷达反射率因子拼图资料的同化应用,并通过仅在更新预报部分开展雷达反射率资料同化以规避连续循环同化造成的水汽正向过量累积、调整雷达同化时的背景场误差的方差和长度尺度两方面的策略优化有效提升了雷达同化的应用效果；此外,在CMA-BJv2.0系统中实现了全国风廓线雷达观测资料的实时同化应用。

• 涡旋结构和环境场对台风“黑格比”（2020）强度变化的影响
• 马艺铭,方娟,王晨迪

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  摘要

  2023-06-20

• 摘要：基于2020年4号台风“黑格比”发展增强过程的集合模拟试验，探讨了初期涡旋和大尺度环境背景对台风最大强度的影响。研究结果表明台风初期涡旋的最大轴对称切向风比最大全风速能够更早且更准确地指示台风最大强度，最大轴对称切向风与最大强度间的相关性明显好于最大风速与最大强度间的相关性。这主要是由于在环境场的影响下，台风初期涡旋通常具有明显的非对称性特征，最大风速往往出现在局地强对流附近，不能代表涡旋整体的风速，而轴对称切向风较好地反映了初期涡旋的整体风速，因而对最大强度有很好的指示作用。除了最大轴对称切向风，初期涡旋的最大风速半径附近及其外侧低层的轴对称切向风和入流越强，其伴随的向台风内核区输入的角动量越大，台风的最大强度也越大。台风涡旋水平尺度与最大强度的关系研究表明，“黑格比”外围风圈尺度与最大强度有较好的相关性，最大风速半径与最大强度的相关性较弱。相较于外围风圈尺度和最大风速半径，台风涡旋的丰满度与最大强度有最强且显著的相关性，这意味着对于小台风“黑格比”而言，只要初期涡旋丰满度大，其最大强度也会很强。“黑格比”台风的最大强度还受到环境场的显著影响。当“黑格比”西侧的森拉克台风和东侧的副热带高压模拟偏强时，不仅使得“黑格比”引导气流的向北分量偏强，导致“黑格比”北移速度偏快，更早受到北方干空气的侵入，而且同时还会使得“黑格比”的环境风垂直切变增大，这些都不利于台风达到更强的最大强度。上述结果表明，对于“黑格比”这一类台风而言，初始涡旋结构和邻近台风及副热带高压的准确描述是提高台风最大强度预报能力的重要前提。

• 全球微波陆表发射率产品质量评估及优化
• 刘勇洪,唐飞,徐永明,翁富忠,韩阳,杨俊

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  摘要

  2023-06-13

• 摘要：全球微波陆表发射率（MLSE）地图集是目前卫星资料同化观测算子中的重要初猜值或模拟值，但由于缺乏“真实”的观测MLSE，已有的基于多种微波传感器生产的全球MLSE产品质量可靠性并不知晓，而且还缺乏1套质量较好频率覆盖范围较宽的全球MLSE数据集。本研究选择了大气快速辐射传输模型（RTTOV）中所使用的3套MLSE地图集（SSMI/S、AMSU-A/B、ATMS）、TELSEM2工具背景数据集、2套AMSR-E数据集（AMSR-E1和AMSR-E2）和1套FY3D 数据集，基于统计分析技术开展了7套MLSE产品的全球时空一致性评估，并选择了6种典型土地覆盖类型开展了各产品MLSE随土地覆盖类型和频率变化一致性评估，并在MLSE产品优选的基础上对TELSEM2发射率产品进行了优化，新建了1套频率为6.9-150.0GHz的全球MLSE数据集（CoTELSEM2）。研究结果显示：AMSR-E2几乎不可用，AMSR-E1、TELSEM2、SSMI/S、AMSU-A/B、ATMS、FY3D月MLSE之间具有较好时空一致性，平均空间相关系数为0.887-0.928，其中TELSEM2最高（0.928），FY-3D略低（0.914）；平均绝对偏差为0.031-0.041，其中TELSEM2最低（0.031），FY-3D最高（0.041）；传感器相同扫描方式较不同扫描方式的空间一致性更好，圆锥和跨轨扫描方式分别以TELSEM2和AMSU-A表现更优；ATMS 51.7GHz MLSE存在系统性高估，AMSR-E1和FY-3D 23.8GHz、89.0GHz MLSE在高植被覆盖地区也存在系统性高估，而FY3D MLSE则存在一些明显偏高或偏低问题。总体上TELSEM2和AMSU-A/B的质量可靠性较高，FY3D质量可靠性偏差。新的CoTELSEM2发射率产品具有较好的时空一致性和频率依赖一致性，且全球MLSE的季节变化不确定性存在明显的土地覆盖类型依赖特征。

• 4-9月东北大陆型冷涡消亡方式及其统计特征
• 范子琪,朱科锋,薛明

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  摘要

  2023-06-05

• 摘要：利用ERA-Interim再分析数据，主观识别了2009-2018年4-9月东北冷涡，并根据冷涡所在位置将其客观聚类为5类，其中三类“大陆型”冷涡主要影响我国东北地区，称为“西北类”、“东北类”和“东南类”冷涡。东北冷涡的消亡方式主要有两种，一是系统高层受非绝热加热侵蚀，二是被平流层高位涡源再吸收。对比分析“非绝热消亡”和“再吸收消亡”方式下三类大陆型冷涡统计特征的差异及原因。结果表明：（1）“西北类”和“东南类”冷涡以非绝热消亡为主而“东北类”冷涡以再吸收消亡为主；（2）再吸收消亡冷涡强度一般强于非绝热消亡冷涡，这主要由于前者的北侧平流层高位涡源持续向冷涡系统补充高值位涡，而后者强度不断被降水潜热释放削减；（3）非绝热消亡冷涡持续时间比再吸收消亡冷涡长，且前者消亡阶段时间占生命史的比例更大；（4）降水和高空槽与冷涡的位置关系是影响冷涡消亡的两个主要因素。在冷涡气旋环流内部接近冷涡中心的较强降水能直接侵蚀高层冷涡内核区，导致其非绝热消亡；冷涡位于高空槽前或槽底有利于冷涡向北平流以被高位涡源再吸收而消亡。

• CMIP6模式大气中南北半球水汽质量反相变化：不同温室气体排放情景差异
• 乔年,卢楚翰,管兆勇,胡杨

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  摘要

  2023-05-24

• 摘要：水汽质量变化对大气质量南北涛动季节变化有明显的抵消作用。[资料和方法]使用2015年1月-2100年12月的CMIP6资料[目的]分析四个温室气体排放情景下水汽质量季节循环特征，并与1958年-2015年历史模拟试验对比，得到：[结论]半球水汽质量存在着明显的季节循环特征，[结果]北半球冬季水汽质量变化小，夏季水汽质量变化大；南半球夏季水汽质量变化大，冬季水汽质量小。无论是南半球还是北半球，与其他排放情景相比，SSP1-2.6(Shared Socioeconomic Pathway)情景下南北半球水汽质量年变程最小。四个情景下冬夏季节水汽质量异常变化都比春秋季节剧烈。随着CO2的增加，SSP3-7.0情景下北半球水汽质量年变程最大，相比于历史模拟试验增加了26.49%，南半球则不同于北半球，SSP1-2.6情景后随着CO2的增加，南半球水汽质量年变程也随之增大，在SSP5-8.5情景下达到最大。水汽质量IHO年变程随着CO2浓度的增加而增大，在SSP5-8.5情景下达到最大，但增大的幅度减小。[结论]CO2浓度变化对赤道附近水汽质量异常变化影响最为明显，且越靠近南极，水汽质量异常变化越小，但越靠近北极，夏季水汽质量异常变化大于冬季变化。此外，CO2浓度的增加会导致夏季水汽质量逐渐向北半球中纬度堆积。[目的]这些结论有利于更好地认识区域间水汽质量变化对CO2浓度增加的响应，为未来有关降水的气候政策制订提供线索。

• ENSO对中国东部前后冬天气尺度气温变率的不同影响及其可能机制
• 吴迪,张文君,耿新,薛奥运,胡苏琼

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  摘要

  2023-05-24

• 摘要：摘要 [资料和方法] 基于国家气象信息中心提供的中国第一代全球大气和陆面再分析产品（CRA）的逐日气温资料，美国国家海洋大气中心（NOAA）重建的逐月海表温度资料以及美国国家环境预测中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）提供的大气环流再分析资料，[目的]本文研究了ENSO对中国东部前后冬天气尺度气温变率的影响及其物理机制。[结果]研究结果表明，ENSO对中国东部天气尺度气温变率的影响在前后冬存在着显著的差异。[结论]ENSO对前冬我国东部天气尺度气温变率影响较弱，后冬显著增强。后冬时期，ENSO与我国东部长江中下游地区天气尺度气温变率之间呈现出显著的正相关关系，即El Nino年后冬我国东部长江中下游地区天气尺度气温变率增强,气温波动幅度增大；La Nina年后冬天气尺度气温变率则减弱，气温较为平稳。进一步研究表明，ENSO在后冬时期可通过影响与欧亚大陆上空南北温度梯度相关的大气斜压性，调节下游东亚地区大气环流的天气尺度变率，进而影响天气尺度气温变率。具体而言，在El Nino年后冬，南北温度梯度大，大气斜压性较强，经向风活跃，冷空气活动较为频繁，天气尺度气温变率增大；La Nina年后冬，异常情况与之大致相反。然而在前冬时期ENSO对欧亚大陆上空南北梯度即大气斜压性影响较小，因而对我国东部天气尺度气温变率的影响也较弱。本研究成果丰富了我们对ENSO影响我国气温变率的理解，有利于我国冬季气温季节预测水平的提升。

• 我国华北—东北南部汛期降水影响因子分析及季节预报模型的建立
• 唐筱,陶丽,邓敏君

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  摘要

  2023-05-22

• 摘要：华北—东北南部夏季受东亚夏季风的影响，频繁发生干旱和洪涝等灾害，但华北—东北南部汛期降水成因复杂，其季节预测因子的选择和预报模型还需进一步研究。由经验正交分解（EOF）得到1981—2020年华北—东北南部汛期（7—8月）降水前两个模态（分别为整体一致型、南北相反型的空间结构），基于信息流特有的因果关系挑选华北—东北南部汛期降水前两个模态的预报因子，并通过多元逐步回归进一步筛选预报因子、建立季节统计预报模型。第一模态降水对应的主成分时间序列（PC1）经过筛选后有3个，分别为超前5个月的热带西印度洋海表温度（SST）、超前6个月的西西伯利亚平原850hPa经向风以及超前2个月的热带中太平洋850 hPa经向风。PC2预报因子经筛选后有4个，分别为超前2个月的南印度洋中部SST、超前3个月的鄂霍茨克海地区向外长波辐射（OLR）、超前2个月的热带西太平洋850 hPa经向风以及超前9个月的北大西洋涛动指数（NAO）。基于前两个模态的回报/预报PCs的重构场与观测场之间的时间相关系数（TCC）全场平均达到0.46，实际PCs重构场与观测场之间空间相关系数（PCC）的年际变化较大，而回报/预报PCs重构场和观测场年际变化与其类似，其40年平均PCC为0.35，说明前两个模态重构拟合较好的年份预报技巧也较高。文章最后对预报因子影响华北—东北南部汛期降水的可能机制进行初步分析。

• 2010s初华北夏季降水年代际增加及与大气环流异常的联系
• 赵嘉诚,李清泉,丁一汇,刘芸芸,谭桂容,沈新勇,吴清源

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  摘要

  2023-05-22

• 摘要：华北是中国人口聚集区及主要的农业和工业产区，旱涝灾害会造成严重的经济损失和环境影响。基于近61年(1961-2021年)逐月降水量观测数据研究发现，华北地区夏季降水在2010s初期发生了明显的年代际变化，在2011/2012年前后经历了从干到湿的变化。选择1999-2011年作为干旱期，2012-2021年作为湿润期，进一步对比分析了华北地区在干旱期和湿润期相关大气环流系统的差异。结果表明，华北地区此次从干到湿的年代际变化与东亚夏季风的变化关系不大，这与20世纪70年代末和90年代末发生的年代际变化有所不同。在2011-2021年湿润期，对流层中低层环流场上表现为蒙古-东北地区上空为气旋式环流异常，气旋西侧的偏北风将高纬的冷空气输送进入华北，有利于冷暖空气在华北地区的交汇；而对流层高层，蒙古-贝加尔湖地区上空的气旋式环流异常有利于东亚西风急流的增强，通过涡度方程诊断可知主要由相对涡度的水平平流项对急流位置的偏北东伸起重要贡献；这样的环流形势有利于华北地区上升运动的增强。与此同时，湿润期华北地区上空假相当位温增加，且假相当位温垂直变化增强，说明华北上空大气更加暖湿，大气层结不稳定，也有利于垂直运动的发展。动力和热力条件的变化共同导致了华北地区在2012-2021年降水较前期降水明显增多。本研究结果将有助于提高对华北地区夏季降水变化的认识和理解，为华北地区的降水预报和防灾减灾提供科学依据。

• 机载毫米波雷达反演降水性积层混合云暖区液态水含量及其与飞机观测的对比
• 杨晓,黄兴友,孙鸿娉,王玉莹,李培仁

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  摘要

  2023-05-22

• 摘要：液态水含量(Liquid water content, LWC)是重要的云参数，对了解云微物理过程以及在人工影响天气效果检验等方面有重要的指导意义。针对前人研究的反射率因子Z与LWC经验公式适用范围有限的情况，[资料和方法]利用2018—2020年飞机观测资料，在验证国内首部机载云雷达（Ka-band Precipitation Radar，KPR）探测能力和数据可靠性的基础上，采用分档平均方案，[目的]建立了适用于降水性积层混合云的Z-LWC经验公式，[结果]，相关系数达0.995，均方根误差RMSE为0.2 [log10(g/m3)]。验证表明，[结论]该经验公式反演的液水含量与飞机实测的 LWC吻合较好，且在大多数情况下都优于前人经验公式反演的结果。

• 江淮地区山区和非山区夏季降水雨滴谱特征
• 金祺,石春娥,高金兰,鲁德金

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  摘要

  2023-05-19

• 摘要：雨滴谱特征分析是研究降水微物理特征的重要方法, [资料和方法]使用2011—2012年夏季(6—8月)安徽4个站点雨滴谱资料,根据雨强及其随时间的变化将降水划分为对流降水和层云降水,[目的]对比研究了山区和非山区对流降水和层云降水的雨滴谱特征并比较其共性与差异。[结果和结论]主要结论有：山区和非山区均是雨强小于1mm/h的降水发生频率最高,雨强小于1mm/h和雨强大于30mm/h的降水发生频率都是山区比非山区低。山区对流降水的D_m(质量加权平均直径)比非山区小,lgN_w(标准化参数)比非山区大；山区与非山区层云降水的D_m和lgN_w均比较接近。相比层云降水,山区地形对对流降水雨滴谱的影响更大。当雨强相差不大时,对流降水的平均D_m与平均lgN_w呈反相关关系。山区不同站点间对流降水的D_m―lgN_w关系比较接近,雨强增大是由雨滴尺度增大和雨滴数浓度增大共同作用导致；非山区对流降水雨强增大主要是雨滴尺度增大导致。对流性降水,当雨强小于30mm/h时,地形对雨滴谱有显著影响；当雨强大于30mm/h时,地形对雨滴谱的影响显著减弱。山区降水类型对Z(雷达反射率)―R(雨强)关系的影响较小。

• 台风快速增强爆发前后的背景环流和热力动力条件的演变
• 高拴柱,吕心艳

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  摘要

  2023-05-18

• 摘要：[资料和方法]使用1949-2020年中国气象局上海台风研究所热带气旋最佳路径资料和1991-2020年欧洲中期天气预报中心ERA-Interim再分析资料，利用200 hPa和850 hPa风场u、v分量联合EOF分解，[结果]归纳了台风快速增强（简称RI）爆发前后的环流特征以及环境动力和热力条件的演变。[结论]结果表明，台风快速增强爆发时的EOF分解主分量低层为季风汇合型，有利于台风低层水汽输送，高层环流有明显的出流通道，可作为台风快速增强预报的典型环流形势；海表温度、水汽和对流不稳定等热力条件，以及环境风垂直切变和表征台风高层出流的高空辐散等动力条件一般能达到台风增强所需要素的适值范围，但台风从一般增强到快速增强转变过程中，有利于台风增强的各环境因子要素值并没有显著变化或突变，更有极端个例显示环境因子向不利于台风增强的趋势变化。[目的]该研究为今后台风快速增强预报和进一步研究提供了参考。至于RI个例中出现的不利条件，是否可有其它有利因素抵消这些条件的负面影响，以及相应的物理过程又是怎样的，这些问题今后还需进行深入研究。

• 基于贝叶斯方法的冰雹大小识别研究
• 吴举秀,胡志群,夏凡,潘佳文

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  摘要

  2023-05-11

• 摘要：[目的]冰雹大小直接影响到产生天气灾害的程度，针对冰雹大小识别的需求，[资料和方法]基于济南和青岛两部S波段双偏振雷达探测的冰雹统计信息建立数据集，获取小冰雹、大冰雹、特大冰雹的雷达水平反射率因子ZH、差分反射率ZDR和相关系数CC的概率分布，构建基于贝叶斯方法的冰雹大小识别模型(Hail size discrimination model，HSDM)，然后应用两个超级单体雹暴过程进行验证。[结果与结论]研究表明：（1）模型识别结果与实况吻合，识别的冰雹大小也符合不同尺寸冰雹散射特性、偏振参量特征及超级单体雹暴动力与微物理特性的分析。（2）冰雹大小的水平分布特征与垂直分布特征符合超级单体雹暴降水粒子筛选机制及冰雹生长机制。大冰雹、特大冰雹主要分布在靠近前侧V型槽口的强回波区；超级单体悬挂回波下侧生成小冰雹，弱回波区上面高梯度的强反射率区主要生成大冰雹、特大冰雹并沿强回波墙落地，小冰雹在远离上升气流一侧降落。（3）靠近上升气流的小冰雹主要分布在ZDR柱、KDP柱及之间区域，大冰雹及特大冰雹主要位于远离ZDR柱的KDP柱另一侧。可结合低于2 km高度的识别结果综合判断强冰雹落地浓度。

• 自然冰雪晶粒子观测及形状分类研究进展
• 段婧,郭恒,胡金蓉,周旭,吴锡,陈宝君

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  摘要

  2023-05-11

• 摘要：[目的]冰雪晶是云中水成物的重要组成部分，鉴于不同形状的冰雪晶，其形成及增长的物理条件、过程经历不同，为此准确判断观测冰雪晶粒子的形状是揭示云微物理结构和降水机制的重要依据。[资料和方法]文章概述了近半个多世纪以来，国内外观测冰雪晶粒子的方式和手段。梳理了对冰雪晶粒子的测量和形状分类技术的发展历程。[结果]分析总结了对冰雪晶观测及其形状分类识别技术的新进展，并对未来发展进行了展望。[结论]旨在为促进我国云微物理结构和降水机制深入研究提供基本图像库。

• 动态垂直变率降尺度方法在气温智能网格预报中的应用
• 赵瑞霞,代刊,王勇,曹勇,朱跃建,王宝利

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  摘要

  2023-05-06

• 摘要：为提高气温智能网格预报的空间精细特征和准确率，本文设计了考虑高程的动态垂直变率降尺度方法（DRD），利用模式2m气温预报随高程的变化关系实时统计地面气温的垂直变率（VCE），应用于目标网格和站点的降尺度预报，生成更加精细和准确的初始背景预报场。基于ECMWF模式预报、5km精细高程信息、我国10154个站点观测及其地理信息数据，开展冬、春、夏、秋季预报试验，分析了VCE的时空分布特征、DRD气温预报的准确率及空间精细特征刻画能力。结果表明，受地表长波辐射的日、季节变化以及地面热力属性和地形动力作用等影响，中国区域2m气温的VCE存在明显的日、季节和空间变化。VCE通常在早晨最大、傍晚最小，即早晨2m气温随着高度增加表现为一天中递减最慢或递增最快，而至傍晚则变为递减最快或者递增最慢；VCE空间变幅冬季最大、夏季最小；VCE与地形、海陆和内陆湖水体分布密切相关，大地形边缘、白天的海陆边界、及春季白天和夏季全天的内陆湖边缘通常为VCE大值区，复杂地形区VCE变幅更大。DRD预报性能整体明显优于双线性插值气温预报（DMO），复杂地形区提升效果更显著，如青藏高原南部春季DRD预报的平均绝对误差比DMO减小约14.3～52.3%；同时，DRD方法显著提高了对气温预报空间精细特征的刻画能力。可见DRD方法可以有效提升气温智能网格预报性能。

• 我国至南极海域考察船航线大气痕量气体的观测研究
• 邹炫宇,赵守栋,汤洁,郑向东,张东启,卞林根

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  摘要

  2023-04-17

• 摘要：根据2020年1—4月“北京”号极地考察船在渤海湾与南极罗斯海间海域观测的CO ，CO2，O3，CH4和N2O浓度（体积分数）数据，基于这些痕量气体的相邻1 min浓度差时间序列，分别以CO，CO2变化时段、CO+CO2 变化时段和CO/CO2值变化时段来示踪航船局地污染对各痕量气体测值影响，以此开展数据质量的评估与控制方法研究，给出这些痕量气体从我国至南极罗斯海之间的分布基本特征。结果表明： CO，CO2和O3观测受局地污染影响很明显，而CH4和N2O观测受到的影响很小，分钟浓度阈值方法有效地剔除CH4和N2O浓度数据序列中异常值。以CO或CO2示踪的污染时段均能大部分地示踪出观测受污染时段；CO/CO2比值对确定高污染区域的 CO或CO2全球本底值很有效但以放弃大量观测样本数为代价。（CO2+CO示踪）示踪是标识CO2，CO 和O3观测受污染影响的最优方法，使得回程南半球洁净大气中CO，CO2浓度测值分别降低 （5~11）nL?L-1 (10%~18%)和（3~7）μL?L-1（1%~2%），而O3上升3~5 nL?L-1 (20%~25%)，并且也使得各自痕量气体浓度值与同纬度陆地站点测值具有很一致的可比性。大气痕量气体均呈北（南）半球高（低）基本特征，南大洋以南及其南极地区稳定，而大气O3浓度在不同纬度的区域分布特征及其机制清晰。

• 夏季青藏高原对流边界层高度东-西差异对环流场的影响
• 李怡霖,赵平,车军辉,王迎春,王慧美,张超,叶佳馨

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  摘要

  2023-04-14

• 摘要：基于2013-2015年6-8月“第三次青藏高原大气科学试验（TIPEX-Ⅲ）”和常规气象业务的探空观测资料，欧洲中期天气预报中心（ECMWF）第五代再分析（ERA-5）数据，以及ISCCP云量资料，采用统计分析和物理量诊断分析方法，研究了夏季青藏高原大气对流边界层高度东-西差异对高原地区天气尺度环流的影响。结果表明：高原对流边界层高度东-西差异表现出明显的日变化，且这种差异呈现西高-东低的分布特征，主要由西部对流边界层高度明显增加所致。当中午对流边界层高度东-西向差异增大时，午后地面虚位温6小时变差呈西部高-东部低特征，且西部变化更明显，高原西部对流边界层内温度升高，东部略降低，并伴随着高原西部对流边界层内气压降低、高层升高，且低压系统较浅薄，而东部气压升高；高原低层东高-西低的气压场特征产生了异常东-西向气压梯度，引起高原中部低层出现偏南风异常，伴随着西部的低层异常辐合和高层异常辐散；同时，浅薄的低压有助于当地低云发展。

• FY-3 NDVI与MODIS NDVI对作物长势监测对比
• 钱永兰,赵晓凤,张晔萍,张明伟,王圆圆,吴门新,王小平

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  摘要

  2023-04-13

• 摘要：风云三号卫星NDVI数据是中国对全球用户开放可进行全球尺度作物长势监测的主要卫星遥感数据源，客观评估其进行作物长势监测的真实状况和能力，对业务产品应用推广、产品算法和流程改进以及长时序标准数据生产等具有重要意义。研究采用国际通用的年际差值比较模型、植被状况指数模型(VCI)以及基于NDVI的作物生长过程评估了中国风云三号B星和D星NDVI旬月合成业务产品与同期MODIS MOD13A1和MOD13A3 NDVI数据对作物长势的监测情况。年际比较模型结果表明，FY-3 NDVI的监测动态范围比MODIS NDVI的窄约0.1～0.15，两者差值在-0.02～0.02，均方差在0.08～0.09，在长势分级评估时可被忽略,但动态范围偏窄提示有必要在分级评估时使用窄一些的阈值范围。植被状况指数模型结果表明，FY-3B NDVI和MODIS NDVI的监测结果具有高度一致性，因此FY-3B NDVI和MODIS NDVI一样可明确反映作物生长的年际差异性。作物生长过程动态监测结果表明，FY-3和MODIS月合成NDVI的年际比较结果总体一致，但在作物快速生长阶段，MODIS用3个16d数据采用权重法合成月值的方法造成一定偏差，导致两者出现差异；FY-3旬合成数据和MODIS 16d合成数据的监测结果总体一致，前者在作物旺季的年际区分度更优，后者的监测曲线更为平滑。但是，FY-3 NDVI与MODIS NDVI存在总体偏差，需进一步的数据处理、质量控制和客观标定，以生成与MODIS、AVHRR等一致性、连续性的长时序FY-3 NDVI标准数据集产品，方可用于作物生长参数定量评估。

• 影响上海地区冬春季流感流行强度的关键局地气象因子研究[*]
• 常炉予,彭丽

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  摘要

  2023-04-13

• 摘要：识别影响流感流行强度的关键气象因子有助于提高流感疫情预警预测能力。本研究基于2010-2018年上海市冬春季周流感样病例数（ILI）和气象观测资料，采用分布滞后非线性模型（DLNM）和广义相加回归模型（GAM）系统分析了 ILI 与多种气象因子的关联，在此基础上使用多元逐步回归模型识别调控流感流行强度的关键气象因子。结果表明冬春季气温和相对湿度与ILI呈反向关系，低温和低湿效应的滞后持续时间较长，5℃和50%环境下滞后３周的累积风险分别为2.16（95%CI：1.18-3.95）和2.51（95%CI：1.96-3.23），且气温与相对湿度对ILI存在交互影响，干燥环境会显著加强冷效应。此外，与气温有关的不稳定天气要素也与ILI具有显著关联，其中周平均温差对ILI的影响在当周最大，周平均温差每升高1℃，ILI风险增加1.8%（95%CI：0.2%-3.4%），ILI流行早期阶段的冷空气活动频次与ILI呈单调递增线性关系，冷空气活动频次每增加1次，ILI风险增加6.8%（95%CI：2.1%-11.7%）。其中，流行早期阶段的频繁冷空气活动和流行期内的干燥环境为严重流感事件的爆发提供了合适的外界环境。研究结果可为科学理解暖冬背景下出现的大规模流感流行事件提供理论依据。

• 基于分段层次聚类的我国强降水集合平均预报逐步订正方法研究
• 招佐森,高丽,蔡宏珂,陈权亮

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  摘要

  2023-04-12

• 摘要：[目的]集合预报在数值天气预报中占有重要地位，如何有效地从集合成员中提取信息以提高降水的集合平均预报技巧是重要科学问题。[资料和方法]采用2019—2022年夏季中国气象局全球集合预报业务系统（China Meteorological Administration global ensemble prediction system，CMA-GEPS）的逐日累计降水量集合预报数据，发展了基于分段层次聚类的逐步订正方法（Stepwise correction method based on segmented Hierarchical Clustering，简记SHC），以改进该模式的强降水集合平均预报结果，并定量评估了SHC的性能，比较了其与集合平均（EM）和直接聚类法（HC）的订正效果差异。[结果]结果表明：SHC方法由于采取了分段聚类订正来有效引入更有价值的集合成员预报信息，进而修正集合平均预报结果，提升目前在短中期天气集合预报中的强降水预报能力；该方法的逐日连续预报检验评分总体上表现出对降水预报订正上的优势，相对于EM和HC技巧均有所明显提升，证明其具有良好的适用性；特别对于2021年郑州7·20暴雨个例的应用，显示出SHC方法对极端降水预报具有较好的订正效果。[结论]SHC为改进我国强降水集合平均预报技巧提供了有潜力的新方法。

• 东北冷涡气候特征及对海河流域夏季降水的影响
• 郝立生

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  摘要

  2023-04-11

• 摘要：东北冷涡是对流层发生在东北亚区域深厚的冷性低压系统,它的活动异常往往会给夏季降水预测带来很大不确定性。为改进气候预测技术,本文利用1961-2021年2400多测站降水数据和NCEP/NCAR再分析环流数据等资料,采用机器自动识别、相关分析、合成分析和回归重构等方法,分析了东北冷涡气候特征及对海河流域夏季降水的影响。主要结论如下：(1)东北冷涡发生时间和地理位置具有明显的气候特征。东北冷涡一年四季均可出现,夏季冷涡过程最多、天数最多,每次过程持续天数也是最长；其次是冬季冷涡过程多、天数多,每次过程持续天数长。月份上,5-8月冷涡过程明显多于其他月份,其中7月最多。东北冷涡出现的地理位置在夏季偏西,冬季偏东、偏北,春季、秋季位置介于夏季、冬季位置之间且发生位置基本相同。冷涡中心在全年均没有出现过在37.5°N以南的区域。在夏季,东北冷涡中心位置在7月最偏西,8月移到偏东、偏北位置。(2)海河流域夏季降水与东北冷涡存在明显的相关性。海河流域夏季降水与西涡(<120°E)天数存在显著的正相关,与东涡(≥120°E)天数存在显著的负相关。即夏季西涡的出现有利于海河流域夏季降水量偏多,也有利于我国东北地区中西部降水偏多,夏季东涡的出现会造成海河流域夏季降水量偏少,我国东北地区东部降水会偏多。(3)东北冷涡可通过动力环流异常和水汽输送异常影响海河流域夏季降水。西涡是比东涡浅的正压结构,在500hPa层表现最明显,东部有深厚高压脊阻挡。西涡在500hPa层形成”西低东高”的阻挡形势,使得海河流域多降水过程发生；西涡使得海河流域上空200hPa层高空急流加强,有利于海河流域产生上升运动,从而有利于降水过程发生；西涡还使得850hPa层东亚出现明显西南风异常,加强了向海河流域的水汽输送,有利于降水偏多。东涡是比西涡更为深厚的正压结构,在200hPa层表现更加明显,东部无高压脊阻挡。东涡在500hPa层形成“西高东低”的形势,不利于海河流域降水过程发生；200hPa高空急流异常和850hPa层水汽输送异常也没有出现有利于海河流域降水过程发生的形势。

• 一种新型的全球集合预报位温系统性偏差和随机误差结合的模式倾向扰动方法
• 韩雨盟,陈静,彭飞,刘昕,王婧卓,夏宇,陈法敬,吴卓亨,吴筱雯

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  摘要

  2023-04-06

• 摘要：传统集合预报模式扰动方法通常是来描述物理过程随机误差，但模式不可避免会存在系统性偏差，所以为了减少模式系统性偏差对集合预报的影响，利用中国气象局全球集合预报系统（CMA-GEPS），通过经验正交函数（Empirical Orthogonal Function, EOF）分解方法获得系统性偏差倾向，并在积分过程中将系统性偏差倾向扣除方法与传统的随机物理倾向扰动方法（Stochastically Perturbed Parameterization Tendency, SPPT）相结合，构建了新型的全球集合预报系统性偏差和随机误差结合的模式倾向扰动方法（Bias correction of bias tendency based on SPPT, SPPT-B），设计并开展了集合预报试验来探究此方法对全球集合预报的影响。结果表明：（1）系统性偏差EOF分解后的第一模态能体现系统性偏差的主要特征，其基本呈现为随预报时效线性增长、对流层高层的系统性偏差与中低层相比偏大的特征。（2）系统性偏差倾向扣除方法和SPPT-B方法均可以有效降低南、北半球和热带地区高层和低层的系统性偏差，且SPPT-B方法能显著提高热带地区集合离散度。（3）两套方案对对流层高层的集合预报技巧的改进效果优于低层。上述研究表明，同时考虑系统性偏差和随机误差的模式扰动方法能有效提高全球集合预报技巧，能为发展同时考虑系统性偏差和随机误差的全球集合预报模式扰动方法提供科学依据。

• 华北春季一次后门冷锋过程及其相关MCS的演变特征[*]
• 徐珺,谌芸,张庆红

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  摘要

  2023-03-31

• 摘要：2018年4月21日华北南部发生了一次主观预报量级偏小的大范围春季暴雨，利用多种高时空分辨率观测资料、欧洲中期天气预报中心第五代大气再分析数据（The fifth generation of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts atmospheric reanalysis，ERA5）以及高分辨率数值模拟对引发暴雨的大尺度和中尺度天气过程以及造成暴雨的中尺度对流系统（Meso-scale convective systerm，MCS）的演变过程进行研究。发现后门冷锋是造成该次暴雨的大尺度天气系统。受太行山脉影响，锋面由西段南北方向和东段东西方向的两段组成，冷空气集中于1.5 km以下，伴随锋面后部东北风的增强，锋面南移、太行山东侧冷空气堆增高、强度增大；暴雨由与锋面有关的MCS造成，MCS形成和维持发生于后门冷锋附近且伴随锋生过程，位于沿后门冷锋爬升的暖空气前部水平风速辐合中心，其快速发展和对流中心的南移伴随锋面后部东北风增强所带来的锋面南移、冷空气堆增高；基于高分辨率数值模拟的动量收支计算表明有利于MCS中对流中心产生的上升运动主要由垂直气压梯度力和浮力项的合力项贡献，该合力项的大值区分布于沿锋面爬升的暖湿气流前沿，具有较大的水平相当位温梯度区附近，这解释了伴随锋面增强南移MCS发展、对流中心南移这一现象。以上结果揭示了华北春季暴雨的这次后门冷锋和MCS的关键动力过程，为将来相关数值模式物理过程的改进和预报技术的提高提供参考。

• 秋季黄河中下游降水主模态及2021年极端降水的气候背景
• 于群

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  摘要

  2023-03-31

• 摘要：为探讨2021年秋季黄河中下游极端降水的气候背景，基于我国160站降水资料、NCEP/NCAR大气环流和NOAA海表面温度（SST）再分析资料，分析了秋季黄河中下游秋季降水主模态的时空特征及2021年极端降水的气候背景及成因。经验正交分解表明，秋季黄河中下游降水主模态在空间分布上西至甘肃省东南部，东至山东省西部，主体位于黄河中下游地区，2021年是黄河中下游降水主模态的典型表现。采用黄河中下游秋季降水指数（ARYR）表现主模态时间变化，其年际、年代际变化分别与厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）和太平洋年代际振荡（PDO）存在相关性，拉尼娜年和PDO负位相时降水偏多。主模态降水异常与中纬度北太平洋SST异常相关密切，选取关键区定义中纬度北太平洋SST（MNPSST）指数，其中2021年为1951年以来最高值。当MNPSST指数偏高，海洋性大陆（MC）区域存在强的上升运动，黄河中下游地区出现显著的低（高）空辐合（散），指数偏低则降水偏少；2021年南海北部有较强上升运动，中纬度北太平洋偏东气流异常增强，水汽通量异常分为偏南和偏东两支到达黄河流域中游和下游。秋季黄河中下游降水主模态偏多与北太平洋SST异常偏高的区域和强度有着较强的联系。中纬度北太平洋SST正异常是2021年秋季黄河中下游极端降水重要影响因子之一。

• 适合于非静力大气模式的完全平衡多矩约束有限体积方法
• 张寅钲,陈春刚,沈学顺,肖锋,李兴良

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  摘要

  2023-03-01

• 摘要：大气数值模式离散垂直动量方程时，一般而言气压梯度力和重力不易维持严格的静力平衡关系。[目的]为精确平衡数值离散的垂直气压梯度力和重力，[资料和方法]基于高精度多矩约束有限体积方法，引入完全平衡数值公式，即以满足静力平衡关系的热力学参考态对重力源项进行数值离散构造，发展了适用于非静力大气的完全平衡多矩约束有限体积方法。[结果]一维标准数值试验表明完全平衡多矩约束有限体积方法能在较粗糙的计算网格点上保持静力平衡参考态的数值计算误差为计算机的舍入误差，即单精度（10^(-6)）和双精度（10^(-14)），在具有小量级扰动的初始条件下，完全平衡多矩约束有限体积方法能较好地模拟扰动的传播，二维非静力热泡试验进一步表明它能够准确模拟非静力大气垂直运动。[结论]数值试验结果验证了所发展方法的完全平衡属性和非静力大气模式的适用性，这为非静力大气模式发展提供了良好参考价值。

• 一套湿物理参数化方案在GRIST全球模式中的应用及其对模式气候的影响
• 李晓涵,张祎,林岩銮,彭新东,李建

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  摘要

  2023-02-24

• 摘要：[目的]本研究将一套自主研发的包含对流参数化、宏观云凝结、云微观物理参数化在内的湿物理过程(简称PhysCN)引入GRIST全球模式。[资料和方法]通过AMIP类型10年连续积分考察了引入后的新方案较原有方案(简称PhysC)对模拟全球气候基本态的影响。[结果]结果表明,PhysCN更真实地重现了热带降水的气候分布特征和季节变化。相比于PhysC,PhysCN减少了赤道ITCZ、热带太平洋和印度洋上空的虚假降水,并改善了双ITCZ偏差。PhysCN在热带对流层顶附近和中高纬度地区形成了比PhysC更多的冰云,增强了长波云辐射效应。但另一方面,由于单冰云微物理方案中采用一个变量类别考虑所有冰相粒子,使中高纬低层云冰比湿比PhysC中更多。宏观云凝结中采用基于冰面相对湿度的方法诊断冰云量,使低云更厚更密实,减弱了短波云辐射效应,也使全球净辐射收支偏差大于PhysC。[结论]本研究证明了该湿物理方案在GRIST全球模式中的稳定性与合理性,但也展示出冰云诊断和云微物理参数化的协调性有待进一步改进,从而改善模式气候净辐射收支。

• CMA全球集合预报系统误差增长及预报性能的尺度依赖特征诊断分析
• 彭飞,李晓莉,陈静,赵滨

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  摘要

  2023-02-13

• 摘要：利用CMA全球集合预报（CMA-GEPS）业务系统2020年6月1日至2021年5月31日一整年的500 hPa位势高度场（H500）预报数据，诊断评估了CMA-GEPS在北半球地区误差增长及预报性能的尺度依赖特征。本文使用谱滤波方法实现H500不同尺度（包括行星尺度、天气尺度与次天气尺度）分量的分离。从集合平均误差-离散度关系来看，在预报前期（108 h之前），CMA-GEPS集合平均误差小于集合离散度，存在过度发散的问题，主要是由天气尺度分量离散度过大导致；在预报后期（108 h之后），CMA-GEPS集合平均误差大于集合离散度，离散度偏小，是由行星尺度与天气尺度分量离散度不足共同引起。采用Dalcher和Kalnay（1987）修订的误差增长模型对H500集合平均预报误差增长特征进行诊断分析，发现CMA-GEPS误差增长过程合理，初始误差在次天气尺度上增长最快，行星尺度上增长最慢；就绝对（相对）误差而言，模式误差对预报误差的影响随空间尺度的增加而增大（减小）。此外，将使用1989至2018年共计30年的ERA-Interim再分析逐日数据得到的气候态分布作为参考预报，通过连续分级概率预报技巧评分（Continuously Ranked Probability Skill Score，CRPSS）检验了H500及其不同尺度分量的概率预报技巧。结果表明，行星尺度分量概率预报技巧最高，次天气尺度分量最小，未经滤波的H500预报技巧位于行星尺度与天气尺度分量预报技巧之间。上述诊断结果可为CMA-GEPS改进方向提供一定的客观依据。

• 星载毫米波雷达衰减估计仿真及敏感性分析
• 林正健,寇蕾蕾,郜海阳,陈垚,季凌潇,丁丕满

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  摘要

  2023-02-08

• 摘要：[目的]星载毫米波雷达衰减严重,而不同云降水类型中所包含的云雨粒子微物理特性差异较大,其所造成的衰减影响差异也较大。[资料和方法]基于WRF模式模拟的不同云降水场景,利用星载毫米波雷达模拟器仿真得到衰减后的回波,并对云中粒子的衰减特性进行敏感性分析,说明引起衰减不确定性的重要影响因素。[结果和结论]结果表明,仿真得到的衰减后回波与云廓线雷达(CPR)实测回波一致性较好,回波结构和强度近似,平均反射率因子廓线差异均在20%以内,衰减估计结果可靠有效。通过对衰减系数K进行敏感性分析发现,云雨粒子均对粒子谱分布中的含水量W最为敏感,中值体积直径D0的影响也较大,其变化可能引起雨滴衰减系数的平均相对误差达25%左右；雪和霰受密度参数a、b的影响大于斜率参数Λ,a引起的不确定性在25%以内。在相同滴谱参数的情况下,冰态和液态造成衰减系数的差异达90%左右。考虑到衰减对相态的高度敏感性,将基于相态分类的K-W关系应用于CPR实测个例衰减订正中,订正后的回波与波段校正后的星载双频降雨雷达(DPR)Ka波段探测回波强度接近,衰减订正的不确定性主要来自于液水含量反演结果与实际情况之间的差异。